小箱梁橋荷載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)影響因素研究

馬占凱

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原　030024)

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小箱梁橋荷載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)影響因素研究

馬占凱

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原030024)

摘要：校驗(yàn)系數(shù)是橋梁荷載試驗(yàn)評價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的重要指標(biāo)，對影響小箱梁橋荷載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)的因素進(jìn)行了分析和歸類，并以一座單跨30 m的小箱梁橋作為算例，定量分析了計(jì)算模式及計(jì)算參數(shù)對最終校驗(yàn)系數(shù)的影響。根據(jù)分析結(jié)果，計(jì)算模式對于小箱梁橋校驗(yàn)系數(shù)有顯著影響，建議在給出荷載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)常值時(shí)，對計(jì)算校驗(yàn)系數(shù)中的理論效應(yīng)的計(jì)算模式進(jìn)行規(guī)定。

關(guān)鍵詞：小箱梁；荷載試驗(yàn)；校驗(yàn)系數(shù)

1校驗(yàn)系數(shù)概述

1.1校驗(yàn)系數(shù)定義

橋梁校驗(yàn)系數(shù)是某一控制截面在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)測響應(yīng)(變位或應(yīng)變)與相應(yīng)理論計(jì)算值的比值，一般認(rèn)為，當(dāng)橋梁校驗(yàn)系數(shù)小于1時(shí)，代表橋梁的實(shí)際工作狀況處于良好狀態(tài)。

為了評定橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力，根據(jù)試驗(yàn)測得的變位(或應(yīng)變)與理論計(jì)算結(jié)果相比較，得到結(jié)構(gòu)的校驗(yàn)系數(shù) ，以檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)是否達(dá)到設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)

式中：Se為試驗(yàn)荷載下結(jié)構(gòu)的實(shí)測變位(或應(yīng)變)值；Ss為試驗(yàn)荷載下結(jié)構(gòu)的理論變位(或應(yīng)變)值。

1.2影響因素分類

依據(jù)校驗(yàn)系數(shù)的定義可以將影響校驗(yàn)系數(shù)的因素分為兩類，一類是影響實(shí)測值Se的因素，主要包括實(shí)驗(yàn)儀器的精度，加載重量的誤差以及操作人員的觀測誤差等。這部分影響只能依靠試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)步以及現(xiàn)場加強(qiáng)管理改進(jìn)，不研究此類因素對校驗(yàn)系數(shù)的影響。另一類是影響理論值Ss的因素，主要包含計(jì)算模式和計(jì)算參數(shù)的影響。小箱梁橋可以采用的計(jì)算模式包括單梁模型、梁格模型、板殼模型和實(shí)體模型等，不同模型得出的計(jì)算結(jié)果會(huì)有所差別，從而計(jì)算出的校驗(yàn)系數(shù)也將有所不同。此外在各種計(jì)算模型中是否考慮二期鋪裝及護(hù)欄等對橋梁剛度的影響也是影響校驗(yàn)系數(shù)大小的一個(gè)重要因素。計(jì)算模式確定后，計(jì)算模型中具體參數(shù)的誤差，例如混凝土彈性模量取值不準(zhǔn)和梁格模型中橫向連接剛度不同等，會(huì)引起理論值的變化，從而產(chǎn)生對校驗(yàn)系數(shù)的影響。

2影響因素分析

2.1計(jì)算模式影響

小箱梁橋在設(shè)計(jì)時(shí)，一般不建立整體模型，而通過計(jì)算橫向分布系數(shù)，然后建立單梁模型進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。用于設(shè)計(jì)的橫向分布系數(shù)計(jì)算一般都只是近似值，設(shè)計(jì)分析時(shí)，可以取上限值進(jìn)行設(shè)計(jì)，偏于安全是合理的，但是荷載試驗(yàn)理論值計(jì)算時(shí)，采用這種模型計(jì)算的理論值則會(huì)偏大，最后導(dǎo)致校驗(yàn)系數(shù)偏小，這種模型得出的校驗(yàn)系數(shù)判斷的橋梁狀態(tài)偏于不安全。所以，荷載試驗(yàn)的理論值計(jì)算模式應(yīng)該采用全橋整體模型進(jìn)行計(jì)算。整體計(jì)算模型中，實(shí)體模型計(jì)算結(jié)果最為準(zhǔn)確，但是建模復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，工程實(shí)踐中應(yīng)用較少，板單元模型次之，梁格模型是工程實(shí)踐中最常使用的整體計(jì)算模型。根據(jù)文獻(xiàn)，當(dāng)按照合適的方法建立梁格模型時(shí)，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)體和板單元計(jì)算結(jié)果能夠很好的吻合。所以，建議按照梁格模型分析小箱梁橋校驗(yàn)系數(shù)計(jì)算時(shí)的理論值。

2.2計(jì)算參數(shù)影響

虛擬橫梁剛度是小箱梁梁格模型準(zhǔn)確性的關(guān)鍵不同的虛擬橫梁剛度和分布將會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。以一跨30m的簡支小箱梁橋作為算例(橫斷面布置見圖1)，縱梁每1m劃分一個(gè)單元，在兩道縱梁之間箱梁翼緣與腹板交界處再增加一排節(jié)點(diǎn)將虛擬橫梁分成兩部分，分別賦予表1所示的截面的截面特性。為了分析虛擬橫梁剛度不同對于校驗(yàn)系數(shù)的影響，以表1中所示截面的虛擬橫梁剛度為基準(zhǔn)(以后簡稱為基準(zhǔn)模型)，分別計(jì)算剛度1/10、1/2、1、2、10倍時(shí)在中梁跨中作用單位集中力時(shí)，中梁跨中截面的校驗(yàn)系數(shù)，為了比較方便，將基準(zhǔn)剛度下的校驗(yàn)系數(shù)設(shè)為1，其他情況時(shí)的校驗(yàn)系數(shù)均為相對值，計(jì)算結(jié)果見表2。從表2可知，虛擬橫梁剛度不同顯著影響校驗(yàn)系數(shù)計(jì)算結(jié)果，采用梁格法作為荷載試驗(yàn)的理論計(jì)算模型時(shí)，需要準(zhǔn)確模擬虛擬橫梁的剛度，否則得出的最終校驗(yàn)系數(shù)將會(huì)嚴(yán)重失真。

圖1　跨中斷面 (單位：cm)

部位區(qū)域I區(qū)域II截面形式

注：表中d為虛擬橫梁間距，h1-h3分別為箱梁頂板厚度、底板厚度、和濕接縫厚度。

表2　虛擬橫梁剛度影響分析結(jié)果

模型在計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的選擇誤差，例如混凝土彈性模型的不同，能夠影響結(jié)構(gòu)的剛度，從而影響計(jì)算結(jié)果。為了考慮混凝土彈性模量不同對校驗(yàn)系數(shù)的影響，以混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)C50作為基準(zhǔn)，分別向上和向下一個(gè)標(biāo)號(hào)進(jìn)行計(jì)算，分析彈性模量不同對校驗(yàn)系數(shù)的影響，計(jì)算結(jié)果見表3。從表3可知，混凝土彈性模量或者標(biāo)號(hào)誤差對最終結(jié)構(gòu)的校驗(yàn)系數(shù)影響很小，一個(gè)標(biāo)號(hào)的誤差帶來的校驗(yàn)系數(shù)誤差均在5%以內(nèi)，所以彈性模量對小箱梁橋校驗(yàn)系數(shù)的計(jì)算影響較小。

表3　混凝土彈性模量影響分析結(jié)果

2.3橋面鋪裝及護(hù)欄的影響

修正前述基準(zhǔn)模型，通過在梁格表面添加一層10 cm厚板單元，同時(shí)在兩側(cè)邊梁上建立模擬護(hù)欄(截面近似取30 cm×100 cm)的梁單元考慮橋面鋪裝及護(hù)欄的影響。以中梁跨中作用集中力為例，分別計(jì)算兩種模型下中梁和邊梁的效應(yīng)理論值，并以基準(zhǔn)模型計(jì)算的校驗(yàn)系數(shù)為1，計(jì)算校驗(yàn)系數(shù)的相對值，計(jì)算結(jié)果見表4。從表中結(jié)果可知，橋面鋪裝及護(hù)欄對校驗(yàn)系數(shù)有著比較明顯的影響，對撓度校驗(yàn)系數(shù)的影響大于應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)的影響，對邊梁的影響比中梁更加顯著，影響最大的邊梁撓度校驗(yàn)系數(shù)，考慮或不考慮橋面鋪裝及護(hù)欄的影響的校驗(yàn)系數(shù)計(jì)算值最大差值達(dá)到56.6%。

表4　橋面鋪裝及護(hù)欄影響分析結(jié)果

以上結(jié)果表明，荷載試驗(yàn)時(shí)，預(yù)制箱梁與現(xiàn)澆層和橋面鋪裝已經(jīng)形成組合作用，尤其對于采用混凝土橋面鋪裝的橋梁這種組合作用更加明顯?；炷练雷沧o(hù)欄具有較大的抗彎剛度，對于小箱梁橋尤其是邊梁的剛度影響顯著。校驗(yàn)系數(shù)計(jì)算時(shí)，是否考慮橋面鋪裝以及護(hù)欄的作用，直接導(dǎo)致最后計(jì)算出的校驗(yàn)系數(shù)有著顯著的差別。

3結(jié)語

《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》(征求意見稿)對每類橋梁給出了荷載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)的常值，規(guī)程中詳細(xì)規(guī)定了測試方法、測試精度等要求，即文中校驗(yàn)系數(shù)的第一類影響因素，但是并未對計(jì)算模式等第二類影響因素進(jìn)行規(guī)定。通過探討可以看出，計(jì)算模式及虛擬橫梁剛度和是否考慮鋪裝層以及護(hù)欄剛度對于小箱梁橋校驗(yàn)系數(shù)有比較顯著的影響，建議在規(guī)程中對校驗(yàn)系數(shù)常值表對應(yīng)的理論計(jì)算值的計(jì)算模式及相關(guān)參數(shù)明確規(guī)定。

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An insight to influencing factors of verification coefficient in load test of small box girder bridge

MA Zhan-kai

(The 3th Engineering Co., Ltd.，of China Railway 12th Bureau Group, Taiyuan,Shanxi 030024, China)

Abstract:The verification coefficient is an important indicator in bridge load test. Influence factors of verification coefficient in small box girder bridge load test were discussed and classified, take a 30m single span small box girder bridge as an example, influences of calculation model and parameters were analyzed quantitatively. According to results, the calculation model had a remarkable influence on verification coefficient, therefore, it was suggested that the calculation model should be regulated corresponding to the common value of verification coefficient.

Keywords:small box girder bridge;load test;verification coefficient

收稿日期：2015-07-14

作者簡介：馬占凱(1979-)，男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯準(zhǔn)格爾旗人，工程師，研究方向：橋梁施工技術(shù)。

中圖分類號(hào)：U44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)04-0067-02