2007年第2期
广东公路交通 总第99期GuangDongGongLuJiaoTong
文章编号:1671-7619(2007)02-0001-04
G325九江大桥主桥斜拉桥静载试验分析
陈科强,王泉清
(广东交通集团检测中心,广州 510800)
摘要:九江大桥位于国道325线南海段,全长1675.2m,通航主跨为2×160m的独塔双索面竖琴形斜拉桥。介绍该桥静载试验成果,并结合有限元理论分析,将计算结果与试验结果对比,对该桥的结构现状进行评定。关键词: 斜拉桥;箱形梁;静载试验;有限元分析中图分类号:U446 文献标识码:B
0 概述
九江大桥位于国道325线南海段,全长1675.2m,自南海市九江镇起至鹤山市沙坪镇,跨越珠江水系宽1305m的西江主干流。是广湛公路干线上的一座特大型公路桥梁。该桥于1988年6月12日建成通车,已有15年多的运营历史。
九江大桥桥面宽16m(包括两侧人行道),斜拉桥部分桥面净宽14m,三车道,桥梁纵坡2.6%。设计荷载为汽车-20级,挂车-100,人群荷载3.5
2
kN/m。桥梁主跨为两通航主孔,每孔通航净高22m,净宽80m,可自由航行3000t级海轮,主墩设计能够承受顺水向船舶撞击力1200t。通航主跨为2×160m独塔双索面竖琴形斜拉桥,索塔采用塔梁墩固结体系,从桥面算起塔高80m,为H型带水平隔板的塔柱。主梁为单箱四室结构,梁内设有部分体外索,为混凝土箱梁悬拼施工,冷铸墩头
锚主梁。索面每侧有18对拉索,每索分为2根,全桥共有144根拉索,拉索防护采用热挤PE索套。
1 静力结构分析
静载试验通过理论分析,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。静力计算结果与荷载试验结果进行比较,根据《大跨度桥梁试验方法》来判定结构的安全性和适应性。
理论分析采用桥梁专用程序—桥梁博士建立平面杆系单元模型,共划分99个单元,100个节点,平面杆系单元模型如图1。为了对比平面杆系单元模型计算结果,同时用大型通用有限元程序ANSYS对该桥结构进行计算,模型中墩梁是固结的,薄壁箱梁壁采用单位shell63单元,塔、柱和横梁采用beam44单元,斜拉索采用link10单元。划分网格单元时采用映射方式及人工自主调整的思路,整个模型共划分为98个节点,11261个单元。计算模型如图2。
图1 九江大桥主桥平面杆系单元模型图2 九江大桥主桥空间有限元分析模型
2 静载试验
根据大桥竣工图,然后按照弯矩等效原则,确
定试验加载车辆的吨位、数目和位置,使试验荷载效率取值在0.80～1.05范围内。试验加载计算结果如下:试验加载采用12台汽车(总重约300kN,后轴重约240kN,前轴重约60kN),按图3布置载位,试验采用偏心加载方式。静载试验加载测试项目如下:
(1)截面应变测试。主桥的纵梁最大正弯矩工况。按桥梁设计规范要求计算出在设计标准荷载作用下,弯矩值为27900kN・m;在试验荷载作用下,纵梁控制截面的试验弯矩为29000kN・m,
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静力荷载效率为1.039。桥塔截面设计弯矩为137000kN・m,试验弯矩为112000kN・m,静力
荷载效率为0.818。静载试验加载控制断面如图3所示。
图3 试验加载的载位布置图(单位:cm)
(2)挠度测量。挠度测点:桥面挠度测点
沿斜拉桥的拉索两侧,分别在桥墩、拉索位置处布置,每个侧边设置21个测点,两侧共计42个测点。试验时,采用2台精密水准仪量测桥
面挠度,11号点为基准点。水平变位测点:选择桥塔顶面,在上下游两个桥塔的侧边各固定一个棱镜,采用全站仪按小三角法进行量测(图4)。
图4 九江大桥主塔偏位观测控制网示意图
(3)索力测量。索力测量是采用随机振动测量
方法进行测试。利用弦振动理论和索力与频率之间实测的标定系数进行索力计算,最终得到实测索力。
拉索自振频率计算采用两端铰结柔韧弦自由振动微分方程:
ωL2fn2n2EI4 T=2-2(n=1时,基频f=f1)
ng
L
(2000年9月27日,2003年12月)索力P和频率f
2
对照表反求出K值(K=T/f),然后用K反算索力。
3 静载试验结果与分析
3.1 应变测量结果
梁体应变测量截面选择两个,每个截面各布12个测点(图5);桥塔检测截面选择离桥面高1m
考虑到九江大桥索力已测多次,由于减振器的
作用,难以确定的是弦的计算长度L。本次索力测量的方法是,先实测各索的频率,然后利用前两次
处上下游各一截面,每个截面各布9个测点(图6)。箱梁A截面和主塔塔底根部截面应变结果如
图5和图6所示。
图5 A截面纵梁截面应变测点布置示意图
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表2 九江大桥斜拉桥塔脚应变测量结果
ε)与理论值(桥梁博士)的比较(μ
测点号
1
234567101112131415上游12车平均值
-101-59-6 33下游12车平均值
-81-39-10 21上下游上下游12车平均值12车理论值
-92-49-8 27-102-52-3 47 65 33-6-59-9
51 21-10-39-8
58 27-8-49-9
96 47-3-52-36
图6 桥塔截面应变测点布置示意图
ε)表1 A对称截面应变(应力)测量结果与理论值比较(μ12车测点号加载实测值135791121246810
8121518108-11-13-56-50-40-38
12车加载理论值(Ansys)
333535353534-23-23-60-60-60-60
-46
-52
-12
-20
12
33
12车加载实测平均值
12车加载理论值(桥博)
由表1、表2可以看出,应变的实测值和理论值非常接近,A截面应变检测梁底平均应变校验系数为1.025,说明该桥的刚度有所下降。3.2 挠度测量结果
表3和表4为斜拉桥上游和下游各个工况下的挠度值。表3列出了最大实测挠度与相应的理论值,从表3可以看出,残余挠度和残余应变满足有关要求,表明斜拉桥构件具有较好的变形恢复性能,在试验荷载作用下结构基本处于弹性工作范围;但是实测挠度大于理论挠度,挠度校验系数较大,表明该桥存在相当程度的劣化。
表3 实测挠度与理论挠度对比表 (单位:mm)
对应截面
上游侧下游侧上游侧下游侧
实测挠度
最大挠度Se
130.50124.910.0480.047
理论计算最大挠度Ss
132.2132.10.0390.038
挠度校验系数
Se/Ss
相对残余挠度
Sp/Se
残余挠度Sp
2.072.04//
A截面
1.1571.2441.2311.237
0.0160.016//
塔顶
表4 塔顶实测水平位移 (单位:m)
位置
T1T2
一级
00.005
二级
0.0240.025
三级
0.0360.037
满载
0.0470.048
理论(Ansys满载)
0.0430.043
理论值(《桥博》满载)
0.04750.0475
空载
0.0030.003
3.3 索力测量结果
在试验过程中,对全桥索力进行索力测量。
将全桥历年拉索检测索力和理论索力进行对比可知,全桥索力变化不大,和设计值也比较接近。本
文仅列出静载试验作用下索力实测增量和理论增量,图7为下游索面的拉索编号示意图,图8(JA8-JA13拉索在图8中编号为1-6)列出部分索力实测与理论对比值。
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图7 下游索面的拉索编号示意图
图8 索力增量实测与理论对比图(单位:t)
4 结论
(1)九江大桥斜拉桥静动荷载试验的实测数
据与理论计算分析表明,控制断面的加载效率系数和该桥梁的各主要项指标基本满足《大跨径混凝土桥梁试验方法》的要求,基本满足设计荷载的汽车-20级、挂车-100的要求,残余挠度和残余应变较小。表明斜拉桥构件具有较好的变形恢复性能,在试验荷载作用下结构基本处于弹性工作范围,可继续投入营运。
(2)所量测的A截面挠度理论值(桥博)为132.2mm,试验值平均值为127.7mm;塔顶位移平均理论计算值为47.5mm(桥博),实测值平均值47.5mm;A截面梁底拉应变最大理论计算值(桥
με,试验所量测的46με博)为52;塔脚拉应变最大
με,试验所量测的值理论计算值(桥博)为96
με,挠度和应变指标基本满足《大跨径混凝土桥58
梁试验方法》的要求。
(3)索力实测值单边测量值之和为113.65t,理论计算(桥博)平均值为85.25t,参考挠度的偏载系数130.5/124.91=1.045,则加载侧的计算索力为85.25×1.045=85.95,两者之比为1.32,不
满足《大跨径混凝土桥梁试验方法》要求。但考虑
到索力的标定系数有一定的误差,此值可能存在一定的误差。
(4)本次检测中理论与试验值之比接近于1,另从外观检查结果来看,主桥箱梁内存在大量裂缝等缺陷,建议尽快采取有效维护措施,提高斜拉桥的长期使用寿命或承载力,确保该桥在安全营运中有一定的安全储备。
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(收稿日期:2007-03-16)
StudyofStaticLoadTestofTheCable-StayedBridgesofJiujiangBridgeon325NationalHighway
CHENke-qiang,WANGquan-qing
(HuaLutraffictechnologyLtd.ofGuangDong.,GuangDongGuangzhou510420)
Abstract:JiujiangBridgeislocatedinthecityofNanHai.thelengthis1675.2meter.Themainspanisthe160+160
metercable-stayedbridgewithsinglepylon,doublecablepanelandharp-typecableconfiguration.Inthispaper,Theresultofstaticloadtestispresented,Thecalculationresultsofthefiniteelement(FE)softwareANSYScontrasttotheresultsoftestandthepresentconditionofthebridgestructureisevaluated.
Keywords:thecable-stayedbridges;boxgirder;staticloadtest;thefiniteelement(FE)Analysis
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