砼斜拉桥静载试验中MIDAS/FEA的应用

2016-04-20鲁宏伟

公路与汽运 2016年2期

关键词：静载试验斜拉桥桥梁

鲁宏伟

(佛山市公路桥梁工程监测站,广东佛山 528041)

砼斜拉桥静载试验中MIDAS/FEA的应用

鲁宏伟

(佛山市公路桥梁工程监测站,广东佛山 528041)

摘要:以广东省佛山市禅西大道二期工程一标中的主体工程砼斜拉桥石湾特大桥主跨为例,通过静载试验,结合MIDAS/FEA计算分析,对其控制截面在最不利荷载作用下的应变、挠度和索力等理论计算值和实测值进行对比分析,确定该桥在试验荷载作用下的承载能力是否满足设计荷载的要求。

关键词:桥梁;斜拉桥;静载试验;MIDAS/FEA;荷载效率;校验系数

广东佛山市禅西大道二期工程一标中的主体工程为砼斜拉桥石湾特大桥,其主桥采用双塔单索面、塔梁固结、墩塔分离、墩顶设置支座的结构形式。主桥跨径布置为90.5 m+150 m+90.5 m(14#～17#墩),全长331 m。主桥梁体采用三跨预应力C60砼变截面连续箱梁,箱梁截面采用大悬臂单箱三室形式,撑板悬臂部分在箱体两侧宽度均为8.5 m,箱体宽度为16.5 m,梁体全宽33.5 m。中墩两侧各3 m范围内梁高5 m,中跨跨中28.8 m范围和距边墩29.9 m范围内梁高3.5 m。由中墩两侧3 m开始,梁底按二次抛物线变化,由5 m渐变至3.5 m,变化范围为57.6 m。该文对其主桥进行静载试验,结合MIDAS/FEA计算分析,对其受力情况进行分析,评价其承载能力。

1 静载试验方案

1.1 MIDAS/FEA建模与理论分析

根据桥梁施工图文件,采用MIDAS/FEA3.0建立计算模型(见图1)。选择主桥第16跨跨中最大正弯矩C截面为控制截面,对主桥在设计荷载公路-Ⅰ级作用下的受力情况进行计算分析。

图1 MIDAS/FEA3.0斜拉桥计算模型(单位:m)

1.2 加载方式

静载试验拟采用三轴载重汽车加载。汽车荷载的选用遵循以下原则:

(1)使各控制截面加载效率系数满足静力试验荷载效率的要求。

(2)在满足试验要求下尽可能减少加载用车数量。采用单车重330 k N的车辆加载,其轴重、轴距及平面布置见图2。

图2 加载汽车轴重、轴距及平面图(单位:m)

考虑到现场组织标准车队困难,采用弯矩等效的原则,选用24台330 k N加载车辆按图3所示试验载位进行加载,计算得在该试验荷载作用下C截面的试验弯矩为75 600 k N·m,设计弯矩为76 500 k N·m,试验荷载效率为0.988,满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(下称“试验方法”)的要求。

1.3 测点布置

根据“试验方法”的要求,挠度测点沿试验桥跨两侧的支点位置、1/4位置和跨中位置布置,并在测试截面加密布置(见图4),C截面布置15个应变测点(见图5)。

2 静载试验结果与分析

2.1 应变数据整理与分析

各级荷载作用下,C截面实测应变与MIDAS/ FEA 3.0计算应变见表1。

注:①表示一级加载;①②表示二级加载;①②③表示三级加载,①②③④表示四级加载。图3 C截面加载车辆布置(单位:m)

图4 挠度测点布置(单位:m)

图5 C截面应变测点布置(单位:cm)

表1 实测应变与理论计算应变

按照“试验方法”,实测C截面5#控制应变测点的弹性应变Se为120.0με,理论应变Sstat为127.4 με,则试验校验系数β=0.7＜Se/Sstat=0.942＜α= 1.05,满足“试验方法”的要求;实测C截面5#控制应变测点最大应变Stot为120.5με,其对应的残余应变Sp为0.5με,则Sp/Stot=0.004≤α1=0.2,满足“试验方法”的要求。

各级荷载作用下,C截面的实测应变与理论计算应变比较见图6。从中可以看出:实测应变与理论计算应变曲线的变化趋势基本一致,实测应变小于理论计算值。

图6 实测应变与理论计算应变比较

在最大级试验荷载作用下,将C截面沿腹板高度布置的应变测点实测弹性应变沿截面高度进行线性回归,结果见图7。

图7 实测弹性应变沿截面高度的分布

从图7可以看出:在最大级试验荷载作用下,实测弹性应变沿截面高度呈线性变化,线性相关系数r为0.998 1,符合平截面假定(n=5,置信度大于99%)。拟合中性轴高度为257.64 cm,大于理论值220.89 cm。

2.2 挠度数据整理与分析

各级荷载作用下,C截面的实测挠度与MIDAS/FEA 3.0计算挠度见表2。

表2 实测挠度与理论计算挠度

续表2

根据表2,按照“试验方法”,实测C截面控制测点A7的弹性挠度Se为-60.95 mm,对应的理论计算挠度Sstat为-83.64 mm,则试验校验系数β= 0.7＜Se/Sstat=0.729≤α=1.05,满足“试验方法”的要求;实测C截面靠偏载侧A7测点的最大挠度Stot为-57.63 mm,其对应的残余挠度Sp为3.69 mm,则Sp/Stot=-0.064≤α1=0.2,也满足“试验方法”的要求。

最大级荷载作用下,实测C截面挠度与理论计算挠度比较见图8。从中可见:实测挠度与理论计算挠度曲线的变化趋势一致,实测最大挠度小于理论计算挠度。实测挠跨比为0.060 95/150=4.06× 10-4,小于设计规范允许的1/500=2.0×10-3,结构刚度满足规范要求。

2.3 索力数据整理与分析

C截面实测索力与MIDAS/FEA3.0计算索力见表3。

图8 A测线实测挠度与理论计算挠度比较

表3 C截面对应拉索实测索力与理论计算索力

续表3

根据测试结果,在最大级荷载作用下,斜拉索实测索力增量与理论计算索力变化量基本一致,说明在试验荷载作用下斜拉索索力变化正常。

3 结论

综上所述,石湾特大桥主桥控制断面C截面在试验荷载作用下主要测点的最大挠度和最大应变值小于理论值,且实测残余变形小,满足“试验方法”的要求;实测挠度与应变分布曲线反映该桥在试验荷载作用下处于弹性工作状态,实测主桥最大索力变化量与理论计算索力变化量基本一致,斜拉索受力正常,该跨桥梁承载能力满足设计荷载的要求。

参考文献:

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