钢桁梁施工便桥承载能力研究

钢桁梁施工便桥承载能力研究

鲁从森

中铁二十三局集团第一工程有限公司山东日照276800

摘要：本文通过试验，确定桥梁在设计荷载作用下各主要受力构件处于安全状态，反映桥梁承载力的特征指标大于设计及规范要求，满足运营。通过对桥梁动力特性测试，桥梁实测频率大于理论值，表明桥梁实际刚度优于设计值，满足规范要求。

关键词：钢桁梁；数值模拟；现场试验；承载能力；

0引言

本文以某钢桁梁施工便桥为研究对象，采用数值模拟分析和现场试验相结合方法，进行桥梁静、动力性能试验，确定其在设计荷载作用下的使用性能及承载力[1]。

1工程概况

本桥为某施工项目跨越河道用施工便桥，该施工便桥为钢桥，跨径为42.672m。桥面为双车道桥，上部主梁为单跨200型钢桁架桥，全长42.672m，桥面净宽7.35m，结构纵梁采用加强型三排单层200型钢桁架拼装组成，桥梁横向采用6片桁架。单片桥梁的桁架有效孔心距为3.048m×2.134m。桥梁桁架的支撑架采用螺栓紧固在桁架上以维持桁架的横向稳定，支撑架采用槽钢自行加工而成。横梁采用H600*200，采用专用螺杆与桥面板连接；下部结构为钢筋混凝土柱式台；桥梁采用铰接钢支座；桥面采用Q345U型肋骨架Q235面板。

2钢桁梁桥静载试验及分析

2.1有限元模型

在钢桁梁施工便桥结构静载和动载试验之前，需要对桥梁进行全面的分析，根据桥梁结构形式、受力特点及材料特性，由于该桥为钢桁架结构，各种杆系单元总数庞大，传统的手工计算需要耗费大量的人力物力，需要借助空间有限元软件进行计算分析，故利用Midascivil结构有限元分析软件，选择单片桥梁，建立空间有限元模型，以便对桥梁进行受力分析，确定桥梁的受力状态，为后续桥梁承载能力评定工作奠定基础。其中，贝雷片主梁及横梁方面，选择的是梁单元；水平及纵向斜撑方面，选择的是桁架单元；桥面板模拟方面，本次结构有限元仿真分析选择板单元；该钢桁梁施工便桥的理论有限元仿真分析模型共建有6548个单元，4941个节点。

通过对该桥进行相应的计算分析，分析应当采用加载工况数量，最终确定采用两个静载试验需要的加载工况。工况1：纵桥向按跨中截面主要杆件内力最不利位置布载，横桥向为中载布置；工况2：纵桥向按跨中截面主要杆件内力最不利位置布载，横桥向为偏载布置。根据最终确定的加载方案，绘制加载示意图5~6。

图6各工况下车辆横桥向布置图

根据桥梁结构受力特点，在贝雷桁架上布设应变测点，采用专用的钢筋用应变片进行布设，纵桥向布设于跨中截面及两侧附近位置。挠度测点布设在桥面，选择近支点断面、1/4L断面、跨中断面作为控制断面，每测试截面布设2个测点，布设于桥面两侧边缘。具体测点布设情况见图7~8。

图8挠度测点布置示意图

2.3静载试验结果及分析

对比主桁应力理论值与试验值，由图9~10可知，通过计算，主桁的应力校验系数介于0.46～0.88，小于规范规定的1.0，表明主桁的静力强度满足要求，符合规范的相关规定。我们再来对比主桁位移理论值与试验值，由图11~12可知，主桁挠度校验系数介于0.84～0.85，小于规范规定的1.0；并且在我们对主桁对称施加荷载情况下，主桁的挠度曲线对称性较好，从而也印证了主桁的静力刚度较好。通过对主桁挠度及应力试验结果分析可以得出：主桁静力强度、刚度都比较好，该桥承重部件处于正常状态，受力状态稳定，桥梁整体处于较佳的运行状态，满足规范要求[2]。

图9工况1跨中截面中载应变对比图

图12工况2偏载挠度对比图

3钢桁梁桥动力特性测试及分析

3.1动力特性理论分析

桥梁自振特性是动力分析的基础。桥梁固有频响特性可以体现桥梁的整体状态，其与桥梁的材料、结构形式等因素密切关[3]。采用midascivil建立该桥的动力分析模型，利用Lanczos分析方法计算得出该桥的竖向基频为2.118Hz。

3.1动力特性实测及分析

脉动法是结构借助各种随机环境激励或移动荷载激励下引起的振动响应，采集加速度信号，分析得到结构的固有频率[4]。利用无线桥梁模态测试分析系统DH5907N测得实测自振频率为2.148Hz，频谱图见图14所示。实测值大于理论值，表明桥梁整体刚度大于理论值，满足规范要求，桥梁的安全性有保证。

结论：

本文针对某在建工程跨河道搭设的42.6m钢桁梁临时施工便桥进行了静动载的荷载试验，分别进行了结构的静载试验及动力特性测试，通过这次试验的现场加载和测试，测试结果表明：桥梁在施工期间通行的各类施工车辆最大荷载作用下，各主要受力构件始终处于安全状态，反映桥梁承载力、变形性能的特征指标在相关的规范要求的范围之内，整桥各个部件是安全可靠的，完全能够满足施工期间的各种施工车辆的正常通行要求；桥梁实测自振频率均大于理论值，表明该钢桁梁临时施工桥梁的实际结构刚度优于设计值，满足相关的规范要求。

参考文献：

[1]秦照付.公铁两用连续钢桁梁桥荷载试验研究［J］.现代交通技术,2013,10(4):32-35.

[2]韦立林.连续刚构桥极限承载力分析及静载试验研究[D].广西大学,2009

[3]交通运输部公路科学研究院.JTJ/TJ21-2011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.

[4]谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验［M］.北京:人民交通出版社,2005.