大跨度鋼管混凝土桁架拱橋靜載試驗(yàn)研究

向程龍 何 莉

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550008)

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大跨度鋼管混凝土桁架拱橋靜載試驗(yàn)研究

向程龍 何 莉

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550008)

以某大跨度鋼管混凝土桁架拱橋?yàn)槔斒隽虽摴芑炷凌旒芄皹虻撵o載試驗(yàn)方案，并結(jié)合有限元模型的理論計(jì)算,對(duì)比分析了典型試驗(yàn)荷載工況下主拱變位和控制截面應(yīng)力狀態(tài),結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，為該橋的竣工驗(yàn)收和后期運(yùn)營(yíng)管養(yǎng)提供了依據(jù)。

桁架拱橋，靜載試驗(yàn)，應(yīng)力，撓度

0 引言

鋼管混凝土桁架拱橋具有造型優(yōu)美、鋼管骨架剛度大、承載力高、抗震性能優(yōu)越等特點(diǎn)，在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用和迅速發(fā)展，但其受力特性及空間橫向分布復(fù)雜，成橋后往往需通過(guò)荷載試驗(yàn)對(duì)橋梁的整體性能和承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，為橋梁竣工驗(yàn)收及后期管養(yǎng)提供依據(jù)。

1 工程概況

該橋主橋?yàn)樯铣惺戒摴芑炷凌旒芄啊４髽蛑鞴安捎米兘孛鎽益溇€無(wú)鉸拱，計(jì)算跨徑268 m，計(jì)算矢高53.6 m，矢跨比1/5，拱軸系數(shù)m=1.5。拱肋為等寬變高度的空間桁架結(jié)構(gòu)，拱腳截面高度9 m，拱頂截面高度為5 m。兩片肋間距12.5 m(中—中)，一片拱肋橫向?qū)挾?.5 m。全橋在兩片拱肋間設(shè)10道X撐、12道橫撐，均為空鋼管桁架。汽車(chē)荷載等級(jí)：公路—Ⅰ級(jí)、設(shè)計(jì)車(chē)速：80 km/h。大橋總體布置見(jiàn)圖1，圖2為主拱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段斷面。

2 計(jì)算分析模型

本次試驗(yàn)理論分析采用大型專(zhuān)業(yè)有限元軟件MIDAS/CIVIL，全橋各構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，主拱的上、下弦桿及與鉸相接處斜腹桿采用鋼管形—混凝截面，其余腹桿、剪力撐、橫撐平聯(lián)桿等采用鋼管截面。拱腳處約束為固定約束，橋面板支座考慮橡膠支座的豎向抗壓剛度和剪切剛度來(lái)模擬。主橋計(jì)算模型如圖3所示。

3 測(cè)試控制斷面及測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果，結(jié)合試驗(yàn)橋梁的受力特點(diǎn)，靜載試驗(yàn)共布置8個(gè)主拱變形測(cè)試斷面(3，5，7，10，11，14，16，18號(hào)立柱對(duì)應(yīng)主拱截面處)，每個(gè)測(cè)試斷面布置兩個(gè)變形測(cè)點(diǎn)，分別位于左、右幅外側(cè)上弦桿處；共布置4個(gè)應(yīng)力測(cè)試截面(拱腳，1/4，3/8和拱頂)，每個(gè)測(cè)試斷面布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于控制截面上、下弦桿處(如圖4所示)。

4 試驗(yàn)工況及測(cè)試內(nèi)容

根據(jù)主拱桁架最不利受力原則及代表性原則，以主拱拱腳、1/4，3/8和拱頂為控制截面，并以各控制截面上、下弦桿最大軸力控制加載效率，測(cè)試各加載工況下主拱變形及對(duì)應(yīng)加載截面各弦桿應(yīng)力。為與設(shè)計(jì)荷載相匹配，試驗(yàn)采用30 t重三軸載重汽車(chē)進(jìn)行加載。試驗(yàn)時(shí)按實(shí)車(chē)計(jì)算各軸重，在試驗(yàn)斷面影響線上按弦桿軸力等效的原則布載，典型試驗(yàn)工況及測(cè)試內(nèi)容如表1所示。

5 靜載試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 變形測(cè)試結(jié)果及分析

工況1、工況7滿(mǎn)載作用下主拱變形測(cè)試結(jié)果如圖5，圖6所示。

工況1滿(mǎn)載作用下，主拱最大變形實(shí)測(cè)彈性變形值為15.9 mm，小于規(guī)范限值，各測(cè)點(diǎn)變形校驗(yàn)系數(shù)介于0.75～0.94之間，結(jié)構(gòu)整體剛度大于理論剛度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。卸載后各變形測(cè)點(diǎn)相對(duì)殘余變形介于-9.6%～9.3%之間，小于20%，說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。

表1 典型試驗(yàn)工況及測(cè)試內(nèi)容

工況7滿(mǎn)載作用下，主拱最大實(shí)測(cè)彈性變形值為20.4 mm，小于規(guī)范限值，滿(mǎn)載時(shí)測(cè)點(diǎn)變形校驗(yàn)系數(shù)介于0.78～0.91之間，結(jié)構(gòu)整體剛度大于理論剛度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。卸載后各變形測(cè)點(diǎn)相對(duì)殘余變形介于-12.5%～8.7%之間，小于20%。說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。

5.2 應(yīng)力測(cè)試結(jié)果及分析

工況1、工況7滿(mǎn)載作用下，拱腳截面(A截面)、拱頂截面(D截面)上、下弦桿實(shí)測(cè)應(yīng)變值如圖7，圖8所示。

工況1滿(mǎn)載時(shí)A截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.76～0.92之間，截面的實(shí)際強(qiáng)度大于理論強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。卸載后A截面主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變小于20%，結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。上、下弦桿測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變分布與理論應(yīng)變分布曲線變化規(guī)律一致，結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系及整體工作性能與設(shè)計(jì)較接近。

工況7滿(mǎn)載時(shí)D截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.79～0.97之間，截面的實(shí)際強(qiáng)度大于理論強(qiáng)度，符合設(shè)計(jì)要求。卸載后D截面主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變小于20%，結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。上、下弦桿測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變分布與理論應(yīng)變分布曲線變化規(guī)律一致，結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系及整體工作性能與設(shè)計(jì)較接近。

6 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了荷載效率0.83～1.05的靜力試驗(yàn)加載，試驗(yàn)加載過(guò)程中未出現(xiàn)異常現(xiàn)象。試驗(yàn)過(guò)程中，主拱應(yīng)力、變形增量的測(cè)試結(jié)果均在正常范圍內(nèi)，校驗(yàn)系數(shù)均小于1，卸載后的殘余應(yīng)變較小，測(cè)試結(jié)果表明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，主橋結(jié)構(gòu)處于彈性受力狀態(tài)，承載能力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

[1] 張開(kāi)銀.鋼管混凝土拱橋承載能力評(píng)估[J].交通科技，2007(3)：11-12.

[2] 武 勇.武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋主橋荷載驗(yàn)收試驗(yàn)研究[J].橋梁建設(shè)，2010(1)：11-16.

[3] JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[4] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力評(píng)定規(guī)程[S].

On static test of large-span steel pipe concrete truss arch bridges

Xiang Chenglong He Li

(GuizhouCommunicationsVocationalCollege,Guiyang550008,China)

Taking some large-span steel pipe concrete truss arch bridge as an example, the paper illustrates the static test scheme for the steel pipe concrete truss arch bridge, compares and analyzes the main arch displacement and controlled section stress status under typical tested loading circumstances by combining with the theoretic calculation of the finite element model, proves by the result that the stiffness and strength can meet the demands of the design, so as to provide some reference for the complete acceptance and operation maintenance in later periods.

truss arch, static test, stress, deflection

1009-6825(2016)18-0182-02

2016-04-13

向程龍(1988- )，男，助理工程師； 何 莉(1989- )，女，講師

U446.1

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