珠江黃埔大橋北汊斜拉橋靜載試驗研究

陳劍云

摘要:介紹珠江黃埔大橋北汊橋主橋斜拉橋的靜載試驗的主要內(nèi)容和方法,并結(jié)合理論計算,對靜載工況下的主梁撓度、主塔塔頂變位、斜拉索索力增量、主梁與主塔相應(yīng)的截面應(yīng)力作用進(jìn)行分析。試驗結(jié)果表明主梁、塔在使用荷載下均處于彈性工作狀態(tài),橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,具有良好的強(qiáng)度、剛度和動力特性,橋梁結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞:斜拉橋 靜載試驗

0 引言

珠江黃埔大橋北汊橋主橋是目前國內(nèi)最大跨徑獨塔雙索面鋼箱梁斜拉橋,跨徑組成為383m+197m+63m+62m。主橋采用半漂浮結(jié)構(gòu)體系,主梁采用單箱三室扁平流線形栓焊鋼箱梁,鋼箱梁全寬41m,斜拉索采用熱擠聚乙烯高強(qiáng)度鋼絲拉索PES(C)7系列,在主梁上的標(biāo)準(zhǔn)索距為16m,邊跨部分索距為12m。索塔采用門型索塔,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橋梁設(shè)計荷載為汽車—超20級,掛車—120。按雙向八車道布置。

1 靜載試驗荷載設(shè)計與試驗方法

1.1 靜載試驗荷載的設(shè)計 靜載試驗加載位置與加載工況的確定,主要根據(jù)使主梁、主塔設(shè)計控制截面的試驗內(nèi)力和變形達(dá)到設(shè)計理論控制值的80%～100%來確定,并以內(nèi)力和變形相等效為原則。通常還應(yīng)在防止結(jié)構(gòu)局部內(nèi)力過大破壞的基礎(chǔ)上,結(jié)合實際情況,充分考慮簡化和合并加載工況,盡量減少試驗量和縮短試驗時間。該橋理論計算采用Midas/civil 2006橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件做分析。根據(jù)得到的理論計算值,并結(jié)合簡化和合并工況的原則,將該橋靜載試驗分為兩個工況進(jìn)行。工況一測試主梁活載正彎矩、索塔中塔柱底彎矩、索塔頂水平位移、主梁撓度,采用了44臺重約300kN的載重汽車進(jìn)行加載。工況二測試主梁活載負(fù)彎矩,采用了24輛重約300kN的載重汽車進(jìn)行加載。加載分四級,卸載分一級。

1.2 靜載試驗的內(nèi)容和方法 靜載試驗主要的測試內(nèi)容為各級荷載作用下的結(jié)構(gòu)工作性能。對該橋所進(jìn)行的靜載試驗,主要包括了測試主梁、主塔應(yīng)力,斜拉索的索力增量,主梁撓度與主塔塔頂變位。其中應(yīng)力(應(yīng)變)采用振弦式應(yīng)變計,由DT615應(yīng)變測試系統(tǒng)測量。斜拉索索力增量測量采用頻率法進(jìn)行。即在加載前后通過安裝在斜拉索上的加速度傳感器拾取環(huán)境隨機(jī)激勵下拉索的振動信號,由此分析得到其特征頻率,再結(jié)合斜拉索的相關(guān)參數(shù),計算給出其索力值及加載前后索力變化值。主梁撓度變形采用精密水準(zhǔn)儀和全站儀進(jìn)行觀測。主塔縱向位移,采用全站儀進(jìn)行觀測。

2 靜載試驗結(jié)果及分析

試驗記錄了各工況實測撓度、索力、橋塔偏位、應(yīng)變及其殘余值,結(jié)合理論值可計算出這些測試項目增量的校驗系數(shù)。通過這些測量項目荷載效應(yīng)增量實測值和理論值的比較及校驗系數(shù)、殘余值與最大效應(yīng)測試值的比值等參數(shù)判定結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。本文限于篇幅,只對各工況的重點考擦內(nèi)容進(jìn)行分析。

2.1 主梁撓度分析 各工況下主梁最大實測撓度見表1。對工況一,其主梁最大實測撓度為607.1mm,小于理論計算值625.8mm,校驗系數(shù)為0.97,殘余系數(shù)為0.02,均滿足要求。滿載時主梁的撓度縱向曲線見圖1。從圖中可知主梁的撓度實測值與理論值比較接近,且撓度的實測值均小于理論值,實測撓度曲線與理論撓度曲線的變化規(guī)律基本一致。撓度測試結(jié)果表明,主梁具有較好的整體剛度,在試驗荷載作用下結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài),結(jié)構(gòu)受力合理,符合設(shè)計要求。

2.2 各工況下主梁應(yīng)力(應(yīng)變)分析 各工況下主梁測試斷面應(yīng)力見表1,由表1可以看出,各工況下對應(yīng)主梁截面的應(yīng)變實測值均小于理論值,校驗系數(shù)介于0.70～0.98之間,均小于1.05,在規(guī)范要求的合理范圍內(nèi)。工況一A-A截面上下緣平均應(yīng)變與荷載關(guān)系P-ε曲線見圖2。從圖中可見應(yīng)變的實測值均小于理論值,實測應(yīng)變曲線與理論應(yīng)變曲線的變化規(guī)律基本一致。可見主梁結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度且處于彈性工作狀態(tài)。

2.3 斜拉索索力分析 工況一下索力增量測試結(jié)果見表2。由表中可以看出,實測值與理論值比較接近,校驗系數(shù)在0.98～1.04之間,均小于1.05,均在規(guī)范要求的合理范圍內(nèi)。索力測試結(jié)果說明斜拉索受力合理。

2.4 主塔應(yīng)力(應(yīng)變)分析 主塔上塔柱根部截面C-C試驗荷載作用下的應(yīng)變實測值及其與理論值的比較見表1。從實測結(jié)果來看,實測應(yīng)變小于理論計算值,塔柱截面上、下緣的應(yīng)力結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)分別為0.96和0.99,可見主塔在該工況下處于彈性受力狀態(tài),具有足夠的強(qiáng)度,因此主塔的受力是合理的。

2.5 主塔塔頂變位分析 各加載工況下塔頂縱向偏位實測值與理論值見表1。從試驗結(jié)果和理論值比較來看,結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)為1.05,實際結(jié)構(gòu)受力變形與設(shè)計理論變形總體吻合良好,表明橋塔結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度。

3 結(jié)論

由該橋的靜載試驗實測數(shù)據(jù)的分析可知結(jié)構(gòu)各項力學(xué)控制指標(biāo)均基本符合規(guī)范要求及設(shè)計要求,實測試驗曲線變化與理論計算基本一致,可見該橋結(jié)構(gòu)在試驗荷載下處于彈性受力狀態(tài),主梁、主塔的剛度、強(qiáng)度性能良好,結(jié)構(gòu)受力合理,橋跨結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計汽一超20,掛-120的荷載等級要求。通過橋跨結(jié)構(gòu)的靜載試驗,在整理分析試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上建立了珠江黃埔大橋北汊斜拉橋的竣工后的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)靜力性能檔案資料。這也為以后該橋在運營階段,特別是老化階段的檢測與評定提供了基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn):

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[2]施洲,曹發(fā)輝,蒲黔輝.大跨度獨塔斜拉橋靜動載試驗研究.鐵道建筑技術(shù),2005(1).