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        某獨(dú)塔雙索面混合梁斜拉橋成橋荷載試驗(yàn)研究

        2022-06-26 01:45:06樂,蔣鵬,耿
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年18期
        關(guān)鍵詞:主跨主橋撓度

        王 樂,蔣 鵬,耿 棟

        (安徽省公路工程檢測中心橋梁與隧道工程檢測安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230051)

        1 項(xiàng)目概述

        某獨(dú)塔雙索面混合梁斜拉橋跨徑布置為(30+68+140)m,上跨引江濟(jì)淮航道。橋梁標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?3 m,橋面為雙向六車道,兩側(cè)布置人行道、非機(jī)動車道,主橋主梁采用混合式疊合梁,主跨共計(jì)128 m長度范圍內(nèi)主梁為鋼混疊合梁,其余98 m邊跨及主跨12 m長部分共計(jì)110 m長度范圍內(nèi)主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土梁。疊合梁由兩側(cè)鋼邊箱、鋼橫梁、鋼托架、鋼小縱梁及混凝土橋面板組成。預(yù)應(yīng)力混凝土梁段為邊主梁縱橫梁體系,橫梁標(biāo)準(zhǔn)間距為3.5 m。主塔采用H形造型,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),塔梁固結(jié),塔高80 m,上下塔柱為單箱單室截面;主跨拉索間距10.5 m,邊跨拉索間距7 m,全橋共24對48根。邊跨混凝土主梁采用現(xiàn)澆C50混凝土,為預(yù)應(yīng)力混凝土邊主梁結(jié)構(gòu),全長97.9 m,伸入中跨12 m。在斜拉索錨固處及斜拉索中間均設(shè)有一道橫梁,間距為3.5 m。邊跨主梁標(biāo)準(zhǔn)截面距梁端54.4 m范圍內(nèi)中間頂板厚60 cm,矩形邊主梁寬3.0 m;距梁端54.4~94.4 m范圍內(nèi)中間頂板厚45 cm,矩形邊主梁寬3.0 m;在輔助墩及塔梁交接處邊主梁加寬至4.0 m。砼梁高為2.7 m。設(shè)計(jì)荷載:城-A級。主橋縱向布置示意圖如圖1所示。

        圖1 主橋縱向布置示意圖(單位:m)

        2 靜載試驗(yàn)

        基于成橋竣工圖紙,利用MIDAS/Civil建立橋梁有限元模型,根據(jù)分析結(jié)果確定加載車輛及布置位置、各試驗(yàn)工況的控制值及模態(tài)參數(shù)。

        2.1 主要試驗(yàn)工況

        通過有限元計(jì)算分析,確定在設(shè)計(jì)荷載作用下的內(nèi)力(或位移)最大值所在截面,并將其作為控制截面,由此確定8個(gè)主要內(nèi)力(或位移)控制截面。受篇幅限值,本文以主跨、次邊跨為研究對象,分別代表鋼縱梁、混凝土縱梁部分,分析在試驗(yàn)荷載作用下的結(jié)構(gòu)承載能力。具體加載工況試驗(yàn)效率見表1。主橋試驗(yàn)工況布置圖如圖2所示。

        表1 主橋靜載試驗(yàn)效率系數(shù)(以南側(cè)縱梁控制)

        圖2 主橋試驗(yàn)工況布置圖(單位:cm)

        2.2 測點(diǎn)布置

        2.2.1 應(yīng)變測點(diǎn)

        依據(jù)JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定,在主跨L/4、L/2處及邊跨L/2處布置撓度測點(diǎn),且沿南北兩側(cè)均布置測點(diǎn);考慮到偏載沿南側(cè)加載,故在5#墩處南側(cè)索塔頂部設(shè)反光棱鏡進(jìn)行索塔縱向位移測量;主跨鋼縱梁、次邊跨混凝土縱梁(以南側(cè)為主)布置應(yīng)變測點(diǎn),具體如圖3、圖4所示。

        圖3 工況1主梁控制斷面應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖(單位:cm)

        圖4 工況2箱梁控制斷面應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖(單位:cm)

        2.2.2 撓度(位移)測點(diǎn)

        塔頂位移采用全站儀進(jìn)行檢測,以南側(cè)主塔頂部設(shè)置棱鏡;橋面撓度測量則采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行各測點(diǎn)的撓度測量,具體在各控制截面處的南側(cè)、北側(cè)均設(shè)置撓度測點(diǎn)。

        2.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果

        2.3.1 應(yīng)變檢測結(jié)果各工況下的應(yīng)變檢測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果見表2。

        表2 各工況試驗(yàn)荷載作用下應(yīng)變檢測數(shù)據(jù) 單位:με

        以較為典型的第6跨最大正彎矩截面A為例,繪制在工況1試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)變-梁高關(guān)系曲線圖,如圖5所示。

        圖5 工況1作用下第6跨最大正彎矩A截面應(yīng)變沿高度分布圖

        根據(jù)以上曲線圖分析,在城-A級等效試驗(yàn)荷載作用下鋼縱梁A截面應(yīng)變沿腹板呈線性分布,基本符合平截面假定。

        由以上應(yīng)變數(shù)據(jù)可以看出:在等效試驗(yàn)荷載作用下,各控制截面的實(shí)測應(yīng)變與理論應(yīng)變的變化規(guī)律基本一致,且實(shí)測值均小于理論值;應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.61~0.92之間,與同類型橋梁的實(shí)測結(jié)果基本相同,符合規(guī)范要求。

        2.3.2 撓度(位移)檢測結(jié)果

        各工況下的撓度(位移)檢測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果見表3。

        表3 各工況試驗(yàn)荷載作用下?lián)隙龋ㄎ灰疲z測數(shù)據(jù) 單位:mm

        根據(jù)以上實(shí)測結(jié)果,可以看出主跨及次邊跨橋面撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.85~0.92范圍內(nèi),各工況荷載作用下實(shí)測最大撓度為102.38 mm,小于規(guī)范限值L/400(350.00 mm);且經(jīng)過各工況下的循環(huán)加卸載作用,結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的撓度能得到恢復(fù),說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài),滿載幅值及彈性恢復(fù)情況滿足相關(guān)規(guī)范要求。

        2.3.3 索力檢測結(jié)果

        采用頻譜法檢測斜拉索索力,測試C斷面拉索(編號M6)在工況1作用下滿載實(shí)測結(jié)果和理論計(jì)算值,結(jié)果表明拉索索力增量校驗(yàn)系數(shù)為0.62~0.65,略小于應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù),可能受拉索防護(hù)套對檢測的影響有關(guān)。M6拉索索力增量實(shí)測數(shù)據(jù)見表4。

        表4 M6拉索索力增量實(shí)測數(shù)據(jù)

        3 動載試驗(yàn)

        3.1 自振頻率

        橋梁結(jié)構(gòu)在接近白噪聲的自然環(huán)境(如地脈動、風(fēng)、水流等)震源影響下,會產(chǎn)生隨機(jī)振動,利用測得橋上的這種微小隨機(jī)響應(yīng)信號,通過頻譜分析得出該橋的自振頻率(固有頻率)、阻尼比和振型等。自振頻率反應(yīng)力結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量分布和約束條件情況,通過定期檢測自振頻率的變化可以反映結(jié)構(gòu)是否存在剛度減?。〒p傷、開裂)、支座退化等病害。

        本次橋梁模態(tài)試驗(yàn)將測點(diǎn)布置在邊跨四分點(diǎn)位置、次邊跨六分點(diǎn)位置、主跨十分點(diǎn)位置(支點(diǎn)除外,下同),具體布置在機(jī)動車道南北兩側(cè),共有34個(gè)速度傳感器測點(diǎn),依次從小樁號側(cè)向大樁號側(cè)編號為1#(1'#)~17#(17'#)測點(diǎn),共34個(gè)測點(diǎn),考慮到傳感器數(shù)量的限制,現(xiàn)場測試時(shí)進(jìn)行分組測試。

        對模態(tài)振動信號進(jìn)行模態(tài)分析,可以確定相應(yīng)的自振頻率、阻尼比和振型等,表5列舉了前三階模態(tài)分析結(jié)果。

        根據(jù)表5,前三階實(shí)測主頻和理論計(jì)算值對比可以看出,實(shí)測各階自振頻率值均大于理論計(jì)算值,主橋?qū)崪y頻率與理論頻率之比fmi/fdi在1.01~1.09之間,略大于理論剛度,表明橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度較好。

        表5 主橋?qū)崪y自振頻率與理論計(jì)算自振頻率比較表

        3.2 沖擊系數(shù)

        行車試驗(yàn)荷載采用1輛試驗(yàn)車分別以車速為20、30、40、50、60 km/h不同車速通過橋跨結(jié)構(gòu),測試主要控制截面處動撓度情況,整理出不同速度下的時(shí)程響應(yīng)曲線,最后計(jì)算相應(yīng)的實(shí)測沖擊系數(shù)。受篇幅限值,列舉60 km/h行車時(shí)跨中動撓度時(shí)程曲線圖,如圖6所示。

        圖6 60 km/h行車時(shí)跨中動撓度時(shí)程曲線圖(單位:mm)

        根據(jù)不同速度下的動撓度時(shí)程響應(yīng)曲線,計(jì)算相應(yīng)的實(shí)測沖擊系數(shù),具體見表6。

        表6 主橋動撓度測點(diǎn)實(shí)測沖擊系數(shù)表

        該試驗(yàn)聯(lián)沖擊系數(shù)規(guī)范計(jì)算值為0.05(基頻小于1.5 Hz),從表中可以看出實(shí)測沖擊系數(shù)略大于規(guī)范計(jì)算值,可能與車橋耦合振動、橋面鋪裝不平整等原因有關(guān)。

        4 結(jié)論

        (1)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.61~0.92之間,符合規(guī)范要求,且以主跨鋼縱梁為例說明了截面應(yīng)變分布符合平截面假設(shè)。

        (2)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.85~0.92范圍內(nèi),各工況荷載作用下實(shí)測最大撓度為102.38 mm,小于規(guī)范限值L/400(350.00 mm),滿足相關(guān)規(guī)范要求。

        (3)主橋?qū)崪y頻率與理論頻率之比fmi/fdi在1.01~1.09之間,表明橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度較好。

        (4)試驗(yàn)車輛在20~60 km/h內(nèi)的最大沖擊系數(shù)為0.063,略大于規(guī)范值0.050,可能與車橋耦合振動及橋面鋪裝不平整等原因有關(guān)。

        (5)綜上所述,該橋承載力滿足設(shè)計(jì)荷載要求,結(jié)構(gòu)受力合理。

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