石板沟长江大桥荷载试验分析

2010-01-15黄志刚张永水刘预保

四川建筑 2010年6期

关键词：长江大桥主塔挠度

黄志刚,张永水,刘预保

(1.重庆交通大学,重庆 400074;2.中铁二局四公司,四川成都 610306)

石板沟长江大桥荷载试验分析

黄志刚1,张永水1,刘预保2

(1.重庆交通大学,重庆 400074;2.中铁二局四公司,四川成都 610306)

为保证涪陵石板沟长江大桥营运安全的可靠性,对该桥进行了荷载试验。文中介绍了石板沟长江大桥荷载试验的主要内容和方法,并结合理论计算,对该桥梁结构的实测应力、挠度和索力进行对比分析。试验结果表明,该桥理论分析和设计计算方法可靠,桥梁结构处于安全状态,其承载能力满足设计要求。

斜拉桥; 应力; 变形; 静载试验

1 工程概况[1]

涪陵石板沟长江大桥主桥为200m+450m+200m的三跨连续双塔双索面预应力混凝土斜拉桥。主梁为半漂浮体系,采用预应力混凝土双肋截面,标准梁段梁肋高 2.5m,主梁两肋间设横隔梁,横隔梁标准间距为 4m,连接梁肋和行车道板使之成为整体,主塔为花瓶形,主塔处塔梁间采用纵向弹性约束,墩塔全高179.82m。

下部基础均采用钻孔桩基础,设计荷载:公路—1级,人群—2.5 kN/m2。斜拉索采用空间双索面,每塔每索面共 28对斜拉索全桥共 256根斜拉索。斜拉索采用 7mm低松驰高强镀锌平行钢丝,外包聚脂复合带及热挤黑色PE和彩色PE护套,钢丝标准强度fpk=1 670MPa。(见图1,图2)

2 试验项目及依据[2]

桥梁在通车前需要对桥梁进行荷载试验,其目的是鉴定大桥结构的刚度、强度和整体受力性能,检验大桥是否符合设计要求及能否正常使用。荷载试验项目包括现状检查、荷载试验相关的结构计算、静载试验和动载试验 4部分,其检验结果可用于桥梁承载能力的评价。荷载试验主要参照交通部《大跨径混凝土桥梁的试验方法》;《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D 62—2004);《公路斜拉桥设计规范》(JTJ027-96)。本论文主要针对该桥通车试验中的静载试验部分进行介绍与比较分析。

3 静载试验

3.1 控制截面及测点布置[3]

根据石板沟长江大桥结构体系的受力特点,选取主桥主梁江北片区侧塔索面边跨跨中截面(J1)、江北片区侧塔根部截面(J2)L/4、江北片区侧塔中跨1/4截面(J3)、中跨跨中合龙段截面(J4)塔顶截面(J5和J6)六个截面(如图1所示)作为应力测试截面。

根据现场条件和测试断面特点,J1～J4各截面混凝土静应变测点主要沿主梁下缘布置,如图 2所示。各截面设置 11个纵桥向测点,共布置应变测点 44个。

图1 石板沟长江大桥应力测试截面布置应力图(m)

图2 主梁应力测点布置示意(m)

选取主桥主梁上的江北片区侧塔索面边跨和中跨的L/4、L/2、3L/4截面,中跨跨中截面,江东片区侧塔索面中跨和边跨的 1/2截面为标高控制点,如图 3所示(F1～F10)。

图3 石板沟长江大桥挠度测试截面布置(m)

3.2 测试工况及测试项目

全桥共进行了 7个工况的测试。

工况1:北边跨主梁L/2截面J1对称加载;

工况2:江北边跨主梁最大挠度加载;

工况3:主跨L/4截面J3加载;

工况4:主跨跨中截面截面L/2(J4)对称加载;

工况5:主跨跨中截面截面L/2(J4)偏载;

工况6:江北片区侧塔根部截面J2对称加载;

工况 7:主跨最大挠度加载。

在各个工况下测试了主梁应力、横梁应力、主梁挠度、拉索索力、主塔截面应力、主塔偏位、支座位移、裂缝等。在各工况卸载后,测试了残余变形和裂缝宽度。

3.3 测试方法与仪器[4]

(1)主梁、横梁及主塔混凝土应力观测:采用在测试点混凝土表面粘贴长标距应变片,以静态电应变仪自动扫描观测结构的应变,再换算为相应混凝土应力。

(2)索力观测:采用相对测试法,即用加速度传感器测定每根拉索的振动频率再按弹性弦振理论换算成相应内力,换算时考虑索的实际长度,长索抗弯刚度修正、角度、PE护套附加质量、阻尼修正等因素。

(3)主塔塔顶偏位及全桥挠度曲线测量:采用全站仪进行观测,全桥边跨共设 4个挠度观测截面、主跨共设 5个挠度观测截面、桥塔设置一个挠度观察面。

(4)混凝土构件裂缝观测:在开裂部位安装百分表进行裂缝宽度变化监测,并对可能出现裂缝的部位进行人工监测,一旦出现开裂,随时用刻度放大镜进行裂缝宽度监测。

3.4 试验荷载及布置[2]

荷载试验采用汽车荷载(两轴载重汽车,轴距4.2m,总重 30 t)以标准设计荷载作用下内力值、挠度值等作为试验控制值,按照各观测截面内力或挠度等效原则,在其影响线上按最不利位置分级布载。按照《大跨径混凝土桥梁的试验方法》对基本荷载试验的规定,本次荷载试验各截面荷载效率系数 0.78～1.06之间,满足试验方法中 0.8≤η≤1.05的要求。为检验抗扭及偏载效果,主梁主跨跨中截面进行了偏载加载。每种工况分为四级加载,每级荷载就位后约 5min进行各项观测,卸载后约 10 min进行残余观测和调零,再继续下一个工况。

4 测试结果及比较

4.1 应力观测结果与分析

表 1给出了各个工况下各受检截面最大应力测试值、计算值和校验系数。从表 1可看到,主梁各受检截面最大应力校验系数在 0.37～0.75之间,结构校验系数较合理,表明大桥在各个不利情况下受力性能正常。另外,从各个截面在各工况下的应力看,主跨跨中截面在偏载作用下主梁偏载效应不明显,结构抗扭刚度较大。在工况 1、工况 4、工况 7情况下,所有主梁正弯矩控制截面梁底应力分布上、下游基本对称,表现为主梁整体受力,各控制截面测点底部拉应力值均小于相应工况下理论计算值,符合石板沟长江大桥结构受力变化规律。卸载后测试应变残余也较小。从表 1还可看到,各截面横梁校验系数在 0.39～0.73之间,校验系数较理想,横梁强度满足规范要求。

4.2 主梁挠度及塔顶偏位观测结果与分析

表 2给出了工况 7主梁挠度测试结果。从表 2可以看到,工况7跨中截面实测挠度值为 331mm,约为L/1360,满足规范要求。在各个工况桥面实测挠度曲线与计算图形基本重合,桥面在荷载作用下的变形规律及变形量值与计算值相符,实测挠度值与计算值十分接近。所有工况卸载后恢复正常,最大残余变形为 12.6mm,表明结构目前在弹性工作状态,结构刚度满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》规定的要求。所有截面观测数据上、下游挠度值基本相同,说明其结构抗扭性能满足设计要求。在北边跨加载时,2号塔塔顶最大偏移量为 32mm,3号塔塔顶最大偏移量为10mm,校验系数分别为 0.95、0.91主跨加载时,1号塔最大偏移量 74mm, 2号塔最大偏移量 56mm,最大校验系数分别为 0.92、0.98。

1,2号主塔塔顶偏移趋势也与计算结果一致,主塔塔顶偏位测试结果正常,主塔刚度满足设计要求。