啞鈴型鋼管混凝土拱橋靜動(dòng)力性能試驗(yàn)研究

張 瑞 琦

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

啞鈴型鋼管混凝土拱橋靜動(dòng)力性能試驗(yàn)研究

張 瑞 琦

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

對(duì)啞鈴型鋼管混凝土拱橋的靜動(dòng)力性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，闡述了靜載試驗(yàn)與動(dòng)載試驗(yàn)的測(cè)試內(nèi)容，測(cè)點(diǎn)布置與加載位置，并分析了試驗(yàn)結(jié)果，得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。

靜載試驗(yàn)，測(cè)試，位移，動(dòng)載試驗(yàn)

1 項(xiàng)目概況

此啞鈴型鋼管混凝土拱橋位于浙江省建德市，常水位江面寬度為300 m，相應(yīng)水深5 m。大橋主橋?yàn)槿撞坏瓤缰谐惺戒摴芑炷凉皹?，跨徑?4 m+120 m+84 m。中跨拱肋高2 m，由兩根直徑為80 cm的鋼管組成鋼管混凝土拱肋；兩個(gè)邊跨的鋼管混凝土拱肋高1.8 m，由兩根直徑為75 cm的鋼管組合而成。拱肋鋼管內(nèi)填40號(hào)微膨脹混凝土。拱橋橋面采用鋼筋混凝土空心板，施工時(shí)先簡(jiǎn)支后連續(xù)。空心板支于鋼筋混凝土橫梁上。橫梁與拱肋間由110-φs5高強(qiáng)碳素鋼絲束吊桿連結(jié)。主橋水中兩個(gè)橋墩采用重力式基礎(chǔ)，兩岸橋臺(tái)采用鋼筋混凝土沉井。

2 靜載試驗(yàn)

2.1 測(cè)試內(nèi)容與測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)系桿拱橋的受力特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作的條件，擬定的靜載試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容包括：北邊跨拱腳(S1)、四分點(diǎn)(S3)及拱頂(S2)斷面鋼管應(yīng)力；中跨拱腳(S4)、四分點(diǎn)(S5)及拱頂(S6)斷面鋼管應(yīng)力；部分吊桿活載拉力；拱橋拱肋豎向變形。測(cè)試斷面、內(nèi)力測(cè)試吊桿位置及斷面測(cè)點(diǎn)布置見圖1。

2.2 加載位置

本次荷載試驗(yàn)共分八個(gè)工況，工況一～工況八分別為邊跨拱腳S1斷面負(fù)彎矩、邊跨拱頂S2斷面正彎矩、邊跨拱肋3/4點(diǎn)S3斷面正彎矩、邊跨拱肋3/4點(diǎn)S3斷面負(fù)彎矩、中跨拱腳S4斷面負(fù)彎矩、中跨拱肋1/4點(diǎn)S5斷面正彎矩、中跨拱肋1/4點(diǎn)S5斷面負(fù)彎矩、中跨拱頂S6斷面正彎矩。典型加載工況車輛布載位置見圖2。計(jì)算得到各截面的加載效率均在0.87～1.05，滿足要求。

2.3 撓度試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)中測(cè)試了邊拱拱頂、四分點(diǎn)在邊拱各加載工況下的撓度以及中拱拱頂、四分點(diǎn)在中拱各加載工況下的撓度。表1中給出了試驗(yàn)中邊拱拱肋各撓度測(cè)點(diǎn)在工況二、工況三與工況四下的撓度值及撓度校驗(yàn)系數(shù)，中拱拱肋各撓度測(cè)點(diǎn)在工況六、工況七及工況八下的撓度值及撓度校驗(yàn)系數(shù)。

表1 拱肋撓度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比較

mm

經(jīng)計(jì)算得到各測(cè)點(diǎn)的豎向撓度的校驗(yàn)系數(shù)為0.72～1.04。在邊跨拱頂正彎矩加載工況中，跨中撓度為1.9 mm，小于理論計(jì)算值2.5 mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.76；在邊跨拱肋3/4點(diǎn)正彎矩加載中，拱肋3/4處撓度為7.3 mm，小于理論計(jì)算值8.0 mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.91；在邊跨拱肋3/4點(diǎn)負(fù)彎矩加載中，拱肋3/4處撓度為-6.0 mm，小于理論計(jì)算值-6.4 mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.94。 在中跨拱頂正彎矩加載工況中，跨中撓度為9.2 mm，略大于理論計(jì)算值8.8 mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為1.04；在中跨拱肋1/4點(diǎn)正彎矩加載中，拱肋3/4處撓度為21.5 mm，小于理論計(jì)算值22.1 mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.97；在中跨拱肋1/4點(diǎn)正彎矩加載中，拱肋3/4處撓度為-15.8 mm，小于理論計(jì)算值-16.1 mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.98。結(jié)果說明實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.4 控制截面應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)測(cè)試了中拱和邊拱的拱腳、拱頂及四分點(diǎn)在對(duì)應(yīng)工況下的實(shí)測(cè)應(yīng)力及理論應(yīng)力值分布情況，見表2。

表2 應(yīng)力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比較

實(shí)測(cè)該橋邊跨、中跨跨中拱頂負(fù)應(yīng)力分別為-6.45 MPa和-11.33 MPa，與理論計(jì)算值-6．62 MPa和-1.40 MPa相接近；實(shí)測(cè)邊跨拱肋3/4點(diǎn)正應(yīng)力和負(fù)應(yīng)力為9.04 MPa和-9.85 MPa，小于理論計(jì)算值9.84 MPa和-11．06 MPa；實(shí)測(cè)中跨拱肋1/4點(diǎn)正應(yīng)力和負(fù)應(yīng)力為12.57 MPa和-16.47 MPa，接近理論計(jì)算值14.33 MPa和-16.16 MPa；實(shí)測(cè)邊跨拱腳斷面正應(yīng)力和負(fù)應(yīng)力為7.56 MPa和-7.65 MPa，小于理論計(jì)算值11.42 MPa和-7.95 MPa；實(shí)測(cè)中跨拱腳斷面正應(yīng)力和負(fù)應(yīng)力為19.01 MPa和-21.25 MPa，小于理論計(jì)算值22.20 MPa和-25.99 MPa。

所有控制截面應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.63～1.02。在最不利荷載作用下，各控制截面的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)滿足《大跨度混凝土橋梁試驗(yàn)方法》3.19.2條款的規(guī)定，校驗(yàn)系數(shù)為0.6～1.1，說明結(jié)構(gòu)具有一定的應(yīng)力儲(chǔ)備。

2.5 吊桿索力增量測(cè)試

實(shí)測(cè)得到邊拱拱頂正彎矩工況下，邊拱4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)吊桿的索力增量最大值分別為74 kN，68 kN和30 kN，而理論計(jì)算得到的索力增量分別為82 kN，70 kN和32 kN，校驗(yàn)系數(shù)分別為0.90，0.97和0.94。中拱拱頂正彎矩工況下，中拱7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)吊桿的索力增量最大值分別為82 kN，74 kN和45 kN，而理論計(jì)算得到的索力增量分別為85 kN，73 kN和48 kN，校驗(yàn)系數(shù)分別為0.96，1.01和0.94。吊桿增量校驗(yàn)系數(shù)在0.90～1.01，均屬于正常范圍。

3 動(dòng)載試驗(yàn)

橋面振動(dòng)響應(yīng)測(cè)定主要獲得大橋在車輛激勵(lì)下的橋面振動(dòng)大小的定量描述。試驗(yàn)采用四輛載重車(車輛總重量與靜載試驗(yàn)車輛重量相同)，分兩組以10 km/h，30 km/h的車速勻速駛過橋面，記錄所有測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程信號(hào)。試驗(yàn)時(shí)，在全橋中跨和北邊跨兩跨跨中位置布置4個(gè)豎向測(cè)點(diǎn)，具體測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)點(diǎn)編號(hào)如圖3所示。

圖4為橋面典型測(cè)試部位的振動(dòng)信號(hào)加速度幅值圖。實(shí)測(cè)信號(hào)的幅域分析可以得知：車輛激勵(lì)下，邊跨最大實(shí)測(cè)豎向振動(dòng)加速度幅值約16.89 cm/s2，此時(shí)車輛激勵(lì)為30 km/h；橋面豎向振動(dòng)加速度有效值(RMS)為1.95，小于2 cm/s2。中跨最大實(shí)測(cè)豎向振動(dòng)加速度幅值約16.06 cm/s2，此時(shí)車輛激勵(lì)為30 km/h；橋面豎向振動(dòng)加速度有效值(RMS)為1.90，小于2 cm/s2。此橋在車輛激勵(lì)下的振動(dòng)強(qiáng)度與其他許多橋梁的振動(dòng)水平相近，屬正常水平。

4 結(jié)語

1)靜載試驗(yàn)測(cè)定的主要截面撓度校驗(yàn)系數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)，說明結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

2)靜載試驗(yàn)荷載下，拱肋控制截面實(shí)測(cè)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在合理范圍內(nèi)，吊桿內(nèi)力增量校驗(yàn)系數(shù)在0.90～1.01，均屬于正常范圍。說明此大橋結(jié)構(gòu)受力合理，具有承受原設(shè)計(jì)荷載的強(qiáng)度。

3)車輛激勵(lì)下的橋面振動(dòng)強(qiáng)度屬正常水平，表明實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)力剛度較好，滿足正常使用要求。

[1] JTG D60-2004，公路橋梁設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S]．

[2] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 戴澤濤，張春鳳.橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)的方法研究[J].城市建設(shè)理論研究,2011(21):2-5．

Experimental research on static and dynamic performance of dumbbell-shaped steel-tube concrete arch bridge

ZHANG Rui-qi

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

The paper tests and studies the static and dynamic performance of dumbbell-shaped steel-tube concrete arch bridge, describes static and dynamic load testing contents, testing points distribution and uploading position, and then analyzes testing results, and finally draws some valuable conclusions.

static load test, test, displacement, dynamic load test

1009-6825(2014)11-0185-02

2014-02-08

張瑞琦(1988- )，男，在讀碩士

U448.22

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