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基于靜載試驗換索斜拉橋安全評價的研究

文檔作者：孫全勝李健偉文檔來源：東北林業(yè)大學土木工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月07日
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孫全勝等：基于靜載試驗換索斜拉橋安全評價的研究 35
基于靜載試驗換索斜拉橋安全評價的研究
孫全勝， 李健偉
c東北林業(yè)大學土木工程學院． 哈爾濱150040)
【摘要】為了對換索后斜拉橋的安全性做出評價，本文利用靜載試驗對橋梁整體受力性能和承載能力進
行了研究。以云南皎平渡斜拉橋為依托工程，首先通過理論分析和有限元Midas建模與模擬，確定橋梁現(xiàn)場靜載
試驗的加載工況、主控制截面、測點空間位置分布和理論值。其次通過靜載試驗，測定橋梁在試驗荷載作用下的
實測索力，應力、撓度和塔頂偏位值，進一步將測定值與數(shù)值模擬求得的對應值進行對比分析，并結(jié)合技術規(guī)范對
換索后斜拉橋進行了承載能力和工作安全性能評價。
【關鍵詞】斜拉橋；安全評價；靜載試驗；換索工程
【中圖分類號】TU312．1 【文獻標識碼】B 【文章編號】1001—6864(2010)03—0035—03
隨著我國經(jīng)濟迅速持續(xù)的發(fā)展，相繼成功建成了
多座現(xiàn)代化斜拉橋。但是這些橋梁在服役過程中，由
于環(huán)境載荷作用、疲勞效應、腐蝕效應及材料的老化
等不利因素的長期影響，橋梁結(jié)構(gòu)及設施將不可避免
地產(chǎn)生自然老化、損傷積累，甚至導致失事事故，于是
橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測和監(jiān)測就成為結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護、正
常使用的保證措施之一【1,2J。
1 靜載試驗
1．1 工程概況
云南皎平渡斜拉橋上部構(gòu)造為三跨雙塔連續(xù)梁
對稱布置、跨徑組合為70+144+70m、全橋長299．4m；
主梁采用分離式箱形主梁加丌形行車道板組合結(jié)構(gòu)，
塔墩固結(jié)，梁在兩主墩頂與墩分離，墩塔全高71m；該
橋設計荷載：汽一l5級，掛一80。該橋利用有限元軟
件Midas進行建模，主梁采用等截面單元進行離散，拉
索采用只承受拉力的桁架單元進行模擬；主塔和墩采
用梁單元進行模擬，橋面板用板單元模擬，全橋計算
模型共計劃分668個節(jié)點，792個單元(其中只受拉桁
架單元96個，梁單元493個，板單元203個)-3J。橋梁
有限元分析模型立面圖如圖1所示。
1．2 測點的布置
主梁線形撓度測點縱向位置如圖2所示。邊跨測
點基本間距為17．5m，中跨測點間距為18m，共計l1個
測點，測點布置在主梁上、下游索的錨固點外側(cè)布置，
采用鋼筋頭植入主梁頂面。在主梁I．I、II—II、III．III、Ⅳ．
Ⅳ 截面的左、右、上、下緣共布置了l2個鋼弦式傳感
[基金項目] 東北林業(yè)大學研究生科技創(chuàng)新資助項目
O ● oO◆ OO● 0o◆ O0 ●Oo ◆ OO ◆ Oo ◆ OO● OO◆ o0● Oo● Oo● 00◆ oO◆ OO● oo ◆ oo◆ OO● OO● Oo◆ oo ● OO ●Oo ● OO● OO● 0O● OO● oo● OO ●O O● Oo● O0◆ OO◆ OO● OO ●OO ● OO◆ Oo◆ Oo ●OO ●OO ● OO◆ OO● OO● OO ● oO◆ O
可以直觀的看出等級的差異，更偏向哪一級，為施工維
護提供更精確的依據(jù)。
參考文獻
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震損傷評估中的應用[j]．jE京工業(yè)大學學報，2OO6，32(9)：791
— 797．
[收稿日期】2O09—12—25
[作者簡介】鐘延營(1985一)，男，山東德州人，碩士研究生，從
事鋼結(jié)構(gòu)研究。
36 低溫建筑技術 2010年第3期(總第141期)
圖1計算模型圖
器，測點布置主要是沿主梁高度、橋面板頂緣及主梁
內(nèi)側(cè)下緣布置，具體位置如圖3所示。
。
18 ③④ 【 l3墮3．2 35．5 。⑨④⑩ f
圖2 主梁中跨I—I截面撓度測點布置
④ ⑤ ⑤ ④
圖3 主梁中跨I—I截面應變測點布置
1．3 加載工況的確定
實驗共選擇4個控制截面，分為8個工況，即主梁
中跨跨中(I-I)截面正彎矩對稱加載，偏心加載，主梁中
跨1／4處(II-II截面)正彎矩對稱加載／偏心加載，主梁
支點斷面(III．IⅡ截面)負彎矩對稱加載，偏心加載，主
梁邊跨Ⅳ．Ⅳ 截面正彎矩對稱加載／偏心加載。
2 換索斜拉橋靜載試驗分析
2．1 換索前后標高對比分析
由圖4得知，換索并調(diào)整索力完成后，標高測試結(jié)
果表明，主梁標高實測值比換索前提高了0～5mm，其
中云南側(cè)最大抬高5mm，四川側(cè)最大抬高4啪，主梁受
力更加合理。
2．2 換索前后索力對比分析
由圖5得知除個別拉索外，索力均比原索力大，這
與計算結(jié)果相符。從索力的測試值與設計值對比可
以看出：絕大多數(shù)斜拉索的索力都接近設計索力，個
別一些斜拉索的索力要稍大于設計值，增大幅度最大
為0．I％，最小為0．01％，說明換索后斜拉索的索力與
設計值基本接近，達到設計要求L4]。
2．3 主梁中跨跨中索力分析
索力測試結(jié)果以工況I為例介紹本試驗實測索力
和計算索力變化關系，如圖6一圖7所示。加載后索
力與卸載索力差值小于計算值；實測索力差值變化規(guī)
律與計算索力差值變化規(guī)律大致相符。在恒載和車
輛荷載的作用下，索力在0．4o(cr極限允許應力)左右，
在合理的范圍內(nèi)；拉索承受的疲勞荷載均為0．05以下
16o0
120o
800
40o
0
? I 『l1～
0 — 一
卷
I 浮蘭 繭
圖4 上游側(cè)測點標高對比表
墨 獸 器
是 一 N
圖5 換索前后上游側(cè)索力對比表
的活載應力幅值，由于荷載的隨機性，斜拉橋承受的
疲勞載荷一般達不到最不利荷載，疲勞影響將會更
小，不會影響結(jié)構(gòu)安全。
1200
80o
40o
0
12O
1o0
80
60
40
2o
O
= = 譬 = = 譬 2
∞ c，) rat2 ∽
圖6 工況l恒載、加載后、卸載后索力對比圖
= = 盤 = = 2 =
∽ 們 c，】 ∽
圖7 工況1實測與計算索力增量比較圖
2．4 靜載試驗應變分析
各工況典型測點分級加卸載應變變化規(guī)律如圖8
～ 圖9所示。各測點的變化規(guī)律基本相同，隨著荷載
的不斷增加，壓應變不斷增加，完全加載后達到峰值，
卸載后壓應變逐漸減?。桓鳒y點完全卸載后均趨近于
初始狀態(tài)，殘余應變較小，混凝土處于彈性狀態(tài)。
∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 0 ∞ ∞ ∞
5 4 3 2 l 1 2 3
孫全勝等：基于靜載試驗換索斜拉橋安全評價的研究 37
1
O
— l
一2
— 3
— 4
— 5
— 6
— 7
— 8
20
15
10
5
0
— 5
餐譬零 翥鬟 藉譬 譬零 寒 簍葶藉鬟 冀藉零鬟
圖8 工況1測點1各級加、
卸載測試值變化圖
圖9 工況1測點8級加、
卸載測試值變化圖
2．5 靜載試驗撓度分析
規(guī)范規(guī)定，斜拉橋混凝土主梁，控制荷載為標準
計算荷載，不計沖擊力的撓度允許值為ll600，由工況
1、2主梁撓度測試表1可見，實測撓度值小于1／600=
240mm，且撓度校驗系數(shù)在0．97～1．01之間，主梁實測
撓度略小于計算撓度，說明主梁強度、剛度略大于設
計，實際結(jié)構(gòu)受力變形與計算值吻合良好，也說明橋
跨結(jié)構(gòu)具有較好的剛度，結(jié)構(gòu)安全。相對殘余撓度都
小于0．2，說明結(jié)構(gòu)整體變形處于彈性狀態(tài)。
2．6 靜載試驗塔頂水平位移量分析
塔頂偏位以工況1為例介紹測試結(jié)果，云南側(cè)橋
塔塔頂縱向水平偏位實測值與理論值見表2。
由工況1塔頂偏位測試結(jié)果表可見索塔塔頂縱橋
向水平變位在工況1作用下其實測值小于計算值，說
明主塔水平抗彎剛度符合設計要求。
表l 各工況主梁撓度測試結(jié)果 一
塔柱位置 一級加載二級加載殘余偏位計算偏位校驗系數(shù)
上游 14．5 16 3 21．2 0．75
云南側(cè)
下游 6 9 3 21．2 0．42
3 安全評價分析
以橋梁規(guī)范所要求的各類力學標準和性能標準
作為安全評價的力學指標和性能指標，其結(jié)果為換索
后的斜拉橋驗收和將來的養(yǎng)護維修工作提供科學依
據(jù)。本文以云南皎平渡斜拉橋換索為依托工程，結(jié)合
技術規(guī)范，通過靜載試驗對換索后斜拉橋進行了承載
能力和工作安全性能檢測及評價：每種工況下，該橋
梁均滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》規(guī)定的量
測的殘余變形值與量測的總變形值的比值，不超過
0．2的規(guī)范要求；通過計算得出橋梁縱向影響線，用試
驗車列和設計車列比較，計算求得主橋加載效率在
0．92～1．02之間，符合《大跨徑混凝土橋梁試驗方法》
和《橋梁工程檢測手冊》規(guī)定0．85～1．05的要求；《公
路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》規(guī)定，
在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長期撓度后梁式橋主梁的最
大撓度處不應超過計算跨徑的1／600，試驗跨實測撓度
小于11600=240ram，符合規(guī)范要求Es]。
綜上所述，斜拉索受力比較均勻，換索后的斜拉
橋受力狀態(tài)合理，換索提高了該橋的實際承載能力，
并滿足設計要求。所以基于靜載試驗對換索斜拉橋
進行換索安全檢測及安全評價是可行的。
參考文獻
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[收稿日期】2009—12—09
[作者簡介】孫全勝(1968一)，男，山東龍口人，教授，博士后，
研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)設計理論和健康診斷與監(jiān)
測。
(編輯王亞清)
《黑龍江省建筑地基基礎設計規(guī)范》
發(fā) 布 實 施
地方標準《黑龍江省建筑地基基礎設計規(guī)
范》已于2005年3月1日開始實施。該規(guī)范本
著科學、先進、合理、適用的原則，綜合國標巖土
工程勘察規(guī)范、凍土勘察規(guī)范、地基基礎設計規(guī)
范和行業(yè)標準建筑樁基礎技術規(guī)范、凍土地基
基礎設計規(guī)范、地基處理技術規(guī)范、基坑支護技
術規(guī)程等內(nèi)容，在大量收集地方資料的基礎上，
給出了我省地基承載力表和樁基阻值表，在勘察
天然凍土、基礎設計計算、構(gòu)造要求，基坑支護及
檢驗與監(jiān)測等方面，均在國家、行業(yè)標準基礎上有
所突破和提高，突出地方特點，方便適用。
需購買本規(guī)范的單位與個人可直接與《低
溫建筑技術》編輯部聯(lián)系。
聯(lián)系人： 陳偉 電話： 86335022

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