珠江黄埔大桥北汊斜拉桥静载试验研究

陈剑云

摘要:介绍珠江黄埔大桥北汊桥主桥斜拉桥的静载试验的主要内容和方法,并结合理论计算,对静载工况下的主梁挠度、主塔塔顶变位、斜拉索索力增量、主梁与主塔相应的截面应力作用进行分析。试验结果表明主梁、塔在使用荷载下均处于弹性工作状态,桥跨结构设计合理,具有良好的强度、刚度和动力特性,桥梁结构满足设计要求。

关键词:斜拉桥 静载试验

0 引言

珠江黄埔大桥北汊桥主桥是目前国内最大跨径独塔双索面钢箱梁斜拉桥,跨径组成为383m+197m+63m+62m。主桥采用半漂浮结构体系,主梁采用单箱三室扁平流线形栓焊钢箱梁,钢箱梁全宽41m,斜拉索采用热挤聚乙烯高强度钢丝拉索PES(C)7系列,在主梁上的标准索距为16m,边跨部分索距为12m。索塔采用门型索塔,钢筋混凝土结构。桥梁设计荷载为汽车—超20级,挂车—120。按双向八车道布置。

1 静载试验荷载设计与试验方法

1.1 静载试验荷载的设计 静载试验加载位置与加载工况的确定,主要根据使主梁、主塔设计控制截面的试验内力和变形达到设计理论控制值的80%～100%来确定,并以内力和变形相等效为原则。通常还应在防止结构局部内力过大破坏的基础上,结合实际情况,充分考虑简化和合并加载工况,尽量减少试验量和缩短试验时间。该桥理论计算采用Midas/civil 2006桥梁结构分析软件做分析。根据得到的理论计算值,并结合简化和合并工况的原则,将该桥静载试验分为两个工况进行。工况一测试主梁活载正弯矩、索塔中塔柱底弯矩、索塔顶水平位移、主梁挠度,采用了44台重约300kN的载重汽车进行加载。工况二测试主梁活载负弯矩,采用了24辆重约300kN的载重汽车进行加载。加载分四级,卸载分一级。

1.2 静载试验的内容和方法 静载试验主要的测试内容为各级荷载作用下的结构工作性能。对该桥所进行的静载试验,主要包括了测试主梁、主塔应力,斜拉索的索力增量,主梁挠度与主塔塔顶变位。其中应力(应变)采用振弦式应变计,由DT615应变测试系统测量。斜拉索索力增量测量采用频率法进行。即在加载前后通过安装在斜拉索上的加速度传感器拾取环境随机激励下拉索的振动信号,由此分析得到其特征频率,再结合斜拉索的相关参数,计算给出其索力值及加载前后索力变化值。主梁挠度变形采用精密水准仪和全站仪进行观测。主塔纵向位移,采用全站仪进行观测。

2 静载试验结果及分析

试验记录了各工况实测挠度、索力、桥塔偏位、应变及其残余值,结合理论值可计算出这些测试项目增量的校验系数。通过这些测量项目荷载效应增量实测值和理论值的比较及校验系数、残余值与最大效应测试值的比值等参数判定结构的实际工作状况。本文限于篇幅,只对各工况的重点考擦内容进行分析。

2.1 主梁挠度分析 各工况下主梁最大实测挠度见表1。对工况一,其主梁最大实测挠度为607.1mm,小于理论计算值625.8mm,校验系数为0.97,残余系数为0.02,均满足要求。满载时主梁的挠度纵向曲线见图1。从图中可知主梁的挠度实测值与理论值比较接近,且挠度的实测值均小于理论值,实测挠度曲线与理论挠度曲线的变化规律基本一致。挠度测试结果表明,主梁具有较好的整体刚度,在试验荷载作用下结构处于弹性工作状态,结构受力合理,符合设计要求。

2.2 各工况下主梁应力(应变)分析 各工况下主梁测试断面应力见表1,由表1可以看出,各工况下对应主梁截面的应变实测值均小于理论值,校验系数介于0.70～0.98之间,均小于1.05,在规范要求的合理范围内。工况一A-A截面上下缘平均应变与荷载关系P-ε曲线见图2。从图中可见应变的实测值均小于理论值,实测应变曲线与理论应变曲线的变化规律基本一致。可见主梁结构具有足够的强度且处于弹性工作状态。

2.3 斜拉索索力分析 工况一下索力增量测试结果见表2。由表中可以看出,实测值与理论值比较接近,校验系数在0.98～1.04之间,均小于1.05,均在规范要求的合理范围内。索力测试结果说明斜拉索受力合理。

2.4 主塔应力(应变)分析 主塔上塔柱根部截面C-C试验荷载作用下的应变实测值及其与理论值的比较见表1。从实测结果来看,实测应变小于理论计算值,塔柱截面上、下缘的应力结构校验系数分别为0.96和0.99,可见主塔在该工况下处于弹性受力状态,具有足够的强度,因此主塔的受力是合理的。

2.5 主塔塔顶变位分析 各加载工况下塔顶纵向偏位实测值与理论值见表1。从试验结果和理论值比较来看,结构校验系数为1.05,实际结构受力变形与设计理论变形总体吻合良好,表明桥塔结构具有足够的刚度。

3 结论

由该桥的静载试验实测数据的分析可知结构各项力学控制指标均基本符合规范要求及设计要求,实测试验曲线变化与理论计算基本一致,可见该桥结构在试验荷载下处于弹性受力状态,主梁、主塔的刚度、强度性能良好,结构受力合理,桥跨结构能够满足设计汽一超20,挂-120的荷载等级要求。通过桥跨结构的静载试验,在整理分析试验结果的基础上建立了珠江黄埔大桥北汊斜拉桥的竣工后的详细的结构静力性能档案资料。这也为以后该桥在运营阶段,特别是老化阶段的检测与评定提供了基准数据。

参考文献:

[1]广东省交通建设工程质量检测中心.珠江黄埔大桥北汊桥主桥斜拉桥动静载试验报告.2008.

[2]施洲,曹发辉,蒲黔辉.大跨度独塔斜拉桥静动载试验研究.铁道建筑技术,2005(1).