APP下载

独塔双索面斜拉悬臂组合结构桥静、动载试验研究

2011-05-04李德慧刘红生王国安

铁道建筑 2011年6期
关键词:主跨主塔拉索

李德慧,刘红生,王国安

(1.江西交通科学研究院,南昌 330038;2.石家庄铁道大学,石家庄 050043)

1 工程概况

剑邑大桥为跨越赣江的一座特大桥梁,主桥为独塔双索面斜拉—悬臂组合结构桥(55+2×165+55=440)m。主塔为钢筋混凝土H型塔,主梁为预应力混凝土∏形与箱形组合形式梁,斜拉桥梁、塔、墩固结。梁上索距8 m,拉索基本平行,斜拉角度约29°,共设28对拉索。大桥设计行车速度60 km/h,设计荷载公路I级,人群荷载3.5 kN/m2。桥面有效宽度23.5 m(扣除栏杆),即2×1.25 m(人行道)+2×2.5 m(非机动车道)+4×3.75 m(行车道)+1.0 m(中央双黄线)。斜拉桥桥面加宽至28.8 m,主塔附近局部最宽处30.5 m。桥梁设计洪水频率300年一遇,设计最大风速30 m/s。主桥立面示意如图1所示。

图1 主桥立面及实验断面布置示意(单位:m)

2 试验设计[1-2]

2.1 试验测试内容与方法

静力荷载试验测试内容主要有:应力控制截面试验荷载下应变、试验跨桥梁变形规律、主塔位移以及拉索荷载下索力变化,试验荷载在∏型主梁的横隔梁间分配规律等。

应变测量采用电阻应变片,由电阻应变测量系统测量,索力增量采用频率测定法测试,由材料特性确定的弹性模量推测斜拉索力增量。位移测量采用高精度全站仪进行极坐标多测回观测。在试验过程中用红外温度计对斜拉索、梁体、主塔进行点温度测量。

动力荷载试验研究内容主要有:测定桥梁的自振频率、阻尼特性,冲击系数等参数。

动力测试采用速度、加速度拾振器和信号采集处理系统采集数据,并实施FFT信号处理分析,进而得出需要的动力参数。

2.2 结构理论分析

结构理论分析采用平面杆系单元模型和空间分析模型。计算中考虑施工过程和实际桥梁的成桥内力状态。梁单元截面采用实际截面,索单元采用Enrst公式考虑其垂度效应,拉索在塔、梁锚固的偏心用刚臂单元考虑。梁、塔、墩固结部位,为了保证墩、塔、梁变形协调,防止固结部位较宽影响分析结果准确性,采用刚臂单元处理。

2.3 测点布置

根据理论分析结果,静载试验选择一侧165 m主跨及其相邻55 m边跨进行试验,在主跨应力变化最大截面、跨中截面、墩梁固结部位附近分别布置应变测点。主塔经分析,设计较为保守,不布置应变测点。

位移测点除选择试验跨的上游侧拉索锚点处布置位移测点,其他部位间隔10 m布置位移测点。主塔塔顶两肢分别布置一个位移观测点。为测试荷载在∏形主梁的横隔梁间分配规律,选取相邻的5根横隔梁跨中底缘布置单个应变测点。

在理论分析基础上,动载试验选择桥梁边跨1/2截面和主跨4分点布置横桥向和竖向拾振器,在塔顶和塔高2/3处布置横桥向和顺桥向拾振器。

主要试验测点布置如图2所示,试验内力控制截面位置如图1所示。

图2 测点布置示意

2.4 试验加载

为方便加载卸载,实验加载采用多辆载重汽车,单车质量30 t,按照荷载等效原则,通过影响线确定试验加载车位置和数量。进行如下加载试验:①设计活载下边跨最大正弯;② 2号主墩墩顶最大负弯;③主跨最大正弯;④主跨跨中最大挠度;⑤最短索受力最不利;⑥塔梁固结部位最大负弯;⑦塔顶最大水平位移;⑧重车在横梁间移动加载。

除试验⑧外,静力试验采用偏载和对称两种加载方式,以研究结构的偏载工作性能和对称工作性能。试验⑦与试验④合并进行。

试验⑧加载采用一排4辆试验重车,对称于桥面中线移动加载,考虑横隔梁间距为4 m,每次移动加载车2 m,试验车加载同步顺桥移动。确定对一根横梁产生影响的停车位置(试验车使第一根横梁底缘产生约5个微应变的位置)作为加载起始位置。

静力试验加载分级进行,分级数不少于3级,通过控制加载车数量进行加载分级。

动载试验加载。分别采用脉动试验和激振试验(不同车速跑车、越障跳车和急刹车)两种方式,研究结构的动力性能。

3 试验结果分析[3-5]

3.1 静载试验结果分析

表1为偏载加载最大试验荷载下试验结果与理论结果对比。可以看出,偏载加载情况下,根据实测应力计算试验桥边跨偏载系数在1.04~1.07之间,偏载效应不明显,表明实际结构边跨的箱形截面抗扭刚度较大,抗扭能力强。主跨∏形截面梁偏载系数实测1.18~1.14,明显大于边跨实测结果,表明主跨∏形截面抗扭能力逊于边跨箱形截面。

表1 偏载加载最大试验荷载下试验结果与理论结果对比

偏载及对称荷载作用下,边跨与次边跨加载的最大挠度和最不利应力均未超过理论值,且应力测试值的绝对量值并不大,卸载后挠度、应力残余极小。各试验下应力、挠度(位移)等校验系数均小于1.0,卸载弹性恢复非常好,说明主梁、主塔仍处于弹性状态工作,具有较好的整体刚度和强度。

实测拉索应力增量(表2)校验系数在0.75~0.98间,与理论预期较为吻合,表明拉索工作与设计预期一致。拉索工作正常。

实测桥梁竖向挠度(图3)线形平顺光滑,吻合度较高,说明理论计算模型与实桥状态非常接近。

表2 工况4实测部分拉索索力变化结果

图3 工况4主梁挠度纵向变化规律

从实测主跨主梁、主塔变形及拉索索力变化看,实测值与理论值的吻合度较高,说明本桥选用的独塔双索面斜拉—悬臂组合结构的主梁、主塔、拉索有较好的变形协调性。

本桥∏形主梁在汽车荷载作用下,横隔梁承受的汽车轮载主要在三根横梁间进行分配。最不利情况下,单根横梁大约承担试验荷载的0.42倍。

3.2 动载试验结果分析

表3及表4试验结果表明,随着重车车速增加,实测动位移有微弱的增大趋势,且随着车速提高,实测冲击系数微有增大。跑车冲击系数实测最大1.048,小于设计规范建议值1.05。刹车试验的实测冲击系数达到1.10以上,大于设计规范建议值。

表3 激振试验实测最大动位移值 mm

表4 实测冲击系数结果

跑车车速达到30 km/h以上,主跨内行车感觉有波动感,说明∏形主梁作为行车道系,横梁间距以及拉索间距对行车舒适有较大影响。

表5为各阶实测振动频率与理论计算频率比较,实测桥梁频率与理论结果相近,桥梁竖向侧向振动结果均在理论分析结果的1.1倍左右,实际桥梁的整体刚度好于理论值,结构有一定的刚度储备。实测结构阻尼较小,说明桥跨结构在环境荷载激励下是小阻尼振动,这和斜拉桥的结构形式一致。主梁一阶阵型为主梁竖向弯曲主塔顺桥向弯曲,说明结构主梁截面抗弯能力及主塔截面的顺桥向抗弯能力稍弱。

实测及理论分析桥梁的前3阶阵型,没有扭转阵型出现,表明该桥设计的独塔双索面斜拉—悬臂组合结构整体抗扭能力强于抗弯能力,这也是本桥实测未发现低阶频率出现扭转阵型的原因。

表5 各阶实测振动频率与理论计算频率比较

4 试验结论

1)由静载试验结果分析可知:在试验荷载下,主梁、主塔的变形性能良好,结构处于弹性受力状态,符合设计要求。桥跨结构主跨的偏载效应较边跨明显,说明主跨∏形截面主梁抗扭刚度稍弱。斜拉索受力合理,主梁具有较好的强度和抗弯刚度,试验桥受力性能满足设计荷载标准要求。

2)动力试验表明:实测自振频率大于理论值,桥跨具有较好的整体抗弯能力和抗扭转性能。实测结构各振型阻尼比正常,属于小阻尼振动。跑车实测动位移小于刹车、跳车试验,刹车、跳车对桥梁冲击明显,建议桥梁使用中做好交通管理和桥梁养护,尽量保证桥面平顺和行车通畅。

[1]徐日昶.桥梁检验[M].北京:人民交通出版杜,1989.

[2]交通部公路科学研究所.大跨度混凝土桥梁试验方法[Z].北京:交通部公路科学研究所,1982.

[3]张永厚,张永峰.中山市歧江三桥桥梁静动载试验研究[J].铁道建筑,2010(7):61-64.

[4]胡强,刘建磊,袁磊.高赞大桥静动载试验研究[J].铁道建筑,2008(12):18-21.

[5]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京:中国铁道出版社,1992:306-323.

猜你喜欢

主跨主塔拉索
创六项“世界之最”主跨2300m的江苏张靖皋长江大桥开建
中小跨径斜拉桥拉索监测方案研究
泉州湾跨海大桥主塔封顶
中国船级社助力将军澳大桥主跨顺利抵港
主跨 180 m 公路钢 - 混混合连续梁桥设计分析
两种跨越轨道防护装备主塔在扭转工况下的强度分析
斜拉桥断索分析中破断拉索位置的参数分析
石首长江公路大桥主塔下横梁施工技术
公安长江大桥主塔上横梁施工技术
VOF法在斜拉索风雨激振数值模拟中的应用