某矿区混凝土T梁桥承载力评定及有限元分析

某矿区混凝土T梁桥承载力评定及有限元分析

袁胜涛1,聂良鹏1,杨明虎2,3

1.云南通衢工程检测有限公司，云南 昆明 650500；2.云南建设基础设施投资股份有限公司，云南 昆明 650000；3.保山施勐高速公路投资开发有限公司，云南 保山 678000

摘 要：为了评价混凝土T梁桥的受力状况和整体的工作性能，通过静载试验对该桥梁在实际运营状况下的力学性能分析研究。静载试验是在偏载和中载的作用下主梁各断面测点应力的测试，最后实测的结果与有限元、结果对比分析。结果表明：在各荷载作用下，该桥应变的校验系数、挠度的校验系数，主拉应变校验系数都未高出规范允许值1，其中应变的相对残余最大值为11.76%，挠度的相对残余最大值为2.98%，两者都未高出规范允许值20%，该桥梁整体处于弹性变形状态，满足正常使用要求。

关键词：混凝土T梁 承载力评定  校验系数 有限元分析

中图分类号U446文献标志码A

[1]

随着我国制造业的不断飞速发展，特别是汽车作为人类的交通运输工具也在不断的进步，我国矿区对重型车辆的需求不断的增加。超重车辆给矿区运营的桥梁带来一定的影响，因此对矿区桥梁的承载力评定具有必要性。

越来越多的学者对T梁桥静载试验的研究，并取得了一定的研究成果。如陆振盛[1]对PC简支转连续T梁桥单梁静载试验研究；关良勇[2]对30m预应力混凝土T梁单梁静载试验研究；庞元志[3]对.装配式T梁检测及静载试验方案研究；王阳春[4]对预应力小箱梁单梁静载试验分析。以上学者研究的主要是高速公路上的T型梁桥，本文研究的主要是矿区的梁桥，所以具有科研价值。

本文主要是以某矿区的T梁桥为例，并结合该桥梁的施工及运营环境，通过设计图纸对该桥进行建模有限元软件分析，确定对该桥进行荷载试验研究，综合评定该桥在荷载作用下受力状态与工作性能。

1工程概况

1.1 工程特点

该桥位于云南省弥勒市区附近，横跨越溪江河，桥面系所属桥面铺装顶层沥青混凝土厚10cm，底层铺装为10cm 厚的C50混凝土层，两层之间设桥面防水层。上部结构主要是由5片30m预应力混凝土T型梁组成，其桥跨连接形式为简支变连续，各T梁之间通过横隔板连接；下部结构由重力式桥台、双柱桥墩和墩台桩基础组成。本桥全长为60m，共计3跨；桥梁总宽为0.5m+11m+0.5m，梁高为2.0m，设计荷载为公路-I级；利用桥梁软件MIDAS/Civil建立该桥梁格模型并进行分析，通过模拟公路-I级荷载进行试验，上部结构各截面的应力值和位移值在静载荷下进行测试，通过分析各荷载作用下的试验值是否满足相关规范要求。

图 1有限元模型

2桥梁静载试验

2.1静载试验原则

计算工具采用Midas Civil桥梁有限元分析软件，对试验桥跨按简支梁计算，纵梁采用梁单元模拟，使之荷载试验效率取值范围为0.95≤η≤1.05之间，通过计算确定采用4辆42t双后轴车作为模拟车辆进行静载试验。

应变测试：在相应各测试截面梁底部和T梁腹板粘贴应变传感器，并用华研应变测试软件对该桥应数据的采集回收。挠度测试：在桥梁指定测试截面的梁底布设激光棱镜，用精密度激光挠度仪对该桥挠度数据进行采集。

2.2测试截面及测点布置

根据所建立的有限元模型，从中提取桥梁的影响线分析得出，选第一跨作为本次试验的桥跨，主要测试第1跨的跨中最大正弯矩截面JM1、0.4L正弯矩截面JM2和剪力截面JM3，各主梁的应力以及变形情况；在各个控制面的梁板底部和腹板布设相应的应变点。

2.3荷载布置与测试工况

在每个截面依次进行加载，加载车沿横向布置4辆车，加载方式分为中载和偏载，各工况偏载位置是距离护栏0.5m，中载位置是在行车道中间，每一截面加载车沿纵向以相同的方式布置。

按公路-I级在最不利位置布载进行承载力评定，取各制截面最大正弯矩和梁端最大剪力作为加载截面的控制值，荷载流程详见表1。

表1  荷载试验流程

2.4静载试验效率

根据交通部颁发荷载试验规程，对于桥梁承载力评定的，其中静载效率ηq介于0.95~1.05。按式（1）[5]-[6]计算：

          （1）

2.5试验结果分析

2.5.1  应变测试结果分析

在各加载工况下，各测试截面实测应变与理论计算应变如下表所示，其中Se代表测试应变值、Ss代表理论应变值、Sp代表残余应变值、Sp´代表应变相对残余值。

表2  实测应变与理论应变的比较

从表2可以得知，该桥在各加载工况下，应变的校验系数是介于0.54~0.89之间，表明桥梁结构的受力均符合规范要求，结构整体工作性能良好；应变相对残余值小于11.76%，小于规范[5]规定的允许值20%，说明该桥整体强度是具有一定富余量，桥梁的上部结构处于弹性变形状态；在加载车辆作用下各测试截面变化无异常。

2.5.2 梁体侧面应变测试结果

在试验荷载下，第5号T梁腹板的应变数据值如表3所示。

表3  梁体侧面实测应变-梁高比较

由上表可知，分析得第5号梁测试应变值分布沿梁体高度变化是具有良好的线性关系，梁腹板截面的变形符合平面假定，说明第5号梁在试验荷载下处于弹性变形阶段。

2.5.3  梁端抗剪截面测试结果

在各试验荷载下，JM3剪力截面第5号梁每个测量点主拉应变的测试值与理论计算值比较如表4所示。

表4  实测主拉应变值与计算值的比较

由表4可见，第5#梁的JM3剪力截面4个应变测试点的主拉应变校验系数介于0.59~0.78，满足规范[5]中校验系数＜1的要求；在试验过程中，对各测试截面附近进行肉眼观察，未发现肉眼可见裂缝，说明梁端抗剪承载力满足设计要求。

2.5.4  挠度测试结果分析

在各荷载工况下，各测试截面实测应变及与计算应变的比较见表4.2，fe-代表挠度实测值、fs代表理论挠度值、fP代表残余应变值、fp´代表相对残余变形值如表5所示。

表5  实测挠度与理论挠度的比较

由表5可见，各控制截面的实测挠度值小于理论计算值，挠度校验系数的介于0.65~0.96之间，梁体下挠的测试值的最大增量为2.45mm，为计算跨径（29.40m）的1/12000，表明结构的刚度有一定富余度；大部分测量点的残余变形值都接近于0，表明该桥变形恢复较好，桥梁挠度曲线走势光滑连续，挠度相对残余最大值为2.98%，整体结构处于弹性阶段和正常受力状况。

2.5.5  荷载横向分布分析

通过计算分析数据与实测数据对比分析，采用挠度法分析，将静载试验所得的实测值与梁格有限元模型的理论值进行对比分析，得出理论值与实测值见表6。

表6  荷载横向分布系数

从上表可以得出，1#~5#梁位移的横向分布的实测接近于理论值，且两者变化均匀且变化趋势基本一致，说明荷载试验的实测值与空间梁格法的理论值符合。

3  结论

1）在各荷载工况下，该桥静载效率介于0.95~1.05之间，满足承载力评定要求，说明静载试验成立。

2）在各荷载工况下，挠度校验系数介于0.65~0.96之间，应变校验系数介于0.46~0.90之间，主拉应力校验系数介于0.59~0.78，表明桥梁整体刚度较大且具有一定富余量，梁端剪切力满足设计规范。

3）在各荷载工况下，各测点挠度相对残余值和应变相对残值均较小，其中应变相对残余最大值为11.76%，挠度相对残余最大值分别为2.98%，均未超出20%的规范极限值，表明该桥整体处在弹性状况，整体刚度较大，承载能力满足要求。

4）荷载横向分布系数的实测值接近于理论值，表明该桥在无横隔梁情况下梁间的横向联系较为紧密。

参考文献

[1]陆振盛. PC简支转连续T梁桥单梁静载试验研究[J].西部交通科技2022,1(174)：135-137.

[2]关良勇,黄应征,张永平.30m预应力混凝土T梁单梁静载试验[J].公路交通科技（应用技术版）,2018,11(167)：155-156.

[3]庞元志.装配式T梁检测及静载试验方案研究[J].公路,2020,5(5):139-143.

[4]王阳春.预应力小箱梁单梁静载试验分析[J]山东交通科技,2020,8(25)：53-59.

[5]中华人民共和国交通运输部.公路桥梁荷载试验规程[S].北京：人民交通出版社,2016.

[6]中华人民共和国交通运输部. 公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京：人民交通出版社,2011.

2022年2月18日收到

作者介绍：袁胜涛 (1991年8月-)，男，汉族，助理工程师，研究方向：从事桥梁检测及施工监控。