独塔单索面预应力混凝土斜拉桥静载试验.pdf

桥梁建设2 0 1 2 年第 4 2卷第 2期 ( 总第 2 1 2期) B r i d g e Co n s t r u c t i o n。Vo 1 4 2 ，No 2 ，2 0 1 2( To t a l l y No 2 1 2 ) 5 3 文章 编号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 5 3 0 6 独塔 单索面预应 力混凝土斜拉桥静载试验 关淑 萍 ，李江林 ( 浙江华东工程安全技术有 限公 司，浙江 杭州 3 1 0 0 1 4 ) 摘 要 ：为 了评定某独塔单索面预应力混凝土斜拉桥 结构的 受力性 能与工作状 态， 以成桥静 载 试验 结 果为依 据 ， 通过 对静 载试 验相 关工 况下控 制 截 面 的斜拉 索 索 力增 量 、 桥 塔塔 顶 偏 位 、 主 梁 挠度和截面应力等重要试验数据的详细分析 ， 结合理论计算结果来研 究不 同静 载试验工况下该斜 拉桥的索力变化规律、 塔顶偏位 、 结构强度和刚度等特性 。分析 结果表明， 静 力荷载作用下该桥 索 力 、 塔 顶偏 位 、 应 力和挠 度 均能 满足规 范要 求 ， 该桥 承 载 能力满 足设 计要 求 。 关键 词 ： 斜拉 桥 ； 独塔 ； 单 索面 ； 静 载试 验 ； 索 力 ； 塔 顶偏 位 ； 挠 度 ； 应 力 中 图分 类号 ：U4 4 8 2 7 文献 标 志码 ：A St a t i c Lo a d Te s t i ng o f a PC Ca b l e S t a y e d Br i d g e wi t h a S i ng l e Py l o n a nd S i n g l e Ca b l e Pl a ne GU AN Sh u pi n g。LI Ji a ng l i n ( Z h e j i a n g Hu a d o n g En g i n e e r i n g S a f e t y Te c h n o l o g y Co ，L t d ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 4，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：To a s s e s s t he m e c ha n i c a l b e ha vi or a n d wo r ki ng c on di t i on s o f a pr e s t r e s s e d c on c r e t e ( PC) c a bl e s t a y e d br i d ge s t r uc t ur e wi t h a s i ng l e py l o n a n d s i n gl e c a b l e pl a n e，t h e r e s ul t s o f t he s t a t i c l o a d t e s t i ng o f t h e c o m p l e t e d br i dg e of t he br i d ge we r e t a ke n a s t he ba s i s，t he v a r i a t i on l a ws o f t h e s t a y c a b l e f or c e s a nd t he c h a r a c t e r i s t i c s o f t he py l o n t o p di s pl a c e me n t ， s t r u c t u r a l s t r e n gt h a n d s t r u c t u r a l r i gi d i t y o f t h e br i d ge un de r t h e di f f e r e nt l oa d c a s e s f o r t h e s t a t i c l oa d t e s t i ng we r e s t u di e d t hr ou g h t he de t a i l e d a n a l y s i s o f t he i m p or t a n t t e s t i ng d a t a，i nc l u di n g t ho s e of t he s t a y c a b l e f o r c e i nc r e m e n t o f t h e c o nt r ol l e d s e c t i on，t he p yl o n t op di s pl a c e me nt ，t he de f l e c t i on o f t he m a i n gi r d e r a nd t he s e c t i on a 1 s t r e s s u nd e r t he l o a d c a s e s a n d a l s o wi t h r e f e r e nc e t o t he r e s uhs o f t he t he o r e t i c c a l c u l a t i o n The r e s u l t s o f t he s t u dy d e mo ns t r a t e t h a t und e r t he a c t i on o f t h e s t a t i c l oa d t e s t i n g，t he s t a y c a bl e f or c e s，py l o n t o p d i s p l a c e m e nt ，s t r e s s a nd de fle c t i o n c a n a l l s a t i s f y t he r e l e v a n t r e qu i r e me nt s i n t h e c o d e s a n d t h e c a r r y i ng c a p a c i t y o f t h e br i d ge c a n me e t t he d e s i gn r e q ui r e m e n t a s we l 1 Ke y wo r ds ：c a bl e s t a ye d b r i dg e； s i ng l e py l o n； s i ng l e c a bl e p l a ne；s t a t i c l oa d t e s t i ng；c a bl e f or c e ；py l o n t o p d i s pl a c e me nt ；de f l e c t i o n；s t r e s s 1桥梁 概况 某独塔单索面预应力混凝土斜拉桥 ( 图 1 ) 采用 塔 、 梁、 墩 固结体系 ， 跨径组成为 7 6 m+7 6 m， 总长 1 5 2 m。主梁为单箱五室斜腹板截面预应力混凝土 结构， 梁高 2 5 m， 横隔板间距 6 m。桥塔为独柱式 钢 与混凝 土 组合 结构 ， 外 轮廓 采用 椭 圆形截 面 ， 塔高 5 1 6 m。斜拉索采用直径 7 mm 的平行钢丝束 ， 全 桥共 3 6根 ， 钢 丝标 准强 度 1 8 6 0 MP a 。主墩采 用 花 瓶形实体墩， 其余桥墩均采用矩形截面实体墩。采 用桩 接 盖梁轻 型桥 台 、 钻孔 灌注 桩基 础 。 主桥北侧桥面宽 3 5 0 m， 南侧桥 面宽 2 6 5 0 m ( 桥 面无 人 行 道 ) ， 双 向4 车 道 。 设 计 荷 载 为 城 市 A 收稿 E l 期 ： 2 0 1 1 0 7 0 6 作者简介 ：关淑萍 ， 工程师 ， E ma il ： g u a n s p 一 3 6 7 3 1 6 3 c o rn。研究方向 ： 桥梁 、 水电站等工程结构的检测评估、 监测等应用。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 桥梁建设 B r i d g e C o n s t r u c l 。 “ 5 4 南 燃 、 伸 缝伸 缝 f ， 一 一 ： 1 c 一 1 1 l一 一T n ( a )立面 ( b ) 平面 单位： 图 1 桥梁 总体 布置 Fi g 1 Ov e r a l l Ar r a n g e me n t of Br i d g e 级 ， 人群荷载取 4 0 k N m 。 通车前对该桥进行 了静载试验 ， 以检验施工质 量 、 确定工程 的可靠性 ， 并 为竣工 验收提供 技术依 据 ， 验证桥跨结构设计 的合理性。 2静 载试 验 主要 内容 及 方 法 2 1 控 制截 面 试 验 加载 方 式 的确 定 主要根 据 设计 荷载 在 主梁 = 产生的最不利弯矩效应值计算而得 引。根据该 斜拉桥的受力分析结果 ， 选取以下关键控制截面 ： A截面( 北边跨跨 中) ， 车辆和人群荷载作用下最大 正弯矩截面( 北侧距离桥塔中心线 4 8 m) ； B截 ( 南边跨跨 中) ， 车辆荷载作用下最大正弯矩截面( 南 侧距桥塔 中心线 4 8 m) ； c截面( 桥塔边) ， 车 群荷载作用下桥墩最大负弯矩 截面( 北侧距桥塔 中心线 4 6 5 m) 。A、 B、 C截面 位 置见 图 1 ( ) 。 2 2 加 载方 案 静载试验按照动态规划法进行加载嘲 ， 加载量 根 据 桥 梁 的静 力试 验活 载 内力 与设 计 活载 内力之 不小 于 O 8 5且不大于 1 0 5的原则确定 。经计算 确 定试 验 最 大 需 用 3 0 0 k N 载 重 车 1 4辆 ( 6 0 k N+ 1 2 O k N+1 2 0 k N) ， 试验工况和具体内容见表 1 。 表 1 静载试验 工况 T a b 1 L o a d C a s e s f o r S ta ff 竺 三 ! ! ! 塑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 独塔单 索面预应力混凝土斜拉桥静载试验 关淑萍 ， 李 江林 5 5 旦 注：S 1 $ 9 、N 1 N 9 为西侧斜拉索：s 1 s 9 ， N 1 N 9 为东侧相应 位置斜拉索。 图 2斜拉索编号 Fi g 2 Nu m b e r i ng o f St ay Ca bl e s 挠度( 或沉降) 测点布置( 图 3 ) 在斜拉索两侧桥 面 ， 每侧 设 9个测 点 ， 主桥 两侧 共计 1 8个挠 度测 点 。 在 主梁 A、 B 、 C截 面 底 板 各 布设 6个 应 变 传 感 器 ， 测试 主梁 应 变 ， 测 点 布置及 编号 见 图 4 。 2 4试 验成 果 和分析 2 4 1斜拉 索索 力 各工 况下 的索力增 量 实 测值 见 表 2 。 由表 2可 见 ， 试验 工况 2 、 工况 3时 N2索 的索力 变 化最 大 ， S 2 变化次之 ， 靠近桥塔的短索受力变化显著 ， 受试验荷 载影响最大 ， 而长索在试验荷载作用时变化较小。 根据成桥后恒载作用下张拉索力结果计算出荷 载试验时上述 4根索的总的最 大索力 ， 结果见表 3 和 图5 ， 可 以 看 出 ， 测 试 索 静 载 时 的最 大 索 力 均 在 旦 ! 巴 里 望 3 号墩 南 北 4 号墩 5 号墩 单位 ：c m 图 3主 桥 挠 度 测点 布 置 Fi g 3 Lay o u t o f M e a s ur e m e nt Poi nt s f o r De f l e c t i o n of M a i n Br i d g e Y 2- 3 号 墩 北 三三=j三， 4 号墩 5 号墩 7 6 0 0 7 6 0 0 单位：c m 图 4主 桥 应 变 测 点 布 置 Fi g 4 La y o ut o f M e a s u r e me n t Po i nt s f o r S t r ai n o f M a i n Br i d g e 表 2各 工 况 下 索 力 增 量 实 测 值 Ta b 2 M e a s u r e d Va l u e s o f Ca b l e Fo r c e I nc r e m e n t u nde r Di f f e r e n t Lo a d Cas e s 工况 索力增量 k N S 2 N2 S6 N6 3 0 0 0 k N 以下， 长索 s 6 、 N6 主要 以恒载索力为主 ， 总 的索 力 最 大 ， 而 在 试 验 荷 载 作 用 下 变 化 显 著 的 s 2 、 N2总 的索力 相 对 较小 ， 在 0 4倍 抗 拉极 限索 力 以下 ， 受疲 劳应 力影 响较 小 。 2 4 2 塔 顶偏 位 实测 塔顶 偏 位 见 表 4 ， 主墩 顶 附 近 截 面 最 大 负 弯矩 ( 偏载 ) 工 况 下 最 大 塔 顶 偏 移 为 9 1 4 mm， 弹 性 偏 移 为 7 2 1 mm， 结 构校 验 系数为 0 9 5 。塔 顶偏 位 校 验 系数在 0 6 6 0 9 5 ， 桥 塔 整体 刚度较 好 。 2 4 3主梁挠 度 主梁 主要测 点 挠 度 见 表 5 。 由表 5可 以 看 出 ， 桥梁整体挠度的实测值与计算值 的规律性较一致 ， 其 挠 度 校 验 系数 主 要 介 于0 6 9 0 9 9 ， 个 别 测 点 挠 表 3加 载 时 最 大 索 力 与 抗 拉 极 限 索力 对 Ta b 3 Co mp a r i s o n of Gr e a t e s t Cab l e Fo r c e s a nd Ul t i m a t e Te ns i l e Cab l e Fo r c e s un de r Lo ad i n g 曩 S 1 N l S 2 N Z S 3 3 S 4 N 4 S 5 N 5 S 6 N 6 S 7 N 7 S 8 N 8 S 9 N 9 索号 囫 恒载索力 圜 加载时最大索力 图 5 恒 载和加载时的最大索力结果对比 Fi g 5 Co mp ar i s o n o f Gr e a t e s t Ca bl e Fo r c e s u nd e r De a d Lo a d a n d Loa d i n g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 2 0 1 2 ， 4 2 ( 2 ) 表 4塔顶偏位 Ta b 4 Py l o n To p Di s pl ac e m e n t 度校 验 系数 大 于 1 0 ， 但 大 部 分 均 在设 计 控 制值 之 内 ， 表 明该桥 目前 刚 度 良好 。在 工 况 2和 工 况 4的 偏 载 工 况 下 ， 北 边 跨 跨 中偏 载 系 数 分 别 为 1 3 4 和 1 6 O ， 偏 载效 应 非 常 明显 。 主 梁 实 测 挠 度 曲 线 见 图6 ， 从 图 6 可 以看 出 ， 箱 蓦 嚣 位 置 ( a ) 工况 1 3 号 墩L 4 L 2 3 L 4 4 号墩L 4 L 4 3 L 4 5 -号墩 位置 ( c )工况 3 表 5主 要测点挠度 Tab 5 De f l e c t i on at M a i n M e a s ur e m e nt Poi nt s 3 号墩 L 4 L 2 3 L 4 4 号墩L 4 L 4 3 L 4 5 号墩 位置 ( b )工况 2 3 号墩L 4 L 2 3 L 4 4 号墩L 4 L 4 3 L 4 5 号墩 位 置 ( d ) 工况 4 3 号墩 L 4 L 2 3 L 4 位 置 ( e ) 工况 5 +西测线加载 一 一西测线卸载- - _东测线加载 一 +一东测线卸载 图 6主梁实测挠度 曲线 Fi g 6 Cu r v e s o f M e a s ur e d De f l e c t i o n o f M a i n Gi r de r 4 号墩L 4 L 4 3 L 4 5 号墩 位 置 ( f )工况 6 目 巡 目 8 4 0 嵋 他 目 目 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 独塔单索面预应力混 凝土斜拉桥静载试验 关淑萍 ，李江林 5 7 梁结 构在 各工 况试 验 荷载作 用下 的变形 基本 符合 实 际规律 ， 各测点 的残余挠度基 本小于 2 o ， 表明该 桥 整 体处 于 弹性 变形状 态 ， 该桥 刚度 良好 。 2 4 4主梁 应力 主梁 实测 应力 值见 表 6 ， 从 表 6中可 以看 出 ， 各 测点 的应 力值 基本 符合 实 际工 况下 桥梁 应力 的变 化 规 律 。各 测点 的残 余应 力 基本 小 于 2 O ， 表 明主 梁 结 构 基本 处 于线 弹性 范 围 。桥体 应 力实 测值 与计 算 值 的规 律性较一致 ， 应力 校验系数多介 于 0 6 9 0 8 8 ； 由于理 论值 是将 空 间问题 转化 为理 想 的 由塔 、 主梁 及斜 缆组 成 的平 面杆 系结 构 计算 ， 使 得 A 截 面 个 别 测 点 挠 度 校 验 系数 大 于 1 0 ， 但 大 部 分 均 在设 计控制值之内， 说明该桥强度状况 良好。 表 6主 梁 应 力 Tab 6 S t r e s s O f M a i n Gi r d e r 3 结 论 ( 1 )结构在 试验荷 载作用下 处于 弹性 受力状 态 ， 主 梁 、 桥 塔 的刚度 性 能 良好 ， 受 力状 况 合理 ， 主梁 强 度 良好 。 ( 2 )斜拉 索受 力 合理 ， 具 有 较好 的刚度 ； 车 辆荷 载对靠近塔根的短索受力影响明显， 而对长索受力影 响较 小 ， 这是 因为恒载在 长索受力 中所 占比例很 大 。 ( 3 )桥 跨结 构 的 北 边 跨偏 载效 应 明 显 ， 说 明北 边跨 主 梁 的抗扭 刚度 相对 偏弱 。 ( 4 )静 力试 验 荷 载作 用 下该 桥 的 应 力 、 挠 度 和 索力均能满足规范要求 ， 表明结构的实际承载能力 能满 足设 计荷 载要 求 。 参 考文献 ( R e f e r e n c e s ) ： 3 4 5 6 7 8 1 J T G D6 0 2 0 0 4 ， 公路桥涵设计 通用规范 s 9 ( J TG D6 0 2 0 0 4，Ge n e r a l C o d e f o r De s i g n o f Hi g h wa y B r i d g e a n d C u l v e r t s S ) 2 交通部公路科学研 究所 ， 交通部公路局技术 处 ， 交 通部 公路规划设计 院大跨径混凝土桥梁 的试验方 法 z 北 京 ： 1 9 8 2 (Re s e a r c h I ns t i t u t e o f H i gh wa y s o f t he M i ni s t r y o f Commun i c a t i o ns，Te c hni qu e Se c t i on o f De pa r t men t o f H i g hwa y s of t h e M i n i s t r y o f Co mmuni c a t i o ns， Hi gh wa y Pl a nn i ng an d De s i gn I ns t i t ut e o f t h e M i n i s t r y o f Commun i c a t i o ns Te s t i ng M e t ho ds f o r Lo ng Spa n C o n c r e t e B r i d g e s Z B e ij i n g ：1 9 8 2 i n C h i n e s e ) J TG D 6 2 2 0 0 4 ， 公 路钢 筋混凝 土及 预应 力 混凝 土桥 涵设计规范 s ( J TG D6 2 2 0 0 4，Co d e f o r De s i g n o f Hi g h wa y Re i n f or c e d Con c r et e a n d Pr e s t r e s s e d Con cr e t e Br i dge a nd C u l v e r t s S ) 曹洪武重 庆双碑 大桥 主桥 斜拉 桥设 计 J 桥 梁建 设 ， 2 O 1 0 ， ( 5 ) ： 3 5 3 8 ( CAO Ho n g wu De s i g n o f Ca b l e St a y e d Br i d g e f o r Ma i n B r i d g e o f S h u a n g b e i B r i d g e i n C h o n g q i n g J Br i d ge Co ns t r uc t i on，2 01 0，( 5)：3 5 3 8i n Chi ne s e) 张春雨 ， 唐光武 ， 郑 罡重 庆菜园 坝长江大桥模 型动 力相似理论 分 析E J 公 路交 通科 技 ， 2 0 0 6 ， ( 8 ) ： 8 9 92 (ZHANG Chu n y u。 TANG Gu a ng wu， ZHENG Ga n g Dyn a mi c Si mi l a r i t y Th e o r e t i c a l Ana l ys i s of C h o n g q i n g C a i y u a n b a Y a n g t z e R i v e r B r i d g e Mo d e l J J o u r n a l o f Hi g h wa y a n d Tr a n s p o r t a t i 0 n Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t ，2 0 0 6 ，( 8 ) ：8 9 9 2 i n Ch i n e s e ) 姜 天华 独塔斜拉桥 的施工监控 E J 武汉工程 大学学 报 ， 2 0 0 7 ， ( 3 ) ： 3 9 4 2 ( J I ANG Ti a n - h u a Co n s t r u c t i o n Mo n i t o r i n g o f S i n g l e T o we r C a b l e - S t a y e d B r i d g e J J o u r n a l o f Wu h a n I n s t i t ut e of Te c hn ol ogy， 2 00 7， (3)： 39 42 i n Chi ne s e) 武勇武汉天兴洲公铁两用 长江大桥 主桥 荷载验 收 试验研究 J 桥梁建设 ， 2 0 1 0 ， ( 1 ) ： 1 1 1 6 ( W U Yo n g S t u d y o f Ac c e p t a n c e L o a d Te s t i n g o f M a i n Br i d g e o f W u h a n Ti a n x i n g z h o u Ch a n g j i a n g Ri v e r Ra i l c u m - R o a d B r i d g e J B r i d g e C o n s t r u c t i o n ，2 0 1 0 ， (1 )：11 1 6i n Chi ne s e) 傅新军 ， 崔 巍E D M 三角高程 测量在大 型桥梁 中的 应用 J 现代测绘 ， 2 0 0 7 ， ( 3 ) ： 1 6 1 8 ( F U Xi n j u n ，CUI W e i Ap p l i c a t i o n o f EDM Tr i g o n o me t r i c Le v e l i ng Su r v e y t o Co ns t r uc t i o n of La r ge - Sc a l e B r i d g e s J Mo d e r n S u r v e y i n g a n d Ma p p i n g 2 0 0 7 ， ( 3)：1 6 1 8i n Chi ne s e) 崔 巍 ， 杨 涛南 京大 胜关长 江大 桥六跨 连续 钢桁 拱梁施工控制测量 J 桥梁建设 ， 2 0 1 0 ， ( 1 ) ： 5 7 ( CUI W e i ，YANG Ta o Cons t r u c t i o n Con t r o l Sur ve y o f S i x - Spa n Con t i nu ou s St e e l Tr us s Ar c h Gi r de r of N a n j i n g D a s h e n g g u a n C h a n g j i a n g Ri v e r B r i d g e J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 桥梁 建设 B r i d g e C o n s t r u c t i o n Br i dg e Co ns t r ue t i on，2 01 0，( 1)：5 7i n Chi ne s e ) 1 0 刘汉顺 ， 文武 松芜湖长江 大桥主跨 斜拉桥 施工监 控 J 桥梁建设 ， 2 0 0 3 ， ( 3 ) ： 1 9 2 1 ( LI U H a n s hun。W EN W u s on g Co ns t r u c t ion M o n i t or i ng a nd Cont r ol f or Cab l e St a ye d M a i n Spa n o f wu h u C h a n g i a n g R i v e r B r i d g e J B r i d g e C o n s t r u c t i on，2 003，( 3)：19 21 i n Chi n e s e ) GUAN Shu p i n g 关 淑 萍 1 9 7 8 一， 女 ， 工程师 2 0 0 3年毕 业 于河 海 大 学 水 利水 电 建筑 工程 专 业 ， 工学 学 士 ， 2 0 0 6年 毕业 于河 海大 学水 工结 构 专业 ， 工 学硕 士。研究 方向 ： 桥梁 、 水 电站 等 工程结构 的检测评估 、 监测等应用 E ma i l ： g u a n s p -3 6 7 3 1 6 3 c o m 李 江 林 1 9 7 0 一 ， 男 ， 高级工程师 1 9 9 6年毕业 于 中国 地质 大 学 城 市 工程 物探专 业 ， 工 学学 士 。研 究 方 向 ： 桥梁 、 隧道等工程 的检测 评估和 研 究 E m a i l ： l i j l e c i d i c o rn ( 编辑 ： 杨 晓燕) 欢迎订阅 桥 梁建 设 桥 梁建设 是中国科技论文统计源期刊、 中文核心期刊、 中国科学引文数据库来源期刊、 中国学术期 刊 综 合评 价 数据 库 统计 源 期刊 、 中国核 心期 刊 ( 遴选 ) 数据 库 收 录期 刊 、 中 国学 术 期 刊 ( 光 盘版 ) 入 编 期 刊 、 中 国科技期刊 网入 网期 刊、 I C OND A 数据库收 录期 刊、 C AJ C D规范 执行优 秀期 刊、 波 兰 哥 白尼索引 ( I C ) 收 录期 刊 。 桥梁建 设 国际标准连续出版物号 I S S N 1 0 0 3 4 7 2 2 ， 国内标准连续出版物号 C N 4 2 1 1 9 1 u、 邮发 代号 3 8 5 4 。 桥 梁建 设 为双月刊( 双月 2 8日出版) ， 大 1 6 开本( 1 2 0页) ， 每册定价 1 5 0 0 元 全年定价 9 0 O O元 。 全 国各地 邮局订 阅 ， 编 辑部 亦可 办 理 邮购 。 桥 梁建设 持有广告经营许可证， 代办设计， 收费合理， 时效持久， 欢迎洽谈。 编 辑部 地址 ： 武 汉 市建 设 大道 1 0 3号 电话 ： ( 0 2 7 ) 8 3 5 l 9 5 0 6 ( 编辑 部 ) ， 8 3 5 5 0 0 8 1 ( 广 告部 ) E ma i l ： q l k x y j s p u b l i c wh h b c a q l j s z t mb e c c o rn 邮编 ： 4 3 0 0 3 4 传真 ： ( 0 2 7 ) 8 3 3 6 0 0 0 5 桥 梁建 设 编辑部 2 0 1 2年 4月 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m