马占凯

(中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原　030024)



小箱梁桥荷载试验校验系数影响因素研究

马占凯

(中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原030024)

摘要：校验系数是桥梁荷载试验评价桥梁结构状态的重要指标，对影响小箱梁桥荷载试验校验系数的因素进行了分析和归类，并以一座单跨30 m的小箱梁桥作为算例，定量分析了计算模式及计算参数对最终校验系数的影响。根据分析结果，计算模式对于小箱梁桥校验系数有显著影响，建议在给出荷载试验校验系数常值时，对计算校验系数中的理论效应的计算模式进行规定。

关键词：小箱梁；荷载试验；校验系数

1校验系数概述

1.1校验系数定义

桥梁校验系数是某一控制截面在试验荷载作用下的实测响应(变位或应变)与相应理论计算值的比值，一般认为，当桥梁校验系数小于1时，代表桥梁的实际工作状况处于良好状态。

为了评定桥梁结构的实际承载力，根据试验测得的变位(或应变)与理论计算结果相比较，得到结构的校验系数 ，以检验桥梁结构是否达到设计荷载标准

式中：Se为试验荷载下结构的实测变位(或应变)值；Ss为试验荷载下结构的理论变位(或应变)值。

1.2影响因素分类

依据校验系数的定义可以将影响校验系数的因素分为两类，一类是影响实测值Se的因素，主要包括实验仪器的精度，加载重量的误差以及操作人员的观测误差等。这部分影响只能依靠试验技术进步以及现场加强管理改进，不研究此类因素对校验系数的影响。另一类是影响理论值Ss的因素，主要包含计算模式和计算参数的影响。小箱梁桥可以采用的计算模式包括单梁模型、梁格模型、板壳模型和实体模型等，不同模型得出的计算结果会有所差别，从而计算出的校验系数也将有所不同。此外在各种计算模型中是否考虑二期铺装及护栏等对桥梁刚度的影响也是影响校验系数大小的一个重要因素。计算模式确定后，计算模型中具体参数的误差，例如混凝土弹性模量取值不准和梁格模型中横向连接刚度不同等，会引起理论值的变化，从而产生对校验系数的影响。

2影响因素分析

2.1计算模式影响

小箱梁桥在设计时，一般不建立整体模型，而通过计算横向分布系数，然后建立单梁模型进行设计分析。用于设计的横向分布系数计算一般都只是近似值，设计分析时，可以取上限值进行设计，偏于安全是合理的，但是荷载试验理论值计算时，采用这种模型计算的理论值则会偏大，最后导致校验系数偏小，这种模型得出的校验系数判断的桥梁状态偏于不安全。所以，荷载试验的理论值计算模式应该采用全桥整体模型进行计算。整体计算模型中，实体模型计算结果最为准确，但是建模复杂，数据量大，工程实践中应用较少，板单元模型次之，梁格模型是工程实践中最常使用的整体计算模型。根据文献，当按照合适的方法建立梁格模型时，其计算结果与实体和板单元计算结果能够很好的吻合。所以，建议按照梁格模型分析小箱梁桥校验系数计算时的理论值。

2.2计算参数影响

虚拟横梁刚度是小箱梁梁格模型准确性的关键不同的虚拟横梁刚度和分布将会导致不同的计算结果。以一跨30m的简支小箱梁桥作为算例(横断面布置见图1)，纵梁每1m划分一个单元，在两道纵梁之间箱梁翼缘与腹板交界处再增加一排节点将虚拟横梁分成两部分，分别赋予表1所示的截面的截面特性。为了分析虚拟横梁刚度不同对于校验系数的影响，以表1中所示截面的虚拟横梁刚度为基准(以后简称为基准模型)，分别计算刚度1/10、1/2、1、2、10倍时在中梁跨中作用单位集中力时，中梁跨中截面的校验系数，为了比较方便，将基准刚度下的校验系数设为1，其他情况时的校验系数均为相对值，计算结果见表2。从表2可知，虚拟横梁刚度不同显著影响校验系数计算结果，采用梁格法作为荷载试验的理论计算模型时，需要准确模拟虚拟横梁的刚度，否则得出的最终校验系数将会严重失真。

图1　跨中断面 (单位：cm)

部位区域I区域II截面形式

注：表中d为虚拟横梁间距，h1-h3分别为箱梁顶板厚度、底板厚度、和湿接缝厚度。

表2　虚拟横梁刚度影响分析结果

模型在计算时，结构计算参数的选择误差，例如混凝土弹性模型的不同，能够影响结构的刚度，从而影响计算结果。为了考虑混凝土弹性模量不同对校验系数的影响，以混凝土强度标号C50作为基准，分别向上和向下一个标号进行计算，分析弹性模量不同对校验系数的影响，计算结果见表3。从表3可知，混凝土弹性模量或者标号误差对最终结构的校验系数影响很小，一个标号的误差带来的校验系数误差均在5%以内，所以弹性模量对小箱梁桥校验系数的计算影响较小。

表3　混凝土弹性模量影响分析结果

2.3桥面铺装及护栏的影响

修正前述基准模型，通过在梁格表面添加一层10 cm厚板单元，同时在两侧边梁上建立模拟护栏(截面近似取30 cm×100 cm)的梁单元考虑桥面铺装及护栏的影响。以中梁跨中作用集中力为例，分别计算两种模型下中梁和边梁的效应理论值，并以基准模型计算的校验系数为1，计算校验系数的相对值，计算结果见表4。从表中结果可知，桥面铺装及护栏对校验系数有着比较明显的影响，对挠度校验系数的影响大于应变校验系数的影响，对边梁的影响比中梁更加显著，影响最大的边梁挠度校验系数，考虑或不考虑桥面铺装及护栏的影响的校验系数计算值最大差值达到56.6%。

表4　桥面铺装及护栏影响分析结果

以上结果表明，荷载试验时，预制箱梁与现浇层和桥面铺装已经形成组合作用，尤其对于采用混凝土桥面铺装的桥梁这种组合作用更加明显。混凝土防撞护栏具有较大的抗弯刚度，对于小箱梁桥尤其是边梁的刚度影响显著。校验系数计算时，是否考虑桥面铺装以及护栏的作用，直接导致最后计算出的校验系数有着显著的差别。

3结语

《公路桥梁荷载试验规程》(征求意见稿)对每类桥梁给出了荷载试验校验系数的常值，规程中详细规定了测试方法、测试精度等要求，即文中校验系数的第一类影响因素，但是并未对计算模式等第二类影响因素进行规定。通过探讨可以看出，计算模式及虚拟横梁刚度和是否考虑铺装层以及护栏刚度对于小箱梁桥校验系数有比较显著的影响，建议在规程中对校验系数常值表对应的理论计算值的计算模式及相关参数明确规定。

参考文献：

[1]周海俊，吴永昌，谭也平，等．桥梁荷载试验研究综述[J]．中外公路，2008，(4)：164-166．

[2]石雄伟，雷丹，袁卓亚，等．桥面铺装对中小跨径PC梁桥校验系数影响分析[J]．应用基础与工程科学学报，2015，(4)：792-804．

[3]冯文焕，苏巨峰．梁格法分析小箱梁桥虚拟横梁刚度模拟[J]．山西建筑，2013，(10)：148-149．

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

作者简介：马占凯(1979-)，男，内蒙古鄂尔多斯准格尔旗人，工程师，研究方向：桥梁施工技术。

中图分类号：U44

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)04-0067-02