魯宏偉

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站,廣東佛山 528041)

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砼斜拉橋靜載試驗(yàn)中MIDAS/FEA的應(yīng)用

魯宏偉

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站,廣東佛山 528041)

摘要:以廣東省佛山市禪西大道二期工程一標(biāo)中的主體工程砼斜拉橋石灣特大橋主跨為例,通過(guò)靜載試驗(yàn),結(jié)合MIDAS/FEA計(jì)算分析,對(duì)其控制截面在最不利荷載作用下的應(yīng)變、撓度和索力等理論計(jì)算值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析,確定該橋在試驗(yàn)荷載作用下的承載能力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載的要求。

關(guān)鍵詞:橋梁;斜拉橋;靜載試驗(yàn);MIDAS/FEA;荷載效率;校驗(yàn)系數(shù)

廣東佛山市禪西大道二期工程一標(biāo)中的主體工程為砼斜拉橋石灣特大橋,其主橋采用雙塔單索面、塔梁固結(jié)、墩塔分離、墩頂設(shè)置支座的結(jié)構(gòu)形式。主橋跨徑布置為90.5 m+150 m+90.5 m(14#～17#墩),全長(zhǎng)331 m。主橋梁體采用三跨預(yù)應(yīng)力C60砼變截面連續(xù)箱梁,箱梁截面采用大懸臂單箱三室形式,撐板懸臂部分在箱體兩側(cè)寬度均為8.5 m,箱體寬度為16.5 m,梁體全寬33.5 m。中墩兩側(cè)各3 m范圍內(nèi)梁高5 m,中跨跨中28.8 m范圍和距邊墩29.9 m范圍內(nèi)梁高3.5 m。由中墩兩側(cè)3 m開(kāi)始,梁底按二次拋物線變化,由5 m漸變至3.5 m,變化范圍為57.6 m。該文對(duì)其主橋進(jìn)行靜載試驗(yàn),結(jié)合MIDAS/FEA計(jì)算分析,對(duì)其受力情況進(jìn)行分析,評(píng)價(jià)其承載能力。

1 靜載試驗(yàn)方案

1.1 MIDAS/FEA建模與理論分析

根據(jù)橋梁施工圖文件,采用MIDAS/FEA3.0建立計(jì)算模型(見(jiàn)圖1)。選擇主橋第16跨跨中最大正彎矩C截面為控制截面,對(duì)主橋在設(shè)計(jì)荷載公路-Ⅰ級(jí)作用下的受力情況進(jìn)行計(jì)算分析。

圖1 MIDAS/FEA3.0斜拉橋計(jì)算模型(單位:m)

1.2 加載方式

靜載試驗(yàn)擬采用三軸載重汽車(chē)加載。汽車(chē)荷載的選用遵循以下原則:

(1)使各控制截面加載效率系數(shù)滿(mǎn)足靜力試驗(yàn)荷載效率的要求。

(2)在滿(mǎn)足試驗(yàn)要求下盡可能減少加載用車(chē)數(shù)量。采用單車(chē)重330 k N的車(chē)輛加載,其軸重、軸距及平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 加載汽車(chē)軸重、軸距及平面圖(單位:m)

考慮到現(xiàn)場(chǎng)組織標(biāo)準(zhǔn)車(chē)隊(duì)困難,采用彎矩等效的原則,選用24臺(tái)330 k N加載車(chē)輛按圖3所示試驗(yàn)載位進(jìn)行加載,計(jì)算得在該試驗(yàn)荷載作用下C截面的試驗(yàn)彎矩為75 600 k N·m,設(shè)計(jì)彎矩為76 500 k N·m,試驗(yàn)荷載效率為0.988,滿(mǎn)足《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》(下稱(chēng)“試驗(yàn)方法”)的要求。

1.3 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)“試驗(yàn)方法”的要求,撓度測(cè)點(diǎn)沿試驗(yàn)橋跨兩側(cè)的支點(diǎn)位置、1/4位置和跨中位置布置,并在測(cè)試截面加密布置(見(jiàn)圖4),C截面布置15個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖5)。

2 靜載試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 應(yīng)變數(shù)據(jù)整理與分析

各級(jí)荷載作用下,C截面實(shí)測(cè)應(yīng)變與MIDAS/ FEA 3.0計(jì)算應(yīng)變見(jiàn)表1。

注:①表示一級(jí)加載;①②表示二級(jí)加載;①②③表示三級(jí)加載,①②③④表示四級(jí)加載。圖3 C截面加載車(chē)輛布置(單位:m)

圖4 撓度測(cè)點(diǎn)布置(單位:m)

圖5 C截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置(單位:cm)

表1 實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變

按照“試驗(yàn)方法”,實(shí)測(cè)C截面5#控制應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的彈性應(yīng)變Se為120.0με,理論應(yīng)變Sstat為127.4 με,則試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)β=0.7＜Se/Sstat=0.942＜α= 1.05,滿(mǎn)足“試驗(yàn)方法”的要求;實(shí)測(cè)C截面5#控制應(yīng)變測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變Stot為120.5με,其對(duì)應(yīng)的殘余應(yīng)變Sp為0.5με,則Sp/Stot=0.004≤α1=0.2,滿(mǎn)足“試驗(yàn)方法”的要求。

各級(jí)荷載作用下,C截面的實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變比較見(jiàn)圖6。從中可以看出:實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變曲線的變化趨勢(shì)基本一致,實(shí)測(cè)應(yīng)變小于理論計(jì)算值。

圖6 實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變比較

在最大級(jí)試驗(yàn)荷載作用下,將C截面沿腹板高度布置的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變沿截面高度進(jìn)行線性回歸,結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變沿截面高度的分布

從圖7可以看出:在最大級(jí)試驗(yàn)荷載作用下,實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變沿截面高度呈線性變化,線性相關(guān)系數(shù)r為0.998 1,符合平截面假定(n=5,置信度大于99%)。擬合中性軸高度為257.64 cm,大于理論值220.89 cm。

2.2 撓度數(shù)據(jù)整理與分析

各級(jí)荷載作用下,C截面的實(shí)測(cè)撓度與MIDAS/FEA 3.0計(jì)算撓度見(jiàn)表2。

表2 實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度

續(xù)表2

根據(jù)表2,按照“試驗(yàn)方法”,實(shí)測(cè)C截面控制測(cè)點(diǎn)A7的彈性撓度Se為-60.95 mm,對(duì)應(yīng)的理論計(jì)算撓度Sstat為-83.64 mm,則試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)β= 0.7＜Se/Sstat=0.729≤α=1.05,滿(mǎn)足“試驗(yàn)方法”的要求;實(shí)測(cè)C截面靠偏載側(cè)A7測(cè)點(diǎn)的最大撓度Stot為-57.63 mm,其對(duì)應(yīng)的殘余撓度Sp為3.69 mm,則Sp/Stot=-0.064≤α1=0.2,也滿(mǎn)足“試驗(yàn)方法”的要求。

最大級(jí)荷載作用下,實(shí)測(cè)C截面撓度與理論計(jì)算撓度比較見(jiàn)圖8。從中可見(jiàn):實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度曲線的變化趨勢(shì)一致,實(shí)測(cè)最大撓度小于理論計(jì)算撓度。實(shí)測(cè)撓跨比為0.060 95/150=4.06× 10-4,小于設(shè)計(jì)規(guī)范允許的1/500=2.0×10-3,結(jié)構(gòu)剛度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.3 索力數(shù)據(jù)整理與分析

C截面實(shí)測(cè)索力與MIDAS/FEA3.0計(jì)算索力見(jiàn)表3。

圖8 A測(cè)線實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度比較

表3 C截面對(duì)應(yīng)拉索實(shí)測(cè)索力與理論計(jì)算索力

續(xù)表3

根據(jù)測(cè)試結(jié)果,在最大級(jí)荷載作用下,斜拉索實(shí)測(cè)索力增量與理論計(jì)算索力變化量基本一致,說(shuō)明在試驗(yàn)荷載作用下斜拉索索力變化正常。

3 結(jié)論

綜上所述,石灣特大橋主橋控制斷面C截面在試驗(yàn)荷載作用下主要測(cè)點(diǎn)的最大撓度和最大應(yīng)變值小于理論值,且實(shí)測(cè)殘余變形小,滿(mǎn)足“試驗(yàn)方法”的要求;實(shí)測(cè)撓度與應(yīng)變分布曲線反映該橋在試驗(yàn)荷載作用下處于彈性工作狀態(tài),實(shí)測(cè)主橋最大索力變化量與理論計(jì)算索力變化量基本一致,斜拉索受力正常,該跨橋梁承載能力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載的要求。

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收稿日期:2016-01-12

中圖分類(lèi)號(hào):U446.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1671-2668(2016)02-0195-05