高屏溪斜拉桥现场静载试验(外文文献翻译)要点
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某大跨度斜拉桥静载试验及结构状态评定摘要院通过对该斜拉桥进行静载试验检测,并应用桥梁专用软件桥梁博士3.0 进行有限元模拟计算。
将试验结果的实测值与模拟计算得出的计算值进行比较,经对比分析可知,该桥的强度和刚度均满足设计和使用要求。
Abstract: The static load test is done to a cable-stayed bridge, and the bridge specialized software Dr Bridge 3.0 is used for finiteelement simulation. Comparison of the measured value and the calculated value shows taht the strength and stiffness of the bridge can meetthe requirements of design and use.关键词院斜拉桥;挠度;应变;静载试验;箱梁Key words: cable-stayed bridge;deflection;strain;static load test;box girder中图分类号院U446.1 文献标识码院A 文章编号院1006-4311(2014)23-0146-020 引言为了全面检测斜拉桥的强度、刚度和承载能力并进行综合评定,对该大桥进行静载试验是非常直接而且有效的办法[1]。
1 桥梁概况某斜拉桥为双塔双索面斜拉桥,跨径为150+150+150+150m,桥梁纵坡为2.5%,竖曲线半径为4000m,桥梁宽度为36m。
主梁采用预应力钢筋单箱五室箱形截面,箱梁梁高2.2m,标准截面的箱梁顶板厚度为35cm,底板厚33cm,边腹板厚度为2.35m,中腹板厚度为55m。
桥塔外形为A 形塔柱,采用普通钢筋混凝土结构,桥面(铺装层)以上高79.45m,为箱形截面,塔柱宽6.0m,厚3.3m。
桥梁静载实验的原理今天来聊聊桥梁静载实验的原理。
你看啊,咱们平时走在桥上的时候,可能不会去想这桥到底能承受多重的东西。
就好比家里的桌子,咱们放个杯子、几本书感觉稳稳当当的,但是要是堆满了很重的东西呢,说不定桌子腿就开始摇晃或者直接垮了。
桥梁可比桌子大多了、复杂多了,但是道理是有点相通的。
桥梁静载实验啊,就是要看看桥梁在“慢慢加力”的情况下会有什么样的反应。
这里的“力”呢,就像是有人在桥上放重物,但是这些“重物”其实是通过一些专门的设备来模拟加力的,这就有点像我们在桌子一角慢慢挂小沙袋之类的东西,看看桌子啥时候会有变化。
桥梁主要是靠各种结构来支撑重量并分散力的,比如说桥墩就像是桌子的腿,桥身就像是桌面。
当对桥梁进行静载实验的时候,我们就是想知道这座桥能像多结实的桌子一样,在多大的重量下还能安全服役。
这时候,测量的数据就很重要了。
就像我们看桌子腿有没有弯曲变形,看桌面有没有裂缝一样,我们通过仪器测量桥梁不同部位的位移(就是位置的移动,可能很细微哦)、应变(可以想象成桥梁某个小部位微小的变形情况)等。
有意思的是,在刚开始学习桥梁静载实验原理的时候,那些记录数据的设备我就弄不太明白。
像应变片这个东西,我一开始都不知道它是如何能精确测量到那么微小的应变的。
后来才知道应变片就像是桥梁的一个超级灵敏的小怪手,只要桥梁结构一变,它就能感受得到并把信号传出来,就像咱们的手指头,摸到冷热不同的东西能感受出来再告诉我们大脑一样。
这就要说到它的一个关键原理,就是根据胡克定律。
胡克定律简单说就像一个小弹簧一样,你拉伸或者压缩它的时候,它的变形和你施加的力是成比例的。
桥梁结构中的很多部件都可以近似看成这样的小弹簧,当我们加载力在桥上时,结构产生变形,然后我们通过测量这些变形,根据公式就可以算出对应的力的数值。
比如说一座实际的公路桥,在修建好之后要进行静载实验。
在桥面上按照设计要求布置若干个加载点,慢慢在这些加载点上增加重量。
试议桥梁检测中的静载试验摘要:桥梁静载试验时检测桥梁结构承载能力普遍采用的手法,通过对桥梁控制截面进行加载所得到的应力和挠度结果与理论计算结果进行对比,便能评定结构的承载能力,本文对桥梁静载试验的方法进行了系统的研究和归纳。
关键词:桥梁;静载试验;检测中图分类号:k928.78 文献标识码:a 文章编号:前言随着国民经济持续快速的发展,我国交通运输事业迎来一个辉煌灿烂的时代。
自1998年我国大陆第一条高速公路建成通车,截止到2006年底全国高速公路通车总里程已达4.54万千米,其中公路桥梁总数已达50万座,并计划在2030年建成总规模约8.5万千米的国家高速公路网。
全国每年都有一大批结构新颖、雄伟壮观、形式多样的桥梁建成,并且无论在桥梁单跨跨度、结构复杂程度和施工技术难度方面,我国桥梁建设技术水平已进入世界先进行列。
相对于其他基础设施,公路桥梁造价高、投资大、社会效益和影响巨大。
桥梁工程是生命线工程,为了确保桥梁的安全性和耐久性,适应公路运输载重量不断发展的需求,充分利用我国现有公路桥梁的承载能力,使之能继续安全地为公路运输事业服务,必须对现有桥梁和新建桥梁的承载力做出客观、真实、准确的评价,为桥梁竣工验收和桥梁正常运营养护提供技术依据,为设计理论、施工技术总结积累经验,为我国桥梁建设的整体水平提高创造条件,为今后桥梁的养护管理提供科学依据。
桥梁静载试验的目的和意义在桥梁处于改造养护的时期,为了保证桥梁工程的质量以及通行能力,对桥梁实行静载试验是最为直接有效的方法。
静载试验是使试验荷载在指定位置对桥梁进行加载,测试桥面的挠度、桥梁控制截面的应力增量.根据简支板桥的基本理论,在试验前计算出各控制截面的内力影响线,并根据影响线的具体形状和规范规定的荷载试验效率,确定各种工况下所需加载车辆的荷载大小和在桥面上具体布置.并计算各工况下该桥的内力、应力和挠度等作用效应,按照规范所规定的各项容许指标,验算试验荷载作用下结构的承载力是否达到要求,判定结构的施工质量、运营安全度。
桥梁静载试验检测方法作者:于锐来源:《价值工程》2010年第24期摘要:我国近年来公路桥梁建设发展迅猛,而质量是公路桥梁建设的永恒的主题。
该文综述了桥梁静载试验检测方法,及其主要工作内容和发展方向。
Abstract: Road and bridge construction in China develops rapidly in recent years and quality has always been the theme for highway bridge construction. The paper comprehensively discusses the bridge static load test methods and its main content and development direction.关键词:桥梁;静载试验;检测Key words: bridge;static load test;detect中图分类号:TU19 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)24-0051-010引言该桥位于陕西省渭南市,为渭潼高速公路线上的一座立交桥。
上部结构采用16+2×20+16m 预应力先简支后连续部分预应力空心板。
1静载试验静载试验是使试验荷载在指定位置对桥梁进行加载,测试桥面的挠度、桥梁控制截面的应力增量。
静载试验需首先通过理论分析,在试验前计算出各控制截面的内力影响线,进行静力加载计算,然后根据静力计算结果与荷载试验结果进行比较,再结合原施工控制所获得成桥状态恒载应力以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符,并判定结构的施工质量、运营安全度。
它是检验桥梁结构实际性能如强度、刚度等的最直接、有效的方法。
试验荷载按照桥梁的静力试验活载内力与设计活载内力之比不小于0.85,且不大于1.05的原则确定。
一般而言,试验活载内力不小于设计活载内力的0.95。
公路桥梁静载试验摘要:我国是一个桥梁大国,新建和已建桥梁众多。
精确有效地评估桥梁状态以确定其承载能力和可靠度水平具有重大的社会经济意义.桥梁静载试验可以直接测量桥梁结构特性,为桥梁结构的维护提供基础评价指标。
关键词:桥梁;静载实验;位移;应变;裂缝;承载能力Abstract: China is a big country Bridges, new and has built many Bridges. Accurate effectively evaluate bridge state to ascertain the bearing capacity and reliability of great social and economic significance. Bridge static test can be directly measured bridge structure characteristics, for the maintenance of bridge structure provides a basis for evaluation index.Keywords: bridge; The static load experiment; Displacement; Strain; Crack; Carrying capacity1. 前言在桥梁结构的生命周期内发生的结构缺陷和损伤将不可避免地影响桥梁的使用性能。
为此,在桥梁的寿命周期内需对桥梁的使用状况、缺陷及损伤进行全面检查,明确缺陷和损伤的性质、部位、严重程度及发展趋势,以便分析、评价缺陷及损伤对桥梁性能和承载力的影响。
精确有效地评估桥梁的实际承载能力具有重大的社会经济价值:一方面它可以减少不必要的加固、维修费用;另一方面,也可以确保交通基础设施的安全性能。
2. 桥梁静载试验2.1概述桥梁的静载试验是指按照预定的试验目的与试验方案,将静止的荷载作用在桥梁的指定位置上,观测桥梁结构的应变、静力位移、裂缝等参量,然后根据有关规范和规程指标,判断桥梁结构在荷载作用下工作性能及承载能力。
高屏溪桥斜张钢缆吊装庄辉雄中华顾问工程司二高屏东监造工程处九如工务处计划经理陈建州中华顾问工程司二高屏东监造工程处九如工务所主任美国伊利诺大学香槟校区土木结构工程博士1 概述基于景观美学之特殊考虑,南二高燕巢九如段跨越高屏溪流域处建造一座外型优美之单桥塔非对称混合式斜张桥,全桥长510公尺,主跨330公尺为全焊接箱型钢梁,边跨180公尺为预力混凝土箱型梁,钢筋混凝土倒Y型桥塔高183.5公尺,其两侧斜张钢缆系统采视野开放之单面混合扇形配置,全桥配置详图一所示。
图一斜张钢缆系统为高屏溪斜张桥主要结构特色之一,并且是结构系统中力量传递之最重要构件,全桥大部分重量及活载重均经由斜张钢缆传递至塔柱,再沿两侧塔脚传至基础承载处。
基于行车视野及桥梁造型之考虑,钢缆系统采单面混合扇形配置,一端锚碇于桥塔塔柱,另一端则锚碇于箱梁中央处。
为兼顾桥梁安全性、施工性及时程性,于桥塔两侧各配置十四组斜张钢缆,除了主钢缆(Back stay)由四根钢缆组成外,其余各组斜张钢缆均包含两根钢缆,钢缆标准锚锭间距于边跨箱梁段为11.8公尺,于主跨为20公尺,于桥塔塔柱则约为3.8公尺。
高屏溪桥承包商泛亚/大成/川田/利德(短期结合)依据特订条款相关规定选择奥地利Vorspann Technic(VT)公司为斜张钢缆组装及施工协力厂商,锚锭装置采用VT公司所生产之HIDYN型式锚锭系统,钢绞索系由比利时S.A.Fontainunion公司所生产之15.7mm低松弛七线钢绞线组合而成,钢缆外套管为奥地利agru公司生产之外着同轴射出鲜红色色层高密度聚乙烯套管,内部柔性灌浆材为法国elf微晶蜡。
为确认各项组成构件能满足本工程斜张钢缆之功能需求,于前置作业期间分别进行钢绞线低松弛试验、锚锭装置两百万次反复载重疲劳试验、外套管热熔对接测试及微晶蜡试拌与试灌注等,并于施工期间依相关规定进行构件抽样检查。
另外,为确保钢缆施工能顺利完成,于施工初期提出钢缆施工计划书,包含钢缆组装作业、钢缆架设施工及钢缆施拉原则等。
结合工程实例论述桥梁静载试验测试一、工程概况该桥梁工程为一新建29m×4.5m的码头钢桁架桥,为了确保较大跨度的钢桁架桥的安全运营, 要求对该滚装码头工程的桥梁进行了现场查勘, 决定对滚装码头工程的钢桁架桥进行荷载试验, 检验桥梁受力性能和承载力是否达到设计及规范要求, 检验钢桁架桥的施工质量,验证设计的合理性。
二、检测内容与方法2. 1检测方案对钢桁架桥作压载试验, 测量其在人群荷载、汽车荷载下的挠度及部分杆件的应变。
本试验为非破坏性检验, 只检测在标准荷载下的变形和位移。
根据设计要求, 汽车荷载为一辆30 t汽车, 因桥梁跨度为29 m, 考虑安全因素, 汽车荷载按静载模拟; 人群荷载为4 kN /m2, 分四级加载, 每级荷载为1 kN /m2, 采纳堆砂袋的方法模拟人群荷载, 每个沙袋0. 275 kN。
2. 2挠度与应变测点布置(1) 测试每榀桥的主桁跨中、1 /4跨、支座处的挠度, 每榀桥共设10个位移计(图2)。
注: 括号外表示轴线测点布置, 括号内表示B轴线测点布置图2钢桁架桥轴线主桁位移与应变测点布置( 2) 测试主桁下弦杆、上弦杆、腹杆的应变,每榀桥布置24个应变片(图2)。
截面Ⅰ-1, Ⅰ-2, Ⅰ- 3, Ⅰ-4, Ⅱ-1, Ⅱ-2的应变片布置见图3。
图3应变片布置2. 3有限元建模计算荷载试验主要包括试验准备、理论计算、现场试验、结果分析评定等一系列工作。
其中, 对试验桥梁在设计荷载和拟加试验荷载作用下的理论分析计算工作, 为评价结构工作性能和安全储备提供重要指标, 是荷载试验中的核心工作。
本试验中采纳NSYS有限元分析软件进行了有限元建模和计算分析, 模型钢桁架采纳空间梁单元, 桥面板采纳板单元, 有限元模型见图4。
利用该模型分别计算了各加载工况下各操纵截面的位移和应变值, 计算结果见表1。
图4钢桁架桥的有限元模型注: 表中挠度已扣除支座沉降。
表1钢桁架桥人群荷载下的挠度3检测结果与分析钢桁架桥人群荷载下的挠度见表1, 汽车荷载下的挠度见表2; 人群荷载下主要杆件的应变量测结果见图5~图7, 汽车荷载下主要杆件的应变测量结果见表3。
浅述桥梁静载试验的内容和要点桥梁的静载试验,在检测桥梁性能方面发挥着重要作用,可以测定桥梁指定部位的应力、挠度和应变等指标,其实真实了解桥梁工作状态和承载能力的最为直接的手段之一。
在本文中,笔者首先分析了桥梁静载试验的目的及意义,然后分析了试验的内容和要点,并指出了试验的具体操作方法。
实践表明,桥梁静载试验的效果很好,值得推广。
1、桥梁静载试验的目的及意义我国城镇化进程的快速推进,使得有大量的道路工程需要建设,而在道路工程建设中,尤其是市政道路建设中,桥梁发挥的作用越来越大。
而桥梁静载试验的主要目的包括:1.1 新建桥梁的鉴定。
对于新建桥梁,其鉴定主要是通过桥梁的静载试验,从而得到新建桥梁的质量评定数据、评定结果有章可循,更好地为工程设计服务,提高工程施工的质量。
与此同时,鉴定结果也可为桥梁的维护和管理工作提供可靠的的数据资料。
新建桥梁的质量鉴定,首先需要制定切实可行的检测手段,确定质量检测的指标,然后根据桥梁建设指标进行检测。
1.2 鉴定现役桥梁的承载能力和工作状态。
在计划经济年代,由于技术水平比较低,建设的桥梁质量通常不高,而这些桥梁当前大都也不无法满足交通发展的需要。
因此,这就需要对现役桥梁进行静载试验,通过试验,得到桥梁的实际工作状态和承载能力,为桥梁的改造提供可靠的数据资料。
在对现役桥梁进行静载试时,如果车辆在过桥或者桥梁结构遭受以外,桥梁出现断裂等情况,则需要按照试验所估算的承载能力大小进行桥梁的改造。
而对于位置比较重要的桥梁,应加强日常的维护和管理工作,除此之外,应定期开展静载试验,测定桥梁的实际承载能力。
毫无疑问,这对于桥梁检测来说具有重要的意义。
2、桥梁静载试验的内容和要点2.1 桥梁静载试验的内容静载试验是指通过在桥梁上施加静载来检测桥梁的承载能力和实际的工作状态等。
而要真实反映桥梁的实际承载能力,则需要通过相关的数据指标来反映,主要是有桥梁性能相关的指标参数,包括变形、应力、强度和挠度指标等。
土木工程中的桥梁静载测试分析姓名潘胜兰任课老师董雪花教授日期2014.12土木工程中的桥梁静载测试分析赵嘉美1,刘涛2,王宇亮3(1.河北联合大学建筑与土木工程学院,中国唐山063009;2.河北省地震工程研究中心,中国唐山063009;第三铁路设计集团有限公司,中国天津300251)摘要:隶属于天津港的南江港借助于双向公路桥上的静载测试,该桥的建设质量和结构性能得以分析,并且该桥梁的承载力也可以确定,等等这些都为桥梁的投入使用提供了科学的依据。
由风险与管理工程国际研讨会组织委员会的同行负责撰写,Selection有限责任公司于2011年出版。
关键词:静载,桥梁结构,土木工程,承载能力1.简介荷载试验是一种对桥梁工作状态直接测试的方法。
它是一项复杂而且繁琐的工作。
通过测试我们可以清楚的知道一座新建桥梁的力学性能和承载能力是否达符合设计规范与文件,或者可以评估一座旧桥的荷载等级从而为重建或者加固提供资料。
桥梁的荷载试验分为静载试验和动态试验,其中静态试验是最成熟也是最传统的测试方法,而动态试验通常是与静载试验结合起来进行。
天津港的南江港区双向公路桥主要用于货物运输,其中包含许多特种车辆,所以它的汽车荷载与传统的荷载设计大为不同。
通过静载试验,桥梁结构的力学性能特别是在繁忙的车流下的性能能够复检,从而保证天津港的运营安全。
2.试验方案2.1工程概况天津港的双向公路桥位于渤海西海湾的海河口,它西临滨海大道立交,东临干道南钢路。
主桥使用是变截面的预应力混凝土连续箱型梁,跨度为48.6米+3×64米+48.6米,总宽度为26.5米,由两条独立的桥梁组合而成。
主桥的箱型梁横截面采用了独立的行车道和独立的单元以及三维预应力混凝土结构。
主跨的支座处梁高为4米,跨中梁高为2米。
设计荷载中特同步考虑了特殊荷载,按照高速公路一级荷载标准设计,也就是每隔十米轴重不超过75吨。
图2.1给出了该桥的示意图。
图2.1 桥梁示意图2.2.观测点布置图2.2列出了四个控制截面。
高屏溪斜拉桥现场静载试验I-Kuang Fang; Chun-Ray Chen; and I-Shang Chang摘要现场静载试验是分析斜拉桥行为和确定其基本参数的一种有效方法。
本文叙述了台湾最大跨径斜拉桥——高屏溪斜拉桥在投入运营之前的现场静载试验结果。
试验中工采用了均部弯矩和扭矩等40种荷载工况来研究桥梁的行为。
试验中还监测了气温变化对主梁挠度的影响。
现在静载试验的结果包括主梁挠度,预应力混凝土箱梁的弯曲应变和索力变化。
建立了桥梁的三维有限元模型。
试验结果显示,在平面荷载作用下,桥梁的参数符合线性叠加原理,与分析模型的计算结果吻合较好。
本文还对斜拉桥的挠度和索力设计规范进行了深入探讨。
关键词:斜拉桥;有限元方法;静载;荷载试验;监控;台湾引言由于审美上的吸引力和技术的进步,过去几十年中,现代斜拉桥在全球如雨后春笋般的兴起。
(Troitsky 1977;Gimsing 1999)。
斜拉桥分析技术和施工技术的进步使斜拉桥的跨度大大增加。
而随着跨度的增加,斜拉桥的行为变得更加复杂,在衡量斜拉桥安全性时,其基本参数如刚度,索力变化和斜拉桥稳定性等变得尤为重要。
一般来说,现场静载试验是分析斜拉桥基本行为和确定斜拉桥必要数据的一种有效方法。
此外,对于大跨度斜拉桥,建立一个与现场荷载试验结果合理关联的有限元模型对桥梁未来的维护是非常重要的。
在过去十年中,一些大跨度桥梁的静载试验结果和分析模型已经被公布出来。
Hulsey and Delaney (1993)发表了Captain William Moore Creek 斜拉桥的现场静载试验结果,并与一个二维有限元模型做了比较。
Chang et al. (2001) and Zhang et al.(2001)对香港Kap Shui Mun 斜拉桥进行了环境振动试验并建立了三维有限元模型。
Cunha et al. (2001)发表了Vasco da Gama 桥的环境振动和自由振动试验结果,与3D有限元模型吻合较好。
Worsak etal. (1992)总结了斜拉桥有限元模型中结构构-1-件即桥塔、桥面板、连接和拉索的模拟。
拉索索力的变化会引起桥塔和主梁内力的重大变化。
Casas (1994)发现索力变化10%会引起桥塔100%的弯矩变化和主梁300%的弯矩变化。
不管是在建设中的斜拉桥还是已经投入运营的斜拉桥,精确的测定拉索索力都是非常重要的。
到目前为止,斜拉桥索力测试的方法已经有很多种,如张拉千斤顶测试法、锚固端测压元件测试法、斜拉索伸长量测试法和应变计测试法等。
一些研究人员研究出了基于振动法的多种索力测量方法(Shinke et al. 1980; Casas 1994; Shimada 1994; Zui et al. 1996)。
在这些方法中,基于弦振动理论的环境随机振动法是简单而适用的索力测量方法(Casas 1994)。
斜拉索的有效长度和自振频率是与索力测量相关的重要参数。
本文叙述了台湾高屏溪斜拉桥现场静载试验的过程和结果。
荷载试验的反应包括主梁的挠度,PC箱梁的纵向应变和索力的变化。
研究了斜拉索的有效长度和自振频率。
讨论了测试的挠度和索力与斜拉桥设计规范的相关性。
并用SAP2000-Plus软件建立了斜拉桥的三维有限元模型,并用静载试验的结果确定了模型的初始构型,以备日后研究。
高屏溪斜拉桥横跨高屏溪,总长2615m,是台湾第二高速公路南部建设工程之一。
它包括三种不同的桥型,一座斜拉桥,两座现浇悬臂梁桥和三座高级短施工周期桥梁,长度分别为510,1018和1087m。
高屏溪桥主梁为钢—混凝土组合连续梁,主塔为倒Y型,斜拉索为单索面半扇形,为台湾最长的斜拉桥。
该桥的立面图和主要截面及标高如图2所示。
主塔高183.5m,截面为中空变截面形式。
两-2-面各有15对斜拉索,其中两对为背索(B101 和F101)。
斜拉索一端锚固在主塔上,索距4.2m,一端锚固在主梁上,边跨索距11.8m,主跨索距20m。
桥面宽34.4m,高3.2m,共六车道双向行驶。
主梁由边跨长180m的PC箱梁和主塔330m长的钢箱梁组成,距离水面线45高。
1996年4月开工建设,2000年1月投入运营。
因该桥处在台风区域,考虑到桥梁结构的复杂性和空气动力稳定性,对一个1/150的全桥模型和一个部分模型进行了强风载试验,以研究结构的效应。
试验结果显示,在52m/s的临界风速作用下,不管是在施工阶段还是在运营阶段,桥梁都具有较高的抵抗能力和安全系数(Wind 1994; Wenzel 1998)。
为了监控桥梁在施工阶段和运营阶段的结构行为,还建立了该桥的静力和动力监控系统(TANEEB 1995; Fang et al. 1999)。
现场静载试验的目的和方法现场静载试验的目的包括(1)检查监控设备的工作状态;(2)研究平面静荷载-3-条件下桥梁的反应;(3)建立桥梁的3D有限元模型并与现场静载试验结果相比较,以更深入研究桥梁在其他运营阶段荷载条件下的反应;(4)在桥梁投入运营之前建立一个该桥的基本数据库以便日后的管理和维修工作。
在现场静载试验中,选择了平均重量320kN的四轴自动倾卸卡车来模拟美国国家公路与运输协会标准(AASHTO)HS20-44中规定的活载。
考虑到很难在乡村地区找到同样的自动倾卸卡车,在初期两天的静载试验中仅使用了24辆卡车。
自动倾卸卡车的每轴平均荷载和轴线布置见图3。
静载试验包括集中荷载和分布荷载试验。
集中荷载试验使用六辆卡车,总重大约1920kN,分别相当于75%和150%的AASHTO中规定的弯曲和扭转卡车荷载,并用此荷载来确定桥梁主要构件的影响线。
试验中一共进行了各八次弯曲和扭转集中静载试验,集中静载试验的荷载布置见图4。
在每个分布静载试验中,分别运用了12,18和24辆自动倾卸卡车,其总重分别为3840,5760,和7680kN,相当于AASHTO 规定的弯曲和扭转车道活载的30—110%。
共进行了六个分布扭转荷载测试和八个弯曲荷载测试。
分布静载试验的荷载布置见图4,全部静载试验条目见表1。
为了减小汽车移动对传感器测量性能的干扰,当自动倾卸卡车到达桥的预计位置时,立即用与安装在南侧桥栏杆外的八个加速度测量仪相连的便携式环境振动监控系统(SPC 51)来检查主梁是否处于最不受干扰状态。
然后,数据采集系统开始采集数据。
此外,为了避免环境温度对试验结果的影响,自动倾卸式卡车每两小时应开离桥面一次以确定后续试验进行时桥梁的初始状态。
仪器与数据采集系统高屏溪斜拉桥边跨有15个PC箱梁节段组成,每个节段平均长度为12m。
为了研究PC箱梁在多种荷载条件下的反应,在其中13个节段的底部和顶部翼缘中安装了两个混凝土应变计和钢筋应变计,如图5所示。
在施工阶段,桥面板上安装的监控设备索测量的数据已被手工记录下来。
桥梁建成后,所有的静力测量设备都与一个数据采集系统相连,以便在现场静载试验进行是采集数据。
主梁的变形则用沿主跨和边跨安装在每个五等分点和两边外栏杆中点的20个反射棱镜来监控,并用光电设备来测量。
高屏溪斜拉桥的拉索由直径15.7mm的钢丝组成,丝数为61—91,斜拉索用高密度聚乙烯(HDPE)管包裹,防止腐蚀。
在进行荷载试验时,用环境振动法来监控索力的变化。
主塔两边各选择七根索安装加速度计,安装高度为桥面以上3m处。
为了考虑低频范围的结果,每次数据采集的时间为180s,每秒可以-4--5-采集200个数据。
用快速傅里叶变换(FFT)可以确定拉索第二到第六阶自振频率。
然后可根据弦振动理论计算索力。
主梁变形测量和斜拉索索力测量仪器布置见图5。
三维有限元分析模型大跨度斜拉桥不管是在静荷载作用下还是在动荷载作用下都会表现出非线性特征。
这些非线性分为斜拉索的垂度效应,大位移效应和主塔和主梁的梁—柱效应(Ren 1999;Chang et al. 2001)。
但是,Fleming and Egeseli (1980)指出,对于跨度小于430m的斜拉桥,在静力平衡位置进行线性动力分析具有足够的精度。
-6-本文运用SAP2000-plus (Computers and Structures 1995)建立了该桥的线性三维有限元分析模型,如图6所示。
桥塔、加强板、钢箱梁的U形肋梁均用线性3D梁单元来模拟,每个节点有6个自由度(DOF)。
主梁和PC箱梁的横隔梁和钢箱梁用四节点的壳单元来模拟。
斜拉索则用每个节点有三个自由度的杆单元来模拟。
每个单元的主要参数,包括材料和几何特性均采用原设计资料。
所有的荷载均用作用在壳单元上的等效分布力来模拟。
桥墩A1的支承条件,桥塔基础和P2墩分别假设为铰接,固结和转动。
桥面系和桥塔横梁的连接用纵向旋转和横向铰接来模拟。
现场静载试验结果为研究桥梁的基本特征,以集中荷载和分布荷载的方式进行了多种荷载条件的模拟。
下面用主梁的挠度,PC箱梁的纵向应变和索力的变化来研究桥梁的反应。
气温—主梁挠度为了避免气温对荷载试验结果的影响,在试验进行前一天的7:00 a.m.到17:00之间,每隔两个小时对主梁的变形进行依次测量;PC箱梁的挠度变化最大值为18cm,而钢箱梁为45cm,变化发生在11:00 a.m.到13:00 p.m.之间。
PC 箱梁的变形从向上弯曲到向下弯曲变化,而钢箱梁则相反。
因此,在试验时,自动倾卸卡车每隔两小时就要开离桥面,然后从新测定桥梁初始状态,作为当前试验的基础。
荷载—主梁挠度当24辆卡车停留在钢箱梁和PC箱梁的南行车道上的预计位置时,分析所得的和测量的主梁变形如图8所示。
荷载工况LC 1—3相当于运营状态下钢箱梁60%的车道扭转荷载,而荷载工况LC1—6则相当于运营状态下PC箱梁110%的车道扭转荷载。
设计这些荷载工况是为了研究桥梁在分布扭矩作用下的反应。
在LC 1—3作用下测得的钢箱梁南行和北行车道防撞块的最大挠度发生在距桥墩A1 378m处,分别为47.2和30cm,在同样荷载工况下,测得的PC箱梁南行和北行车道防撞块的最大挠度发生在距桥墩A1 72m处,分别为12.1和11.4cm。
-由于主塔连接横梁上的三个瓶形支承的作用,钢梁扭转的影响没有传递到PC箱梁上,只有弯曲变形的影响传递到了PC箱梁内。
当24辆自动倾卸卡车停留-7-在PC箱梁上的南行车道上时(LC 1—6),也出现了相似的现象,模拟了PC箱梁的扭转效应,但只有弯曲效应传递到了钢梁内。
当24辆卡车停留在钢箱梁和PC箱梁的南行和北行车道上的预计位置时,分析所得的和测量的主梁变形如图9所示。
荷载工况LC 1—9相当于运营状态下PC箱梁55%的车道弯曲荷载,而荷载工况LC1—12则相当于运营状态下钢箱梁30%的车道弯曲荷载。
设计这些荷载工况是为了研究桥梁在分布弯矩作用-8-下的反应。