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        自錨式懸索橋分部位校驗(yàn)系數(shù)合理取值研究

        2021-08-05 11:21:30王毓晉鄭招仁
        施工技術(shù)(中英文) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:錨式概率分布懸索橋

        王 通,楊 康,王毓晉,鄭招仁

        (1.浙江舟山北向大通道有限公司,浙江 舟山 316000; 2.中交二航局第四工程有限公司,安徽 蕪湖 241000;3.寧波交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 寧波 315000)

        0 引言

        自錨式懸索橋不同于傳統(tǒng)的梁橋,也有別于地錨式懸索橋,其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,不同構(gòu)件所受荷載的形式也不同,若單純采用某一構(gòu)件的校驗(yàn)系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)整體做出評(píng)價(jià)顯然不合理[1]。目前,規(guī)范中并未針對(duì)自錨式懸索橋這種橋型給出精確的校驗(yàn)系數(shù)取值范圍。基于國(guó)內(nèi)多座自錨式懸索橋荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù),主要包括主梁應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)、吊索索力校驗(yàn)系數(shù)、塔頂偏位及塔底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù),對(duì)其合理取值進(jìn)行研究,借助Minitab對(duì)各部位構(gòu)件校驗(yàn)系數(shù)取值范圍合理分類,事實(shí)上是對(duì)規(guī)范進(jìn)行細(xì)化及驗(yàn)證,為后續(xù)該橋型總體評(píng)價(jià)提供借鑒。

        1 現(xiàn)有評(píng)定方法

        結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)是指試驗(yàn)荷載下結(jié)構(gòu)應(yīng)變(應(yīng)變)或變形的實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的比值,用符號(hào)η表示。校驗(yàn)系數(shù)是評(píng)價(jià)橋梁承載力的重要指標(biāo),針對(duì)不同橋型、不同部位校驗(yàn)系數(shù)取值范圍也不同。一般地,當(dāng)η≤1表明結(jié)構(gòu)承載力滿足規(guī)范要求,工作性能較好;當(dāng)η>1表明工作狀態(tài)不理想,承載力不足。校驗(yàn)系數(shù)越小,結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備越大;反之,結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)系數(shù)也越高,JTG/T J21-01—2015《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》給出常見橋型校驗(yàn)系數(shù)常值[2],如表1所示。

        表1 不同橋型校驗(yàn)系數(shù)常值

        2 分部位校驗(yàn)系數(shù)研究意義

        本文主要對(duì)鋼主梁、塔柱、纜索三大構(gòu)件校驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行合理取值分析?;谖墨I(xiàn)及相關(guān)荷載試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù),借助統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件Minitab對(duì)主梁應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)、塔頂偏位及塔底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)、主纜拉力測(cè)試及吊索索力校驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行95%置信區(qū)間的正態(tài)分布檢驗(yàn)。開展自錨式懸索橋分部位校驗(yàn)系數(shù)合理取值研究有如下幾點(diǎn)意義[3-4]:①不同構(gòu)件受力不同,吊索承受拉力,主梁主要承受彎矩與軸力;②不同構(gòu)件所用材料不同,塔柱一般為混凝土結(jié)構(gòu),主梁和纜索多為鋼材;③不同構(gòu)件采用的測(cè)試儀器及方法不同;④建立A(優(yōu))、B(良)、C(中)、D(差)、E(劣)更細(xì)致、合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)意義重大。

        3 分部位校驗(yàn)系數(shù)

        3.1 鋼主梁構(gòu)件校驗(yàn)系數(shù)

        本文基于國(guó)內(nèi)多座自錨式懸索橋荷載試驗(yàn)資料,隨機(jī)選出鋼主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)180組樣本,考慮篇幅僅列出100組樣本(見表2),借助Minitab對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析[5],為主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)服從95%置信區(qū)間的概率分布如圖1所示,主梁校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析如圖2所示。

        表2 自錨式懸索橋鋼主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)樣本

        圖1 主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)概率分布

        圖2 主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

        本文規(guī)定樣本均值在95%置信區(qū)間0.79~0.83為工作最佳[6],為A類;校驗(yàn)系數(shù)為1表示實(shí)測(cè)值等于理論值,承載力滿足規(guī)范的上限值,當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)在0.83~1.00規(guī)定為C類;因?yàn)樾r?yàn)系數(shù)服從正態(tài)分布,則主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)下線為0.79-0.17=0.62,規(guī)定0.62~0.79為B類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)>1認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力不足,規(guī)定為E;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)過小,認(rèn)為結(jié)構(gòu)安全系數(shù)過高,經(jīng)濟(jì)性差,規(guī)定0~0.62為D類[7]。

        隨機(jī)抽取了100組鋼主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)樣本,如表3所示。借助Minitab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì),主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)概率圖如圖3所示,鋼主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

        表3 自錨式懸索橋鋼主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)樣本

        圖3 主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)概率分布

        圖4 主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

        本文規(guī)定樣本均值在95%置信區(qū)間0.81~0.86為主梁工作最佳,為A類;校驗(yàn)系數(shù)為1表示實(shí)測(cè)值等于理論值,承載力滿足規(guī)范的上限值,規(guī)定0.86~1.00為C類;因校驗(yàn)系數(shù)服從正態(tài)分布,則主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)下限為0.81-0.14=0.67,規(guī)定0.67~0.81為B類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)>1認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力不足,規(guī)定為E類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)過小,認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力過大,安全系數(shù)過高,經(jīng)濟(jì)性差,規(guī)定0~0.67為D類。

        3.2 纜索構(gòu)件的校驗(yàn)系數(shù)

        隨機(jī)抽取100組自錨式懸索橋吊索索力增量校驗(yàn)系數(shù)樣本,如表4所示。借助Minitab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),吊索索力增量校驗(yàn)系數(shù)概率分布如圖5所示,吊索索力增量校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析如圖6所示。

        表4 自錨式懸索橋吊索索力增量校驗(yàn)系數(shù)樣本

        圖5 索力增量校驗(yàn)系數(shù)概率分布

        圖6 索力增量校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

        本文規(guī)定樣本均值在95%置信區(qū)間0.80~0.85為工作最佳,為A類;校驗(yàn)系數(shù)為1表示承載力滿足規(guī)范的上限值,規(guī)定0.85~1.00為C類;因校驗(yàn)系數(shù)服從正態(tài)分布,則吊索索力校驗(yàn)系數(shù)下限值為0.80-0.15=0.65,規(guī)定0.65~0.80為B類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)>1認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力不足,規(guī)定為E類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)過小,認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力過大,安全系數(shù)過高,經(jīng)濟(jì)性差,規(guī)定0~0.65為D類。

        主纜內(nèi)力增量的測(cè)試一般在錨跨中心索股處預(yù)埋壓力傳感器[8],本文隨機(jī)抽取70組自錨式懸索橋主纜內(nèi)力增量校驗(yàn)系數(shù)樣本,如表5所示,主纜內(nèi)力增量校驗(yàn)系數(shù)概率分布如圖7所示,主纜內(nèi)力增量校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析如圖8所示。

        表5 自錨式懸索橋主纜內(nèi)力增量校驗(yàn)系數(shù)樣本

        圖7 主纜內(nèi)力增量校驗(yàn)系數(shù)概率分布

        圖8 主纜內(nèi)力增量校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

        本文認(rèn)為樣本均值在95%置信區(qū)間0.78~0.84為工作最佳,規(guī)定為A類;校驗(yàn)系數(shù)為1表示實(shí)測(cè)值等于理論值,承載力滿足規(guī)范的上限值,規(guī)定0.87~1.00為C類;因校驗(yàn)系數(shù)服從正態(tài)分布,則主纜內(nèi)力增量校驗(yàn)系數(shù)下限為0.78-0.13=0.65,規(guī)定0.65~0.78為B類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)>1認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力不足,規(guī)定為E類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)過小,認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力過大,安全系數(shù)過高,經(jīng)濟(jì)性差,規(guī)定0~0.65為D類。

        3.3 主塔構(gòu)件的校驗(yàn)系數(shù)

        隨機(jī)抽取70組塔頂偏位校驗(yàn)系數(shù)樣本,如表6所示。借助Minitab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),塔頂偏位校驗(yàn)系數(shù)概率分布如圖9所示,塔頂偏位校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析如圖10所示。

        表6 自錨式懸索橋塔頂偏位校驗(yàn)系數(shù)樣本

        圖9 塔頂偏位校驗(yàn)系數(shù)概率分布

        圖10 塔頂偏位校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

        本文認(rèn)為樣本均值在95%置信區(qū)間0.67~0.75為工作最佳,規(guī)定為A類;校驗(yàn)系數(shù)為1表示實(shí)測(cè)值等于理論值[9],規(guī)定0.75~1.00為C類;因校驗(yàn)系數(shù)服從正態(tài)分布,下限值為0.67-0.25=0.42,規(guī)定0.42~0.67為B類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)>1,認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力不足,規(guī)定為E類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)過小,認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力過大,安全系數(shù)過高,經(jīng)濟(jì)性差,規(guī)定0~0.42為D類。

        基于上述分析對(duì)主梁、主塔、纜索三大構(gòu)件進(jìn)行校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析,建立了A(優(yōu))、B(良)、C(中)、D(差)、E(劣)較為細(xì)致、合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),如表8所示。

        表8 自錨式懸索橋分部位校驗(yàn)系數(shù)合理取值分類

        4 結(jié)語

        本文基于國(guó)內(nèi)多座自錨式懸索橋荷載試驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn),借助統(tǒng)計(jì)學(xué)原理開展了主梁、主塔、纜索三大構(gòu)件的校驗(yàn)系數(shù)合理取值研究,對(duì)主梁應(yīng)變(應(yīng)力)、主梁撓度、吊索索力增量、主纜內(nèi)力增量、塔頂偏位及塔底應(yīng)變(應(yīng)力)校驗(yàn)系數(shù)取值范圍進(jìn)行分析,主要以承載力、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)及統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律等相關(guān)要求,建立了A(優(yōu))、B(良)、C(中)、D(差)、E(劣)較為細(xì)致、合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

        本文認(rèn)為樣本均值在95%置信區(qū)間0.70~0.75為工作最佳,規(guī)定為A類;考慮到校驗(yàn)系數(shù)為1滿足規(guī)范的上限值,規(guī)定0.75~1.00為C類;因校驗(yàn)系數(shù)服從正態(tài)分布,則塔頂偏位校驗(yàn)系數(shù)下限為0.70-0.25=0.45,規(guī)定0.45~0.70為B類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)>1認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力不足,規(guī)定為E類;當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)過小,認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載力過大,安全系數(shù)過高,提高了建造成本,規(guī)定0~0.45為D類。

        隨機(jī)抽70組自錨式懸索橋塔底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)樣本,如表7所示。借助Minitab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,塔底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)概率分布如圖11所示,塔底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析如圖12所示。

        表7 自錨式懸索橋塔底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)樣本

        圖11 塔底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)概率分布

        圖12 塔底應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

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