独塔单索面斜拉桥静载试验研究
独塔单索面斜拉桥静载试验研究
陈再荣,葛 翔,李 辉
(武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070)
索摘 要: 对主跨径128m独塔单索面斜拉桥实施静载试验,在各加载工况下,测试并分析关键截面的主梁挠度、力增量、主梁应力和主塔偏位等。通过比较该桥的实际加载效应和设计分析模型,结果表明:该桥的刚度和承载能力满足设计和使用要求;采用塔梁固结,辅助墩,多室箱梁的结构形式能有效的提高抗扭刚度。
关键词: 斜拉桥; 独塔; 单索面; 塔梁固结; 静载试验
ResearchonStaticLoadExperimentofCable-stayedBridgewith
SingleTowerandSingleCablePlane
CHENZai-rong,GEXiang,LIHui
(SchoolofCivilEngineeringandArchiteture,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)
Abstract: Staticloadexperimentswerecarriedonasingle-tower,single-planecable-stayedbridgewithamainspan
of128matvariousloadconditions.Loadingeffectsofmajorcross-section,namly:deflectionofthemainbeam,incrementofcableforce,stressofthemainbeamandthemaintower,displacementofthemaintowerweremeasuredandanalyzed.Bycomparingtheactualloadeffectswiththedesignanalysismodel,resultsshowthat:thestiffnessandload-bearingcapacityofthebridgemeetthedesignanduserequirements;thefixationoftowerandbeam,auxiliarypiers,multi-roomboxstruc-turecaneffectivelyimprovetorsionalrigidity.
Keywords: cable-stayedbridge; singletower; singleplane; fixationoftowerandbeam; staticloadexperiment 独塔单索面斜拉桥由于技术经济上的合理性和美学上的优越性,近年来发展迅速。试验主桥采用独塔单索面预应力混凝土展翅箱梁斜拉桥,塔梁固
结体系。索塔高67m,左右幅各17对斜拉索,索塔锚固区采用钢管混凝土结构,内八角形箱形截面,中塔柱为2个椭圆形钢管混凝土柱体,两者之间每隔2m共9个混凝土系梁连接,桥面标准梁段长6m,截面形式为展翅箱梁。全桥跨径布置为34m+56m+128m,边跨与主跨之比为0.7,桥面总宽33.5m,双向六车道,设计荷载为:汽车-超20级,挂车
2
-120级,人群3.5kNPm。
实施成桥静载试验的目的在于检验设计和施工质量,了解桥梁的实际承载能力和偏载效应,并为后期运营状阶段的状态评估提供初始资料。
1 静载测试设计
1.1 控制断面
试验加载方式的确定主要根据设计控制荷载在主梁和主塔上产生的最不利弯矩效应值换算而得,每一加载工况下主要考虑关键截面并尽量简化加载的
[1,2]
,根据该桥的结构特点,拟定加载控制截面如
下:
1)128m主跨最大弯矩截面A(距主墩中心线86m)。
2)主跨内距主塔中心8m,0号块变截面端部B。
3)次边跨跨中截面C(距主墩中心线32m)。4)辅助墩墩顶内侧主梁截面D。5)主跨塔根处截面T。
图1 主桥结构和静载测试布置图
1.2 加载方案
1)工况1:C截面加载8辆车,均布于中间4列,C截面最大正弯矩;
2)工况2:12辆车均布于中间6列,B截面受最大负弯矩;
3)工况3:10辆车均布于中间6列,A截面最大正弯矩;下塔柱根部承受最大弯矩;
4)工况4:10辆车偏布于6个车道,A截面偏载效应最大正弯矩;
5)工况5:鉴于主桥属于单索面体系,试验额外增加了一个工况:6辆车偏布于单向3列(单向偏载),产生最不利偏心荷载作用。
1.3 测试内容和方法
静载工况下,主要测试主梁和主塔应力,斜拉索索力增量,主梁挠度和主塔塔顶偏位。应变测试采用电阻应变片和原有预埋的钢弦式应变计相结合,用相应的数据采集仪采集,应力测点布置见图2;主梁挠度采用精密水准仪测量,各测点固定在相应位置处,后视点置于墩顶和塔柱处,并在岸边布置基准点;塔顶偏位采用精密全站仪测量;索力增量测试基于弦振理论,
采用索力动测仪测量。
见表2。
表1 测试断面静载试验荷载效率系数控制截面工况
C-C1
B-B2
T-T3
A-A[1**********]1.00
理论弯矩P(kN#m)13933-5473312815试验弯矩P(kN#m)13484-4762610827
效率系数
0.97
0.87
0.84
表2 各工况下对应截面挠度最大值
加载工况工况1工况2工况3工况4工况5
实测值-3-22-20-17P-23-7P-14
理论值-3-33-33-33-19
Pmm
效验系数1.000.670.610.610.53
注:表中斜杠前后值分别为扭转情况下上下游挠度值。
由表2可见,在工况2-工况5下,结构效验系数在0.53~0.67之间,在合理范围内。在工况1下,虽然其效验系数为1.00,但绝对值很小,在试验荷载下结构处于弹性工作状态,主梁的刚度良好,施工质量满足要求。
在中载工况下,主梁的计算最大挠度值为33
图2 主梁标准截面应力测点布置图
1.4 试验荷载效率系数
试验加载荷载效率系数一般要求在0.8~1.05之间,本桥的荷载效率系数如表1所示,由表1可见效率系数在0.84~1.00之间,满足试验要求。
mm,实测最大挠度值为22mm,说明主梁具体良好的整体刚度,符合设计要求。
在偏载工况4下,主跨挠度最大处上下游最大高差6mm,偏载系数为1.15,在最不利偏载工况5下,主跨挠度最大处上下游最大高差7mm,偏载系数1.33,偏载效应比较明显。
由于现场条件限制,主塔的偏位只测得了工况5下的塔顶偏位,实测偏移-5mm,理论值-4.7mm,结构效验系数1.06,略微偏大,但其绝对值很
2 试验数据和分析
2.1 主梁挠度和塔顶偏位分析
各加载工况下主梁对应截面处的挠度测试结果
小,可以认为主塔具有较好的整体刚度。2.2 主梁和主塔应力测试结果和分析
表3给出了工况3-4下主梁截面应力试验结果,应力测点分布如图2所示。
表3 A截面应变分析表
测点底板中部底板两侧腹板顶板中部顶板两侧
实测98
1149810-64
-64
-47
0.87
-48
-61
0.
79
21
0.470.86
7627-49
21-67
1.290.73
工况3理论
校验系数
实测73
114
0.66
工况4理论校验系数
LE
全桥索力一次,在主跨加载工况下,测量对应工况下边主跨上下游受力最不利4对斜拉索,在边跨加载工况下只测对应跨上下游受力最不利4对斜拉索。
工况2、3、4索力增量最大,分析其结果可掌握索力安全性。工况3、4下的对应活荷载双索索力增量见图3。
从实测活载索力可发现:
在中载工况下,索力增量效验系数基本介于0.87~1.10之间,结构效应系数偏大。个别索力效验系数在1.15左右,但绝对值很小,只具有参考价值。双索索力最大增量276kN,稍大于理论计算值,处于合理范围。
在偏载工况下,斜拉索受力偏载效应不太明显,这与单索面的结构形式相吻合,表明偏载工况下,斜拉索参与的抗扭作用有限,主要由主梁来参与抗扭作用,设计时主梁应具体足够的抗扭刚度。
3 结 论
a.在各试验荷载工况下,主桥结构处于弹性阶段,主梁和主塔强度和刚度性能良好,斜拉索受力合理,符合设计汽车-超20级,挂车-120荷载等级要求。
b.在中载和偏载作用下,主梁横截面纵向正应
图3 工况3、4下的关键索对索力增量
力明显分布不均,中间应力大于两侧应力。c.对于单索面斜拉桥,采用塔、梁、墩固结的结
构体系,同时主梁断面采用多箱室的形式,能有效提高塔、梁的整体刚度和主梁的抗扭强度和刚度能力。
参考文献
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范6(试行)(JTJ027-96).
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出版社,1998.
[4] 张士铎.桥梁工程结构中的负剪力滞效应[M].北京:
人民交通出版社,2004.收稿日期:2008-12-09.
作者简介:陈再荣(1983-),硕士生.E-mail:[email protected]
从表2可看出,主跨在工况3、4下,各测点的平
均应变均小于理论计算值(腹板处除外),主要测点各工况校验系数均小1.0,基本在0.8左右,说明实际结构刚度比计算模型略大,有良好的安全储备。实测最大残余应变与总应变之比均小于0.2,表明结构的残余应变较小,应力恢复情况较好。在各种荷载作用下,由于剪力滞效应,顶板(底板)顺桥向翼板正应力明显小于主梁中间部分的正应力,在截面A处纵向正应力分布不均匀,其趋势和现有理论翼板中间应力大于两侧应力情况相
[3,4]
。
主塔应力测试结果表明,在各中载工况下,主塔塔根应力的结构效验系数介于0.5~0.88之间,在合理范围内。偏载效应下,实测和计算绝对值均较小,因此可认为主塔的受力具有足够的强度储备,受力合理。
2.3 索力测试分析
索力测试布置为:在开始静载工况前后各测试