三乌江吊拉组合桥荷载检测试验

PAGE34-三、乌江大桥荷载试验三、乌江P.F.C吊拉组合桥荷载检测试验研究【摘要】乌江P.F.C吊拉组合桥是目前已建成的世界第一座吊拉组合桥新型桥梁。该桥于1996年4月动工，1997年10月竣工。为了鉴定和研究吊拉组合桥的结构性能，特委托重庆公路科研所桥梁检测中心对该桥进行了静载、动载检测试验。本文对乌江P.F.C吊拉组合桥荷载检测试验方法、测试内容及数据分析研究进行了介绍以供同行专家、学者参考。【关键词】预应力混凝土连续梁吊拉组合体系科学试验1.概况乌江大桥(参见图1)位于中国西南地区原川黔公路乌江渡公路大桥下游600m处，是贵阳至遵义汽车专用公路跨越乌江的一座汽车专用公路大桥。此桥是世界上第一座实施的吊拉组合索桥，也是国内外首次采用的三钢混凝土建造的特大跨缆索承重桥梁。1）桥跨结构的主要尺寸箱梁跨度：420m；箱梁高度：2.14m；塔架中距：12.6m；桥面净宽：(0.95+12.6+0.95)m；主缆矢度：28.8m；矢跨比：1/10.0；斜拉区跨度：(2×126)m；悬吊区跨度：168m；主跨跨度：288m；2)主要技术资料：设计荷载：汽—超20级，挂—1202.试验方法和内容新理论的预言和新结构的可能性及可靠性的判断都需通过实践的检验来证实。吊拉组合体系无疑是新理论与新结构的综合。通过试验，可以更直观准确的了解吊拉组合桥这种新结构的技术性能及其实际工作状况，可以检验这种新型复杂空间结构物的理论计算结果与结构实测性能是否一致，并检验计算理论的可靠性，总结设计成果和施工技术经验，检定桥跨结构的安全度。因而，进行实桥测试、分析研究实桥试验所获得的资料是很有必要的。2.1试验目的1)确定各类变形值、箱梁应力、缆索杆件应力；2)确定各项动力特性参数(如动应力、加速度、振幅、冲击系数、自振频率等)。2.2试验方法1)试验荷载eq\o\ac(○,a)静载试验：根据汽超—20级设计荷载标准，采用等效荷载的原则，在所测断面内力影响线上，按最不利位置，根据实际加载车辆轴重、轴跨等参数进行布载，最终以达到荷载效率为0.8～1.O的目的。共需车辆单轴总重在30～35t之间的重车8辆，且其后轴重不小于22t；静载试验每工况分为二级，分别为总荷载的50％～70％和100％。eq\o\ac(○,b)动载试验：动载测试时如按80％效率进行加载跨车试验，动用车辆太多，也不易指挥协调，故采用接近实际营运情况的两辆35吨三轴载重车并排跑车。虽试验荷载偏低，但已能说明问题。2)测点布置及测试方法eq\o\ac(○,a)静载试验：共选择5个控制截面(参见图2)，分别为：边跨斜拉桥跨中截面(I)，斜拉桥中跨跨中截面(Ⅱ)，吊拉过渡断面(Ⅲ)，悬吊1/4跨断面(Ⅳ)，悬吊跨中断面(V)。主梁应力测点布置的箱梁内壁上(参见图3)。主梁内力测点均采用长标跨电阻应变计测量。斜拉索索力采用频率法测试。即在索上附着拾振器，以索力测定仪进行观测、计算及记录。各观测断面的挠度观测点位于对应断面桥面两边护栏上，用精密水准仪测读。索塔塔顶水平变位观测采用经纬仪，测读贴于塔顶的标尺读数。eq\o\ac(○,b)动载试验：选择挠度最大的主跨跨中截面。传感器布置如图(参见图4)。整个测试采用两套独立传感器系统；日本共和电业公司产品和丹麦B＆K公司产品。它们各自完成加速度、速度、位移的数据采集工作，再运用高精度的信号分析仪进行后期数据处理工作。整个测试系统现场安装，标定方便，具有较高的测试精度及可靠性。3.试验内容试验准备就绪后，由于当地日照温差小于10℃且风力极小，对测试的影响可以忽略。整个测试过程顺利，历时较短。3.1静载试验测试内容1)主梁各控制断面应力观测；2)斜拉索索力观测；3)索塔塔顶水平位移观测；4)主梁各控制断面挠度观测。静力加载时按照已划好的轮位线准确就位，加卸载时车速不得大于5km/h。共分12种加载工况(见表1)。每级荷载加载之前，观测各项初读数，待加载之后，稳定5min再进行各项观测，测毕卸载。表1静载加载工况硬荷载布置测次加载工况荷载布置截面位置11双列：沿桥轴对对称，4辆车加载载Ⅰ22双列：沿桥轴对对称，8辆车加载载Ⅰ33双列：沿桥轴对对称，4辆车加载载Ⅱ44双列：沿桥轴对对称，6辆车加载载Ⅱ55双列：沿桥轴对对称，4辆车加载载Ⅲ66双列：沿桥轴对对称，6辆车加载载Ⅲ77双列：沿桥轴对对称，4辆车加载载Ⅳ88双列：沿桥轴对对称，8辆车加载载Ⅳ99双列：沿桥轴对对称，4辆车加载载Ⅴ1010双列：沿桥轴对对称．8辆车加载载Ⅴ1111单列偏载：2辆辆车加载Ⅴ1212单列偏载：4辆辆车加载Ⅴ3.2动载试验测试内容：吊拉组合体系桥是一个很复杂的振动系统，除了加劲梁的振动以外，还有主缆、斜缆、吊索、桥塔的振动，且它们之间还相互关联、相互影响，其振动要比其它桥梁复杂得多；且该桥型为新型桥型，有关理论尚不太完善，故动载测试尤为重要。测试步骤：两辆35t重车以5km／h速度匀速通过；两辆35t重车以15km／h速度匀速通过；两辆35t重车以35km／h速度匀速通过；两辆35t重车以35km／h速度匀速行驶，跨中制动。1)冲击系数的测试：主要是针对加劲梁而言。因为主缆等柔性构件对冲击起缓冲作用，故冲击力不大，不预观测。2)自振的频率测试。4.试验结果及分析4.1静载试验结果(表2～表5)；4.2动载试验结果（表6～表8）；4.3结果分析1)静载试验结果分析：eq\o\ac(○,a)本次试验从预加载到实测，都力求准确，试验效果可靠性高。eq\o\ac(○,b)实测箱梁应力变化趋势与对应理论计算应力变化趋势相当一致；根据观测结果，应力校检系数为0.22～0.67。其承载能力有相当的安金储备。eq\o\ac(○,c)主跨跨中实测最大挠度值为23.9cm，小于对应计算值51.9cm。其具有较设计更大的变形刚度。eq\o\ac(○,d)拉索最大索力的实测值为1499kN，是对应计算值1783kN的84％。即使在其他最不利荷载组合作用下，也有一定的安全储备。由于受条件限制，主缆拉力未作测试，但是可以根据加劲梁的挠度远小于计算值的事实来判断主缆的受力具有较计算更良好的实际工作状况。eq\o\ac(○,e)吊拉交接区被认为是吊拉组合体系的薄弱部位。本桥的各项实测数据及理论计算值均表明采用特殊的主梁预压预应力方法处理的交接区部位性能良好，具有很好的传力及受力功能，效果理想。2)动载试验结果分析：eq\o\ac(○,a)当车速为35km/h通过跨中截面时，测得的底板最大动应力为2.30MPa，顶板最大动应力为1.24MPa，约为静载80％荷载工况时所测应力的一半。在此工况中冲击系数也最大，大于设计值；且随着车速的提高冲击系数似有递增趋势。不过由于大桥两端地形限制，车速不可能太高。（注：国内规范规定此类桥梁的冲击系数设计值为1+u=1+50／(70+1)=1.16）这种估值方法已被证明是不太合适的，其值偏小。本桥采用钢纤维混凝土桥面铺装，这可能也是造成冲击系数偏大的一个次要原因。另一主要原因则可能是因为结构的柔性导致箱梁应力较为集中所致。这个问题还需进一步深入研究。eq\o\ac(○,b)位移冲击系数测试时，显示最大振幅是5.1mm，相应最大挠度值是45.1mm，约为L／6300，远远小于规范规定的L／600。各个工况的位移冲击系数均小于1.16的理论值。表明本桥的动载作用下也呈良好受力状态。5.结论本次通车检定试验由交通部重庆公路工程检测中心负责完成。经过对测试结果的全面分析，确定乌江吊拉组合桥完全可交付正常使用。1）通车检定试验表明：乌江吊拉组合体系桥具有良好的实际工作状况，满足营运要求，安全可靠。2）关于风动稳定问题，限于条件未能进行试验。今后应在桥梁各要紧部位布置科学观测和采集数据的仪器设备，由营运部门进行长期的科学控制。乌江大桥已于1997年11月1