钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析

2024-08-04

钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析（7篇）

1.钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析篇一

钢管混凝土系杆拱桥稳定性分析

采用空间有限元程序,分析了钢管混凝土系杆拱桥的横向弹性稳定性,特别分析了风撑布置形式、风撑侧向刚度以及拱肋、系梁、横梁等刚度对桥梁稳定性的影响程度,以促进钢管混凝土系杆拱桥的研究.

作者：冯世挺陈小萍 FENG Shi-ting CHEN Xiao-ping 作者单位：冯世挺,FENG Shi-ting(浙江省交通规划设计研究院,浙江杭州,310006)

陈小萍,CHEN Xiao-ping(浙江大学,浙江杭州,310027)

刊名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2009 35(26) 分类号：U448.22 关键词：钢管混凝土系杆拱桥稳定性分析有限元法

2.钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析篇二

1 吊杆索力的计算原理与表达式

根据弦的振动理论应用动力学普遍原理可以建立均匀线密度的吊杆在无阻尼时的自由振动方程为:

式中:m为吊杆的线密度;x为横向位移函数;x为纵向坐标;t为时间;T为张拉力;EI为吊杆的抗弯刚度。该方程为一超越方程, 故采用它的简化模式求张拉力T的解析表达式。依据吊索的细长比、边界条件及拉索截面刚度组合情况建立了如下四个计算公式:

1.1 计算模型1

当拉索两端固结并考虑刚度时,

1.2 计算模型2

拉索两端铰接并考虑截面刚度时,

1.3 计算模型3

拉索两端固接不考虑截面刚度时,

1.4 计算模型4

拉索两端铰接不考虑截面刚度时,

2 吊索长度的修正

钢管混凝土拱桥的吊杆两端在构造上设置了刚性锚头, 与中间段的吊索相比锚固端特性完全发生了改变。索的质量、抗弯刚度等比中间段柔性索大, 从效果上讲相当于缩短了吊杆的动力长度。按照传统的计算方法得到的结果往往不能满足工程要求。受到现实条件的限制, 我们采用有限元模拟的方法对吊索进行建模分析。对于同一根吊索可以根据吊杆拱桥吊索的相关参数、边界条件, 建立不同长度下的模型。模型中的吊杆长度我们分别选取吊杆的实际值、经验公式的计算值和两者的平均值。在模型中输入同一个索力值, 便可以得出三个不同模型在吊索张拉工况下的各阶振动频率。将所得的三种基频进行比较, 选择最接近测试频率的基频模型的长度作为计算值。

3 应用实例

3.1 工程概况及吊杆基本参数

北塔大桥是一座中承式钢管混凝土拱桥。每跨桥上下游主拱吊杆各12根, 吊杆编号见图1, 由南桥头往北桥头依次排序。吊杆采用73丝φ7 (Ryb=1570MPa) , 长度为5.204~17.958m;采用高强钢丝外包不锈钢护套并灌注防护水泥砂浆, 锚具采用镦头锚。吊杆的线密度为22.1kg/m, 刚度约为122.5k Nm2。

3.2 试验方法与设备

索力测试时将传感器固定在测试的吊杆上, 给予吊杆一定的外力使吊杆自然振动。然后采用索力动测仪采集各吊杆的振动信号, 并通过频谱分析计算出吊杆的基频。本工程所采用的测试设备为长沙金码高科技实业有限公司生产的JMM-268索力动测仪。

3.3 测试结果与分析

根据吊索的横截面积和长度可以得到吊杆的长细比均小于15000, 故均采用模型二计算。根据现场测得的测试频率和各种计算长度模型下的基频, 选择合理的吊杆计算长度。将所得到的吊杆长度计算值带入计算模型二的计算公式中就可以得到修正后的计算值。现在将设计的理论值、没有修正吊杆长度的测试值和修正吊杆长度后的修正值分别计算出来结果见表1。由表1可以看到修正值的精度有了很大的提高, 吊杆索力的误差均在6%以内对于钢管混凝土吊杆拱桥而言已经能够满足工程实践的需要。

4 结论

通过测试结果可以看到, 根据长细比选择合理的模型并配以有限元方法对吊杆长度进行修正后得到的索力比以往的索力测试方法得到的结果要更加接近吊杆索力的真实值。

参考文献

[1]方志, 汪建群, 颜江平.基于频率法的拉索及吊杆张力测试[J].振动与冲击.2007 (9) :78-82.

[2]陈歆贤.桥梁工程索力的测试方法研究[J].福建建筑, 2006 (5) :162-163

[3]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京:中国铁道出版社, 1992.

[4]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社, 1994.

3.钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析篇三

苏州河桥位于上海城市轨道交通明珠线跨越既有沪杭铁路苏州河桥桥位，与苏州河正交。桥梁需跨越苏州河及两岸的万航渡路和光复西路。河道通航标准为通航水位3.5m，Ⅵ级航道，净宽20m，净高>=4.5m；两岸滨河路规划全宽20m（机非混行），其中机动车道宽8m；两侧非机动车道宽各3m；人行步道宽各3m；两岸滨河路机动车道净高>=4.50m，非机动车道净高>=3.50m，人行道净高>=2.5m.桥式采用25+64+25m三跨中承式钢管混凝土梁-拱组合体系桥，桥梁全长114m，宽12.5m.外部结构体系为连续梁，即拱脚与桥墩处以支座连接，内部为由主纵梁、小纵梁和横梁及钢管混凝土拱肋的组合结构体系。

2、钢管混凝土拱桥设计

2.1桥型选择本方案设计的主导思想是在现有桥梁结构的技术水平发展的基础上有所创新，桥梁造型与周围环境相协调，桥式方案力求新颖独特，并充分体现现代化大都市的节奏与气派。

拱桥是一种造型优美的桥型，它的主要特点是能充分发挥材料的受压性能，而钢管混凝土的特点是在钢管内填充混凝土，由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。

苏州河桥的桥型方案经过研究分析、结构优化及评估论证，最后采用25+64+25m飞鸟式钢管拱桥的设计方案。以抗压能力高的钢管混凝土作为主拱肋，以抗拉能力强的高强钢绞线作为系杆，通过边拱肋的重量，随着施工加载顺序逐号张拉系梁中的预应力筋以平衡主拱所产生的水平推力，最终在拱座基础中仅有很小的水平推力。拱脚与桥墩的连接由固接改为铰接，以避免由于轨道交通无缝线路产生的纵向水平力和温度应力引起拱脚过大的推力而导致拱脚处混凝土开裂，克服了拱桥对基础的苛刻要求。

全桥总布置如图1：

2.2上部结构主桥为中承式拱桥，主拱理论轴线为二次抛物线，矢跨比为1：4，其中桥面以下部分采用C50钢筋混凝土结构，截面为带圆角的矩形截面。桥面以上部分采用钢管混凝土结构，钢管截面为圆端形，采用A3钢，钢管壁厚16mm，外涂桔红色漆，内填C55微膨胀混凝土。

边拱矢跨比为1：7.4，理论轴线为二次抛物线，截面采用钢筋混凝土矩形截面，按偏心受压构件设计。拱上立柱采用圆形截面钢管混凝土立柱，下端与边拱肋固结，上端设聚四氟乙烯球冠形铰支座，与边纵梁铰接。

主拱每侧设7根吊杆，间距约6.4m，吊杆采用挤包双护层大节距扭铰型拉索，吊杆钢索双护层均为高密度聚乙烯护层（PE+PE桔红色），锚具为冷铸墩头锚。吊杆上端锚固在钢管混凝土拱肋内，下端锚固在横梁底部。

主拱桥面以上部分共设三道一字型风撑，每侧边拱设三道横撑，主拱设一道横撑，以增加全桥的稳定性。拱座采用钢筋混凝土结构，每墩设两个拱座。通过横撑相连。拱座施工时应预先埋好立柱钢管、主拱及边拱伸入拱座内的钢筋，准确对位。

桥面系为由边纵梁、横梁、小纵梁及现浇桥面板组成。边纵梁为箱形断面，边孔与边拱肋相接部分及中拱与边纵梁连接部分为矩形断面，采用C50级部分预应力混凝土结构，在恒载及自重作用下为全截面受压构件。横梁采用C50级预应力混凝土结构，全桥共设小横梁15片，端横梁2片，中横梁与边纵梁接合处 2片。全桥共设四片小纵梁（全桥通长）与横梁固结在一起形成格构体系。桥面板采用C40级钢筋混凝土板，桥面板采用在格构系上现浇的方法处理。桥面板的钢筋布置应采取防迷流措施。

桥面排水原则上采用“上水下排”，即横坡加导水槽方式，在桥梁横断面内设0.5%的横坡。承轨台每隔一定的距离断开，向两侧排水。

桥面上部建筑设施包括混凝土道床及轨道、通信信号电缆支架、隔音屏、防噪柱及接触网腕臂柱。桥面布置有：聚氨脂防水层、0.5%双向排水坡、落水管、承轨台及钢轨、I字形钢筋混凝土柱、防噪屏及电缆支架等。每隔30～50m设接触网立柱一对，每隔1000m 左右布置一组接触网锚固立柱。桥上不设人行道及照明。

支座采用QGPZ盆式橡胶支座和QGBZ板式橡胶支座。

2.3 下部结构拱桥主墩基础采用桩基础，将⑨层粉细砂层作为桩基持力层，为满足桥梁上部钢轨对基础沉降的要求，经分析计算比较，采用桩径为D=0.8m的钻孔灌注桩，桩长67m，每个主墩12根桩，承台4.8×17.0×2.0m，边墩基础采用8根桩径D=0.8m钻孔灌注桩，桩长67m，承台4.35×16×2.0m，边墩及盖梁为双柱式钢筋混凝土结构。

3、结构分析

结构分析采用有限元程序SAP91进行三维空间计算，包括整体分析、稳定分析等，用桥梁专用平面分析程序PRPB和BSACS分别进行了验算。在计算时桥面以上主拱拱肋除按钢管混凝土设计外，还用类似于钢筋混凝土构件的方法进行施工计算，在截面形成阶段采用应力叠加法设计。钢管的套箍系数取 0.8.3.1 施工阶段计算本桥施工体系转换分五个阶段进行，施工中中孔利用既有铁路钢桥作支架，待新桥建成后拆除既有桥。

第一阶段：在支架上现浇两边段（立柱、拱、横梁）及全桥边纵梁，待混凝土达到强度后每片边纵梁内张拉两根预应力束。

第二阶段：将工厂内制造的主拱肋钢管，每侧7段，运到工地，在边纵梁上搭设支架拼装就位。空钢管拱肋合拢后即封住主拱、纵梁结合处，再形成钢管混凝土截面。待主拱内混凝土达到设计强度后即开始张拉吊杆，给吊杆以初始张拉力，后锚固于主拱肋内。现浇中段横梁，待混凝土达到设计强度的90%后，张拉横梁预应力筋，浇全桥小纵梁，待混凝土达到设计强度后，张拉小纵梁内的预应力束。在每片边纵梁两端施加预应力，张拉两根预应力束。

第三阶段：张拉边纵梁内T2及B2各一束，铺装中孔桥面板后，拆除中拱支架。

第四阶段：拆除边拱支架，浇注全桥桥面板，张拉边纵梁内三根预应力束。

3.2 成桥阶段计算进行以下几方面的计算：

1.二期恒载按换算均布荷载分担到横梁和纵梁上；

2.支座沉降计算；

3.温度变化计算；

4.活载为轻轨列车荷载，每列最多八节，每节8轴，重车轴重170kN，轻车轴重80kN，双线荷载；

5.计算承轨台在成桥后三个月、六个月、一年、三年的徐变变形量。

3.3 稳定性分析在本桥的稳定性方面，设计时考虑两片主拱之间加设三道一字型风撑，拱肋基础连成整体。全桥整体稳定分析采用SAP93曲屈稳定分析程序进行计算，弹性稳定系数10-12.3.4 桩基计算桩基设计从三方面控制：

1.地基承载力控制：Nd=（upfili+fipAp）/K；

2.桩身强度控制：s￡0.2R；

3.沉降控制：满足轨道变形的要求，控制在2cm.最终沉降量采用分层总和法计算，将桩基承台桩群与桩之间土作为实体深基础，且不考虑沿桩身的压力扩散角，压缩层厚度自桩端全断面算起，至附加压力等于土的自重压力的20%处。

沉降计算结果

4、施工关键问题

4.1 与既有铁路桥关系及处理苏州河桥桥位选择的目的即是利用旧沪杭铁路上的旧铁路桁架作为施工架桥的临时支架，新桥完成后即拆除旧桥。

经调查得知：沪杭铁路内环线上既有的苏州河桥，建于1907年，基础桩采用木桩，上部结构于1994年更换新钢桁梁，钢桁梁为一孔跨度 44.34m的简支梁，其全长45.4m，桁高5.5m，采用高强螺栓连接。一孔重量为132.98t（包括东侧人行道及上弦检查走道，人行道 1.5m）。该桥为单线桥，设计活载为中活荷载。苏州河桥其南端接万航渡路平交道口，铁路通讯、信号电缆从桥下穿过，市区电线、高压线由桥侧上空跨过。

因此桥梁设计时应考虑两个问题，其一，如何使新桥在施工的各个阶段施加于支架上的荷载不超过旧有铁路桥的设计承载力，其二，保证旧桥拆除时不影响新桥的安全稳定。

设计时，每个施工阶段的计算均增加了一项，即验算旧桥的承载力，对支架拆除顺序进行了准确规定。但在施工时，有遇到以下问题：

1.根据现场量测结果，新桥纵轴线偏离老桥轴线（南端82mm，北端73mm），使得老桥偏心受力。

2.由于新桥全宽12.5m，而老桥全宽5.9m.新桥的两侧边纵梁均位于老桥的外面，故施工支架必须伸出老桥之外，采用I字钢横向架设于老桥顶上，以满足立模的需要和刚度要求。

3.由于老桥桁梁的两端为斜焊，上面不能架设I字钢，另外，既有人行道在施工期内又不能封闭，故必须对老桥进行接长处理，以满足架设I字钢和桥上支架与岸上满堂支架连接的需要，老桥接长采取在上弦杆用2根并列的I200mm接出，梁端部和岸上的竖杆均采用Φ300mm的钢管，在梁的斜杆中间另加一根竖杆，各杆件的连接均采取满焊的方式，并在纵横向加设斜拉杆以增加稳定。

4.由于轨顶标高限制，老桥梁顶与新桥边纵梁底的间距较小，架设施工支架I55 I 字钢后，仅剩32cm左右的间隙，故边纵梁底模下的纵向隔栅只能采用10X20cm的方木，在纵向隔栅与I字钢之间垫楔形木，用以调整梁底标高，同时便于以后拆模。

5.I字钢分别架设在老桥钢桁梁的节点及两节点间1/3处，两端各挑出4.03-4.12m 和2.48-2.57m，为保证I字钢的稳固，在老桥桁梁处采用U形钢筋将I字钢与老桥上弦杆焊接，同时在I字钢下部，用75X75角钢纵向连接成整体，该纵向角钢又可作为斜撑的支撑点。

6.在老桥的梁底与桥台的支承垫石、台帽间均用硬木和钢板等加以塞死，以增加老桥钢梁的稳固。

由于施工时采取的施工方法使得施工荷载超过设计荷载，故设计单位根据施工方式及拆模顺序的要求，重新验算了老桥承载力、老桥上弦杆挠度、老桥横向倾覆稳定、施工支架I字钢悬臂端挠度及I字钢稳定。

4.2 预应力梁张拉预应力张拉时，应力应变实行双控，张拉程序为：0 初应力（0.1σk）1.0σk持荷5分钟锚固。设计取值已考虑锚固损失，故不采用超张拉。从0.1σk 至1.0σk的伸长量数值为控制值，该值与0.9σk的设计伸长值相比较，判断是否超标。施工单位也实测弹性模量，核算伸长量。

预应力张拉时按强度、龄期实行双控。强度要求达到100%，龄期控制在9-19天。

锚具供货厂家提供的夹片需片片检验硬度，并控制在允许范围内，现场按规定抽检。

4.3 钢管拱的吊运和安装、钢管内混凝土灌注由于在旧桥上搭设施工支架，施工场地有限，钢管拱肋安装采取边纵梁上支设管排、排架中部铺上钢轨滑道，以及滑辘提升措施的施工方案，取保安全施工。由于中承式拱与桥面连接处需三方向固接，即此处的结点需连接钢管拱、边纵梁、横梁与桥面以下钢筋混凝土拱肋，而边纵梁、横梁为预应力梁，钢管拱内有加劲肋和钢筋，三者相连形成固接，要求强度和质量非常高，而钢管拱的安装精度控制为6mm，施工难度非常大。

同时，由于在同类型桥梁中，该桥的跨度较小，钢管断面不会很大，为方便混凝土灌注，同时考虑到景观问题，钢管断面选择为椭圆形断面，在混凝土灌注时要求严格控制骨料规格的要求，确保混凝土灌注均匀、饱满。

4.4 基础施工苏州河桥主墩距老桥基础很近，南主墩中心与老桥台边相距6.5m，北主墩中心与老桥台边相距5.8m，由于老钢桥将作为新建桥的临时施工支架，因此施工中老桥不能受到扰动。同时进入汛期后，在主墩基础施工时也需确保防汛的要求，最后主墩施工采取如下措施：

a.采用沉井施工法，确保对土体的围护。

b.采用超长护筒（河床以下2.0m），确保不因渗水而产生塌孔。

c.采用沉井封底，克服因渗水而出现沉陷。

主墩总体施工顺序如下：沉井制作、沉井下沉、钻机操作平台布置、埋设护筒、沉井封底、钻孔桩施工、承台和拱墩施工。

4.5 施工监测由于该桥结构形式复杂，施工难度大，因此，施工时进行了以下监测：

1.徐变变形对梁、拱的徐变变形进行跟踪量测。分别在桥面边跨端部、边跨跨中、中墩支点处桥面、纵横梁与拱相交处、中跨中和拱顶处设8个测试断面，共23个点。

2.拱肋钢管截面应力监测。

3.施工过程中各个阶段拱脚实施变位、倾角监控。

4.现场实测钢管混凝土弹性模量发展曲线。

5、经济技术指标该桥全长114米，宽12.5 米，桥梁面积1425m2，桥梁总概算1216万元，综合经济指标为8300元/ m2.6、综合分析

钢管混凝土拱桥首次在轨道交通桥梁中（尤其是在上海这种软土地区）应用，是一种大胆的尝试，它主要有以下几个特点：

1.桥梁造型优美：飞鸟式钢管拱桥横跨苏州河，形成明珠线的一道风景；

2.以抗压能力高的钢管混凝土作为主拱肋，以抗拉能力强的高强钢绞线作为系杆，通过边拱肋的重量，随着施工加载顺序逐号张拉系梁中的预应力筋以平衡主拱所产生的水平推力，最终在拱座基础中仅有很小的水平推力。克服了拱桥对基础的苛刻要求。

4.钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析篇四

钢管混凝土提篮式系杆拱桥施工方法研究

钢管混凝土提篮式系杆拱桥,施工工序复杂,施工技术难度较高.以某一典型桥梁为例,介绍了该种桥梁的`结构特点和先进、具体的施工方法.

作者：祝强 ZHU Qiang 作者单位：盘锦市公路管理处,盘锦,124010刊名：北方交通英文刊名：NORTHERN COMMUNI CATIONS年，卷(期)：2009“”(5)分类号：U448.22+5关键词：钢管混凝土系杆拱桥施工方法

5.钢管拱桥拱肋安设与控制篇五

钢管拱桥拱肋安设与控制

某钢管混凝土拱桥主拱肋架设采用临时支墩配合吊装法,即将厂内加工完毕的制作节段拼装成吊装节段后,采用两台大吨位吊车“双机抬吊”将钢管拱肋准确起吊至临时支墩顶面位置,完成拱肋架设.介绍了临时支墩和拱肋的安设工艺,并对线形控制措施进行了说明,为今后类似施工提供了借鉴经验.

作者：张林清 Zhang Linqing 作者单位：中铁十四局集团第三工程有限公司,山东兖州,212700刊名：国防交通工程与技术英文刊名：TRAFFIC ENGINEERING AND TECHNOLOGY FOR NATIONAL DEFENCE年，卷(期)：7(3)分类号：U448.22关键词：钢管拱桥拱肋临时支墩安设线形控制

6.钢管混凝土拱桥荷载试验分析篇六

1 荷载试验的依据

本次关于下承式钢管混凝土拱桥荷载试验的依据或参考以下规范和资料来进行:

1) JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范;2) JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范;3) JTG F80 1-2004公路工程质量检验评定标准;4) 《公路桥梁承载能力检测评定规程》送审稿;5) 《大跨径混凝土桥梁的试验方法》;6) JTG H11-2004公路桥涵养护技术规范。

2 荷载试验的目标

按照上节荷载试验的依据中有关桥梁鉴定、检测的要求, 对新建成桥梁进行常规意义上的试验, 确定桥梁建造的质量和桥梁的承载能力及运营安全性。因此, 通过对桥梁进行荷载试验, 达到以下要求:

1) 对桥梁的外观、线形进行检查和测量, 检查桥梁的建造质量是否满足规范和设计要求;2) 通过静载试验, 对测试截面的应变分布情况、截面的抗裂性等进行分析, 并评估桥梁机构实际承载能力;3) 通过分析在荷载试验时实测截面的挠度情况来评估桥梁结构的刚度及整体性;4) 通过动载试验, 了解桥跨结构的固有振动特性, 确定其动力性能;5) 建立桥梁“指纹”档案。

3 荷载试验的思路及内容

根据钢管混凝土拱桥的结构特点, 与其他同类桥型的荷载试验作为经验, 桥梁荷载试验时, 首先根据桥梁的实际结构建立模型进行计算分析, 对桥梁控制截面、控制内力、加载方式确定, 然后在结构控制截面进行有针对性地测点布置。最后对加载试验所得到该测试截面参数与理论检算值进行对比分析, 评定结构实际承载能力和工作性能是否满足设计及规范要求。下面以郑州市庞村特大桥为例进行荷载试验分析。试验测点布置见图1, 图2。荷载试验主要测试拱肋与梁体截面的应力、挠度, 各吊杆张力以及桥梁自振特性与动力特性。

3.1 计算分析

在试验前运用桥梁专用计算软件MIDAS/Civil对桥梁空间构模, 进行桥梁结构空间有限元静力计算分析, 得出全桥的受力情况。

3.2 试验内容

试验主要包括:1) 静载试验。根据钢管拱桥受力特点综合考虑结构类型和结构截面, 按各截面最不利荷载进行加载。在试验实施前, 对各个试验工况进行详细的理论计算, 制订详细的加载方案, 防止结构部位出现超载, 确保结构安全。本桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥, 其主要传力路径是:桥面活载等通过桥面系传至纵横梁, 再由纵梁的吊杆传至主拱圈 (拱肋) , 因此, 拱肋、吊杆和纵梁为主要受力构件, 荷载试验主要测试这些构件在荷载作用下的应力和位移等响应和变化。2) 动载试验。动载试验主要对桥梁自身的动力特性的反映。采用动态信号采集分析仪和三向加速度传感器收集桥梁频率、振型、阻尼比以及动挠度、动应力、加速度、冲击系数等, 然后进行分析, 综合了解桥梁动力特性。

4 静载试验测试

4.1 加载原则

静力试验荷载效率η=Sstat/S×δ应满足0.85<η≤1.05, 其中, Sstat为试验荷载作用下某工况最大计算效应值;S为设计标准活荷载不计冲击作用时产生的某试验工况的最不利计算效应值;δ为设计计算取用的动力增大系数。

4.2 加载方式

对试验荷载应分级施加, 以测试荷载效应与荷载的变化关系以及防止桥梁结构意外损伤。试验加载分为4级, 荷载逐级增加, 达到最大荷载后一次卸载。测试数据时, 在保证每一次加载工况稳定的情况下读取数据, 该级荷载阶段内结构变位相对稳定后进入下一个荷载阶段。对试验工况中应力水平较高测点采用连续监测, 同时对控制断面挠度测点进行同步连续监测, 以观测结构变位是否达到稳定。

4.3 试验加载程序

在进行正式加载试验前, 用两排载重加载车进行横桥向对称预加载试验, 为避免梁体局部产生过大应力, 两排车辆后轮间距适当拉开。首先进行预加载, 每一加载位置持荷时间不少于20 min。然后预加载卸零, 并在结构得到充分的零荷恢复后, 再进入正式加载试验。正式加载试验按加载级数依次进行。

4.4 试验过程中安全监测

试验加载时对重点应力 (应变) 测点、重点挠度测点及主要受力部位的裂缝进行安全监测, 如在试验过程中发现以下几种情况中的任一情况, 应暂停试验, 分析原因, 找出原因后再继续加载或终止试验:

1) 测得的应力测点和挠度测量点的值有一个值超过规范允许值;2) 由于加载, 使原有裂缝的长度、宽度急剧增加, 新裂缝急剧出现, 新出现裂缝宽度超过规范允许值, 对桥梁的结构和寿命造成较大影响时;3) 发生桥梁其他损坏, 影响桥梁承载能力或正常使用时。

5 动载试验测试

动载试验分为脉动试验和行车试验。

5.1 脉动试验

脉动试验是由桥梁结构在风、水流、地脉动等自然荷载下的激振引起桥梁结构振动, 在相对封闭的环境 (交通封闭、桥梁周围无规则振源等) 下, 测定结构自振特性。测试时调节振动传感器采用中低频段测量在自然环境下桥梁的响应信号, 经过数据和信号的采集分析, 可得到桥梁的各阶自振频率和振型值, 利用半功率带宽法确定各阶模态阻尼比等桥梁自振特征参数, 从而确定桥梁的自身的动力特征。并将实测值与计算值、规范值进行比较和分析, 对桥梁的动力特性进行评估。测试的时间选为夜间进行。

5.2 行车试验

1) 跑车试验:一辆载重汽车 (总重约30 t) 以多种速度 (10 km/h, 20 km/h, 40 km/h, 60 km/h) 行驶过试验跨。测定截面在行车车辆荷载下动力的反应状况。

2) 跳车试验:一辆30 t试验汽车在试验跨的指定位置 (跨中等) , 启动、后轮越过一厚8 cm的板条, 然后停车。测试桥梁在竖向冲击荷载作用下的竖向、横桥向动力响应。

6 结语

1) 通过对钢管混凝土拱桥荷载试验应变数据分析可知, 拱肋的抗压强度及梁体的抗裂性能是否满足设计要求。

2) 通过对钢管混凝土拱桥荷载试验跨挠度数据的分析可知结构刚度是否满足设计要求, 以确定其桥跨结构是否具有较好的刚度。

3) 桥梁动力特性的各项指标是否满足设计要求, 反映桥梁动力性能是否正常, 同时也可以反映静测结论是否正常。

任何一座桥梁都要经历一个生命的周期, 对数量众多且具有桥梁的工作性能进行正确的评价, 荷载试验也就显得非常重要。

摘要：结合下承式钢管混凝土拱桥荷载试验的相关规范, 确定了荷载试验的目标, 对荷载试验的内容及思路进行了阐述, 通过静载试验测试与动载试验测试, 得出了一些有应用价值的结论。

关键词：荷载试验,测试,混凝土拱桥,计算

参考文献

[1]胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[2]王鼎国, 袁海庆, 陈开利.桥梁检测与加固[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[3]潘松林, 张红阳.公路桥梁检测概述[J].城市道桥与防洪, 2003 (9) :65.

[4]王涛.钢管混凝土拱桥静动载试验研究[D].西安:长安大学硕士学位论文, 2009.

7.钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析篇七

关键词：大跨径桥梁,钢管混凝土拱桥,动力性能,自振频率,横撑

相比于梁式桥, 斜拉桥与悬索桥的造型更加优美, 通常建成后则成为地标性建筑。但是, 斜拉桥与悬索桥由于受力复杂等因素, 使其成本较高。而拱桥则兼顾了造型优美与受力体系较为明确的优势, 快速占领了城市桥梁的市场;尤其是钢管混凝土材料的引入, 使其大跨径型式得以实现[1]。

对于钢管混凝土拱桥是否有必要设置风撑, 在业内一直备受争议[2]。部分研究者认为, 风撑的设置对桥梁受力并无显著影响, 相反对其美观性与行车舒适性方面造成了较大的负面效应[3]。但也有研究者认为, 风撑的设置十分有必要[4]。较多文献表明[1,2,3,4], 关于大跨径钢管混凝土拱桥的静力受力体系研究较为明确, 但对其动力性能研究的认识尚存在较多问题, 甚至不同学者的研究成果相悖。

为此, 本文以黑龙江省依兰牡丹江钢管混凝土拱桥为例, 运用大型通用软件分别建立无风撑与有风撑时对应全桥的有限元模型, 研究风撑对大跨径钢管混凝土拱桥的动力性能影响。

1 工程概况

哈同公路依兰牡丹江大桥是我国第一座无风撑的中承式钢管混凝土拱桥, 也是东北地区第一座钢管混凝土拱桥, 全长507m。其中, 主孔上部结构为2×108m中承式钢管混凝土拱, 由于其对称性, 本文主要选择其中一孔来展开论述。

该钢管混凝土拱桥的拱肋拱轴线形式为悬链线, 其中, 对应的拱轴系数为1.756, 净跨径为100m, 净矢高为25m, 则其矢跨比为1/4。主跨拱肋断面采用三根Φ600mm钢管组成的三角形空间桁架结构:拱肋截面由3根Φ600×12mm钢管混凝土弦杆和直径Φ180×12mm的腹杆及Φ180×12mm的水平横杆组成。前者为承载杆件, 后者为横向联系杆件。吊杆上方的水平横杆为Φ420×12mm的钢管, 管内灌注C50混凝土。拱肋钢管内混凝土采用C50混凝土, 采用16Mnq钢板。桥梁单侧设置吊杆13根, 吊杆间距为6m, 采用聚乙烯护套, 钢丝束抗拉设计强度1600MPa。桥面系采用悬吊式结构。纵铺桥面板为跨径6m的小T梁, 宽1.04m, 高0.5m, 横向联结为铰接。吊杆横梁采用预应力混凝土空心箱梁, 梁高1.35m, 长12.50m, 宽0.70m, 每片梁张拉6束Φ24mm高强钢丝。桥面小T梁在横梁处断开, 纵向互不连接。在两拱肋之间的拱脚位置, 设置一道V字横撑、一道水平横撑及一道X横撑, 横撑均为Φ600×12mm的钢管混凝土[5]。

依兰牡丹江大桥的设计荷载为:汽车-超20级, 挂车-120级, 人群荷载为3.5k N/m2。桥面总宽度为12.5m, 桥面横向布置为:主孔净9.0m行车道+2×0.25防撞墙+2×1.25m人行道, 边孔净9.5m行车道+2×1.25m人行道。

本文所选择的依兰牡丹江大桥的钢管混凝土拱桥孔的桥型三维布置图如图1所示。

2 有限元模型

计算机的问世, 为工程计算分析带来了很大的方便。伴随着较多软件的出现, 通过建立有限元模型进行受力分析的方法颇受各界人士的认可。

考虑到钢管混凝土拱桥的结构复杂以及非线性较强等复杂特性, 本文选择采用大型通用有限元软件ANSYS[6]分别建立无风撑与有风撑时对应的全桥空间有限元模型。

根据桥梁不同构件的受力特点, 拱肋、斜撑、风撑与拱上立柱均采用梁单元Beam4;吊杆采用索单元Link10;桥面板采用实体单元Shell63。

需要强调的是, 在计算拱肋的几何性质时, 本文将钢管混凝土材料的拱肋进行了换算, 即将钢板和混凝土视为同一种材料 (E按C50混凝土取值, E=3.5×104MPa) , 按如下两个公式计算其换算刚度:

建立的空间有限元模型分别见图2与图3。

分别针对两种状态时的桥梁空间有限元模型, 对其进行模态分析, 来研究设置风撑对大跨径钢管混凝土拱桥的动力性能影响。

3 结果分析

根据上述有限元模型动力分析, 本节分别从无风撑与设置风撑后的两个方面对大跨径钢管混凝土桥梁动力性能展开讨论。

(1) 无风撑桥梁动力性能分析

有限元模型动力分析结果表明, 该大跨径钢管混凝土拱桥的一阶振型表现为拱肋的横向一阶振动, 其振型如图4所示, 对应的自振频率为0.634Hz;而全桥的竖向一阶振型如图5所示, 对应的自振频率为1.296Hz。显然, 横向振动的自振频率小于竖向振动的自振频率;由此说明, 对于大跨径钢管混凝土拱桥而言, 相对于竖向刚度, 横向刚度更小。

因此, 在进行该类型桥梁设计时, 应充分注意横向刚度的控制, 以确保其具有较好的动力性能与稳定性等。

(2) 设置风撑后桥梁动力性能分析

设置风撑后的桥梁动力性能分析表明, 首先出现的振动依然是拱肋的横向振动, 对应的自振频率为0.832Hz;而全桥的一阶竖向振动对应的自振频率则为1.315Hz。

与无风撑时桥梁的动力性能相比, 其对应的拱肋横向一阶自振频率提高了31% (从0.634Hz提高至0.832Hz) ;而对应的全桥竖向一阶自振频率则提高了1.5% (从1.296Hz提高至1.315Hz) , 小于5%, 因此可忽略不计。

由此说明, 横向风撑的设置可有效提高大跨径混凝土拱桥的横向刚度, 大大改善了其动力工作性能, 而对其竖向刚度则无明显贡献。

4 结论

本文通过对依兰牡丹江钢管混凝土拱桥的动力性能分析, 可得到如下结论:

(1) 大跨径钢管混凝土拱桥横向刚度较小, 一阶振动均表现为拱肋的横向振动。

(2) 横向风撑的设置可有效提高大跨径混凝土拱桥的横向刚度, 大大改善了其动力性能。

本文所得结论可为大跨径钢管混凝土拱桥的设计提供一定的参考, 尤其是动力性能方面。

参考文献

[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥发展综述[J].桥梁建设, 1997, 2 (8) :8-13.