靜載試驗(yàn)在組合體系橋梁中的應(yīng)用研究

彭湘蓮

摘 要：采用等效荷載試驗(yàn)?zāi)M組合體系橋梁在最不利荷載作用下的工 作狀態(tài)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法及橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，評價橋跨結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用荷載下的工作性能，預(yù)測橋梁運(yùn)營的狀況，為橋梁維修、管理提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：荷載試驗(yàn) 組合體系橋梁 應(yīng)力 位移

1.工程概況

某繞城高速公路東段服務(wù)區(qū)人行天橋結(jié)構(gòu)形式為拱拉組合式異型結(jié)構(gòu)橋梁。該橋跨結(jié)構(gòu)布置為23.92m+6.08m等截面連續(xù)鋼箱梁橋，并采用斜拉索來增大橋梁跨度。主梁采用單箱三室連續(xù)鋼箱梁，鋼箱梁高80cm，頂板厚10mm，斜腹板厚10mm，鋼板加勁肋；頂板寬4.5m，底板寬2.6m，設(shè)置橫隔板，板厚10mm；鋼箱梁全部采用Q235B鋼板；斜拉索采用低松弛無粘結(jié)鍍鋅鋼絞線，每根斜拉索由5根φj15.24鋼絞線組成，鋼絞線的抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1770MPa；主塔斜向布置，其軸線與水平面的夾角為70°，主塔表面由四塊厚14mm鋼板焊接圍成，內(nèi)部灌注C30混凝土。橋面寬度4.5 m。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級為人群3.0 kN／m2。

2.試驗(yàn)及測試內(nèi)容

(1)箱形梁承受最大正彎矩截面(A—A)，以該截面承受的最大正彎矩作為控制荷載來進(jìn)行試驗(yàn)；

(2)箱形梁與塔交界處(B—B)，以箱形梁承受的最大負(fù)彎矩作為控制荷載來進(jìn)行試驗(yàn)；

(3)塔與橋面交界處(C—C)，以塔承受的最大彎矩作為控制荷載來進(jìn)行試驗(yàn)；

(4)測試橋梁結(jié)構(gòu)的主梁應(yīng)力、變形，主塔應(yīng)力、變形及斜拉索索力增量。各試驗(yàn)截面及位移測試截面見圖1，各試驗(yàn)截面應(yīng)變測點(diǎn)布置見圖2及圖3。

3.模型建立與理論計(jì)算

靜載試驗(yàn)計(jì)算采用平面模型，計(jì)算程序采用“橋梁博士”專業(yè)軟件。全橋結(jié)構(gòu)離散成73個單元，69個節(jié)點(diǎn)(其中主梁47個單元，主塔21個單元，5根斜拉索5個單元)，進(jìn)行靜力有限元計(jì)算。計(jì)算時主拱兩端支座處節(jié)點(diǎn)約束其水平和豎直方向自由度。有限元計(jì)算模型簡圖見圖4。

4.試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

4.1 試驗(yàn)荷載

本次試驗(yàn)天橋各截面試驗(yàn)荷載均是根據(jù)人群3.0 kN／m2計(jì)算其各控制截面的彎矩，荷載布置形式為20m范圍內(nèi)均布，荷載總重為350kN，荷載效率系數(shù)為0.85～1.06，滿足試驗(yàn)要求的0.80～1.10的范圍。各試驗(yàn)截面的計(jì)算彎矩、試驗(yàn)彎矩及相應(yīng)的荷載效率系數(shù)見表1。br>

4.2 試驗(yàn)加栽控制

本次試驗(yàn)加載采用人工堆載。堆載位置的確定主要是考慮在一次堆載的情況下使三個控制截面能同時達(dá)到試驗(yàn)要求，并且保證其它各截面達(dá)不到最不利荷載效應(yīng)。為了防止結(jié)構(gòu)意外損傷，將靜力試驗(yàn)荷載分成預(yù)加載和3級加載，然后卸零。加載方式為單次逐級遞加到最大荷載，然后逐級卸到零級荷載。主橋試驗(yàn)荷載加載布置見圖2。

靜力試驗(yàn)荷載的加載分級，主要依據(jù)加載重物在某一檢驗(yàn)項(xiàng)目(內(nèi)力或位移)影響面內(nèi)縱橫向位置的不同，以及加載重物數(shù)量多少，而分成設(shè)計(jì)控制荷載產(chǎn)生的該檢驗(yàn)項(xiàng)目最不利效應(yīng)值的40％、80％和100％。

4.3 測試方法

(1)斜拉索的索力測試。實(shí)施方法為用索力儀測量其頻率，將頻率換算成索力；

(2)應(yīng)力測試。實(shí)施方法為在測試斷面不同高度沿梁體縱向布置鋼筋應(yīng)變計(jì)，并由日產(chǎn)UCAM一70A萬用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)變測量；

(3)撓度測試。實(shí)施方法為沿梁體縱向均勻布置3個豎向位移測點(diǎn)，每一測試截面左右緣各布置一個撓度測點(diǎn)，撓度測量采用大量程百分表及馬克西姆撓度計(jì)讀測；

(4)幾何變形測試。在試驗(yàn)荷載作用下，塔將發(fā)生位移，試驗(yàn)過程中需測量塔的位移。實(shí)施方法為用全站儀測量；

(5)溫度測量。實(shí)施方法為用紅外溫度測試儀測量主梁和主塔的表面溫度及環(huán)境溫度。

5.試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 撓度測試結(jié)果

各工況撓度實(shí)測值與計(jì)算值比較見表2。實(shí)測人行天橋撓度校驗(yàn)系數(shù)介于0.37～0.99之間，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)部分值略小于試驗(yàn)方法建議的0.70～1.05的合理范圍，橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)荷載等級要求。

5.2 應(yīng)力測試結(jié)果

各試驗(yàn)截面應(yīng)力實(shí)測值與計(jì)算值比較見表3。實(shí)測人行天橋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)介于0.76～1.05之間，滿足試驗(yàn)方法建議的0.70～1.05合理范圍，橋跨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)荷載等級要求。

5.3 斜拉索索力測試結(jié)果

在試驗(yàn)荷載作用下，斜拉索索力實(shí)測值及其增量見表4。從表中可以看出，1 、2 、3 及5 斜拉索實(shí)測索力增量小于計(jì)算索力增量，4 斜拉索實(shí)測索力增量略大于計(jì)算索力增量，實(shí)測值與計(jì)算值吻合較好。

5.4 主塔位移測試結(jié)果

在試驗(yàn)荷載作用下，主塔縱向位移實(shí)測值與計(jì)算值比較見表5。從表中可以看出，主塔位移實(shí)測值略大于計(jì)算值，主塔剛度滿足設(shè)計(jì)荷載等級要求，但剛度儲備并不是很大。

6.結(jié)論

通過現(xiàn)場靜載試驗(yàn)與理論計(jì)算進(jìn)行對比分析，橋跨結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，滿足設(shè)計(jì)的荷載等級要求。

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作者單位：邵陽市公路橋梁工程公司