基于Midas civil的某人行天橋靜力荷載試驗(yàn)方案分析

秦宇毅

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

基于Midas civil的某人行天橋靜力荷載試驗(yàn)方案分析

秦宇毅

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

靜力荷載試驗(yàn)是橋梁檢測(cè)重要技術(shù)手段之一，對(duì)保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)有重要意義。本文以某人行天橋?yàn)槔⒂邢拊獙?shí)體分析模型，著重分析靜載工況的設(shè)置，確定靜力荷載試驗(yàn)方案。

靜力荷載試驗(yàn)；人行天橋；加載工況

1.概述

橋梁靜力荷載試驗(yàn)是按照橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，根據(jù)荷載的最不利位置，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載，測(cè)試控制截面的靜位移、 靜應(yīng)變等橋梁結(jié)構(gòu)荷載響應(yīng)，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)和使用能力。本文以某人行天橋?yàn)槔?，采用Midas civil進(jìn)行建模分析確定其靜力荷載試驗(yàn)方案。

2.項(xiàng)目概況

該人行天橋平面采用圓弧形結(jié)構(gòu)跨越道路,跨徑 18+19+34.5+22.86m，全長(zhǎng)94.36m。橋面橫向全寬3.7m，凈寬3.5m，梯道全寬2.2m，凈寬2.0m，橋上設(shè)置最大1.0%的橋面縱坡和1.0%的雙向橫坡。為滿(mǎn)足周邊行人上下天橋的需要，天橋兩側(cè)梯道布置有1:2的梯道。主梁及梯道梁均采用鋼結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)為等截面鋼箱梁，天橋梁高為1.4m。鋼箱梁頂寬3.7m，底寬2.0m，梯道梁梁高0.3m，寬0.7m。箱梁頂板采用12mm厚鋼板，底板采用20mm厚鋼板，腹板采用16mm厚鋼板。為增強(qiáng)鋼箱梁的整體穩(wěn)定性，每隔1.5m設(shè)置一道橫隔板，并在支座位置加密，箱梁頂?shù)装寮案拱寰O(shè)置縱向加勁肋，以保證滿(mǎn)足其受壓時(shí)的局部穩(wěn)定性。根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，采用橋梁有限元程序Midas/CIVIL建立梁?jiǎn)卧Ｐ蛯?duì)該人行天橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算.。

3.檢測(cè)內(nèi)容

⑴依據(jù)該人行天橋相關(guān)技術(shù)資料，確定其材料特性和截面幾何特性參數(shù)，利用有限元分析軟件建立橋梁結(jié)構(gòu)模型，對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)理論計(jì)算分析。⑵根據(jù)該人行天橋結(jié)構(gòu)受力及構(gòu)造特點(diǎn)、施工質(zhì)量等因素，選取橋梁具有代表性橋跨作為試驗(yàn)跨，該人行天橋選擇第三跨和第四跨。并對(duì)試驗(yàn)跨各控制截面進(jìn)行應(yīng)力(應(yīng)變)、撓度等測(cè)試。⑶該人行天橋靜載試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目：試驗(yàn)荷載作用下，控制截面鋼箱梁應(yīng)力測(cè)試；試驗(yàn)荷載作用下，控制截面最大撓度測(cè)試；其它異常現(xiàn)象觀測(cè)。

4.確定控制截面及測(cè)試內(nèi)容

4.1 控制截面

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》JTG/T J21-2011相關(guān)規(guī)定，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)形式、受力特點(diǎn)及移動(dòng)荷載作用下的內(nèi)力和撓度包絡(luò)圖，確定本次試驗(yàn)的控制截面： J1、J2、J3。

圖5.1 控制斷面布置圖

4.2 測(cè)試項(xiàng)目及試驗(yàn)內(nèi)容

J1截面： 測(cè)試最大正彎矩，各級(jí)荷載下的控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)變和撓度及滿(mǎn)載時(shí)沿橫向分布的撓度；J2截面： 測(cè)試最大正彎矩，各級(jí)荷載下的控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)變和撓度及滿(mǎn)載時(shí)沿橫向分布的撓度；J3截面： 測(cè)試最大負(fù)彎矩，各級(jí)荷載下的控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)變。

5.測(cè)點(diǎn)布置

應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置：J1截面，布置在箱梁腹板和底板；J2截面，布置在箱梁腹板和底板；J3截面，布置在箱梁腹板和底板。

撓度測(cè)點(diǎn)布置：J1、J2截面，布置在橋面上，用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)。

6.加載工況

試驗(yàn)加載位置與加載工況的確定主要依據(jù)以下原則進(jìn)行：

⑴ 盡可能用最少的水量達(dá)到最大的試驗(yàn)荷載效率；⑵在滿(mǎn)足試驗(yàn)荷載效率以及能夠達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康那疤嵯?，加載工況進(jìn)行簡(jiǎn)化、合并，以盡量減少加載位置；⑶每一加載工況依據(jù)某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目為主，兼顧其他加載試驗(yàn)項(xiàng)目。⑷對(duì)于橋下凈空較高橋梁，在搭設(shè)支架平臺(tái)安裝撓度傳感器無(wú)法保證測(cè)試要求時(shí)，則須從橋面上測(cè)量測(cè)試截面各測(cè)點(diǎn)的撓度，加載車(chē)的布置避開(kāi)測(cè)試截面的位置，供水準(zhǔn)儀測(cè)量時(shí)立尺使用

靜載試驗(yàn)水箱荷載布置：

⑴工況1：在第三跨布置縱向長(zhǎng)度12m，橫向?qū)挾葹?.5m，高度為0.686m的水箱，沿J1截面對(duì)稱(chēng)布載，J1截面離橋墩距離為17.15m。（J1截面最大正彎矩加載工況）

⑵工況2：在第四跨布置縱向長(zhǎng)度9m，橫向?qū)挾葹?.5m，高度為0.686m的水箱，沿J2截面對(duì)稱(chēng)布載，J2截面離橋墩距離為12m。（J2截面最大正彎矩加載工況）

⑶工況 3：水箱位置不變情況下，在第三跨布置縱向長(zhǎng)度 12m，橫向?qū)挾葹?.5m，高度為0.8m的水箱；在第四跨布置縱向長(zhǎng)度9m，橫向?qū)挾葹?.5m，高度為0.8m的水箱。（J3截面最大負(fù)彎矩加載工況）

7.荷載試驗(yàn)效率

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）等規(guī)范相關(guān)的規(guī)定，靜力試驗(yàn)荷載的效率系數(shù)η取值范圍為：0.95≤η≤1.05。

工況一: J1截面最大正彎矩理論計(jì)算值1260.1kN·m，試驗(yàn)計(jì)算值1263.6 kN·m，荷載試驗(yàn)效率：1.00。工況二: J2截面最大正彎矩理論計(jì)算值769.7kN·m，試驗(yàn)計(jì)算值776.4 kN·m，荷載試驗(yàn)效率：1.01。工況三: J3截面最大負(fù)彎矩理論計(jì)算值-1451.0kN·m，試驗(yàn)計(jì)算值-1428.4 kN·m，荷載試驗(yàn)效率：0.98。

8.結(jié)語(yǔ)

橋梁靜力荷載試驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，本文以實(shí)際工程為例，討論了控制斷面位置的確定，控制斷面的測(cè)試內(nèi)容，測(cè)點(diǎn)布置及加載工況，重點(diǎn)在于加載工況。對(duì)該人行天橋進(jìn)行水箱加載，利用橋梁有限元分析軟件 Midas Civil建立橋梁有限元模型，合理確定其加載位置及布置形式。結(jié)合荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和判定橋梁的承載能力，為該橋今后運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)及長(zhǎng)期健康狀況評(píng)價(jià)提供基本結(jié)構(gòu)原始參數(shù)。

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秦宇毅，碩士研究生，重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院