文摘
为了解决登车桥耦合振动的问题连续半钢桥,桥的主要类型的大跨度预应力混凝土梁桥,作者提出了桥梁安全测试系统基于动态和静态负载测试。系统结合了应力和挠度的变化和桥的振动振幅的身体,和使用建模助理在大型有限元软件MIDAS /公民,一个三维有限元实际建立桥梁模型,包括部分数据的输入,输入边界条件,负载的输入。结果如下:结构验证系数的控制每个工况下主梁的应变不大于1.0,表明结构的抗弯刚度满足设计要求。此外,每个工况下,卸载后残余应变的比值来衡量总应变小于20%。每个工况下,每个控制截面的挠度校验系数小于1.0,和残余挠度比每个测点最多3.9%的总挠度;每个残余挠度很小。阻尼比都不到5%的经验混凝土阻尼比成员,表明桥梁结构状况良好。作者获得的结果与标准的许用值和理论计算值,研究提供一个基础的类似桥梁的承载力和验证标准化和现有桥梁结构设计的合理性。
1。介绍
随着科学技术的进步和国家经济水平的提高,中国桥梁建设已经进入了一个辉煌的时期(1]。早在2005年,中国高速公路的总里程达到190万公里,高速公路总里程超过35000公里,公路桥梁的总数超过330000 (2]。许多大跨度桥梁也形成但随着跨度的增加,从几百米到3000米;加强梁的height-span比变得越来越小(1/40∼1/40);安全系数也减小,从之前的4∼5 2∼3。现有桥梁的设计和施工的缺陷在中国和损害,老化,或灾害在长期使用过程中逐渐暴露,和许多混凝土结构开裂等问题,减少了服务性能,承载力不足,可怜的抗震性能有严重影响使用寿命和结构安全的现有道路网络结构(3],超重设备运输的出现,由于一些桥梁的设计荷载水平的局限性,特别是在早期建造的,负载水平不能满足超重设备运输的需要。由于缺乏必要的监控和相应的维护,大量桥梁损伤的事故发生在世界各地,对国民经济造成巨大损失,生命,财产(4]。
1997年8月13日,凤凰县剔犀Tuojiang桥湖南省西部崩溃前夕完成后两年的建设。63人逃,22人受伤。无意中证实,47人死亡,和十几人仍然碎砾石,没有生存的希望。1994年10月,一个主要的事故发生在首尔,韩国的中央部分Seongsu大桥横跨汉江了50米,其中15 m掉进了河里,造成32人死亡,以及17起严重事故。据说,桥的突然破裂的原因在高峰时间的长期超负荷运行,疲劳破坏是钢梁螺栓和棒。Tacoma海峡大桥主跨853米,于1940年完成,只是用了三个月,大桥坍塌事故是由19米/秒的风速。1951年,金门大桥主跨1280米部分受损是由于振动风速时15∼1520 m / s。大约500000公路桥梁在美国,超过200000人不同程度的损害。1967年2月,在俄亥俄河银桥突然倒塌,造成46人死亡。
为了确保这些桥梁的质量,成本,与国民经济和人民生活密切相关,特别是一些新的结构桥梁的质量和桥梁使用新材料和新的施工技术,根据“公路养护技术规范”的要求由交通部颁布,这些桥梁必须评估他们的能力(5,6]。然而,由于理论推导和实际结构特征之间的差异,确定承载力仍离不开负载测试。桥梁荷载试验是最直接和有效的方法和手段来评估桥梁的质量。
2。文献综述
预应力混凝土桥梁的发展仍处于起步阶段在第二次世界大战之前,但它是过渡到成熟阶段(7]。二战后,许多西方欧洲国家如德意志联邦共和国和法国被战争破坏,大量的桥梁也都急需修复。当时,没有足够的钢战后,这客观上提供了非常有利的条件,预应力混凝土桥梁的发展(8]。为了避免从国外进口昂贵的钢铁材料,一些第三世界国家在非洲和拉丁美洲也优先考虑预应力混凝土桥梁方案(9]。
一旦预应力混凝土桥跳上桥梁建筑的历史阶段,它展示了强大的竞争力。记录生成创建自1950年代超过100。在1960年代早期,安装方法和推动方法被应用于中间跨预应力混凝土连续梁。对于大跨度预应力混凝土连续梁,各种更完美的悬臂施工方法的应用使得连续梁放弃了昂贵的全层施工方法。相反,一个既经济又有效地采用高度机械化施工方法,以便连续梁方案获得新的竞争力,逐渐占据了主导地位在40米~ 200米的范围10,11]。1953年德意志联邦共和国Kochertal桥是一个多跨连续梁墩高度升高183米,跨度安排81 + 7138 + 81米,桥面宽31米。只有一个框的宽度8.6米,长悬臂是开箱即用的,有一个斜撑支撑悬臂桥甲板每7.66米。无论是城市桥梁、高架道路,一个山谷高架桥,或一座桥横跨一条宽阔的河边,预应力混凝土连续梁发挥其优势,这常常取代其他系统,成为获得解决方案的选择。从1970年代到1980年代,统计了超过200个预应力混凝土梁桥梁主要跨度大于100 m,和连续梁占总数的50% (12]。
预应力混凝土桥梁的结构系统在中国已经包含简单支撑梁、t形截面的刚性框架与铰链或吊梁、连续梁、桁架拱、桁架梁、和斜拉桥系统。在公路和铁路桥梁项目,大多数20米以上的简单支撑梁的预应力混凝土,以及上面的预应力混凝土桥梁中跨度斜拉桥,t形截面的摘要桥梁、连续梁桥梁拱桁架,桁架梁(T-frame)桥梁已经建成13]。使用的施工方法是悬臂浇注和悬臂组装方法,举升方法,移动模板方法,和大型浮吊,勃起,和旋转施工方法(14]。
预应力混凝土桁架桥梁的发展在中国也赶上世界的先进水平15]。最大跨度的预应力混凝土悬臂桁架桥是Huanglingji桥(上部轴承类型)在汉阳,湖北省,建于1979年,主跨90米,和悬臂桁架拱桥是贵州省剑桥,建于1985年,主要跨度为150米。目前,改进悬臂桁架梁桥具有刚性的特点保持电缆(悬臂桁架的上弦杆),以及桁架的特点,建筑高度小,更适合城市桥梁工程。完成测试桥是浙江港口大桥主跨70米。福建Gongtang桥的主要跨度为120米(16,17]。目前,研究大跨度预应力混凝土斜拉桥正在进行中,预计接近或赶上世界先进水平;然而,我们必须努力奋斗在设计理论、施工技术和施工机械、高强度材料,和大规模的大跨度预应力混凝土桥梁的锚固和张紧系统18]。
预应力混凝土连续桥梁的建设在中国得到了广泛的发展在过去的20年中,桥梁的跨越能力不断提高,并增加了连续梁桥的结构体系。建筑材料、锚、支持和伸缩接头使用都有新的发展。施工技术和设备的不断改进和更新19]。出于这个原因,连续梁桥梁已经成为一个主要类型的预应力混凝土桥梁。连续梁桥梁主要分为以下结构系统:连续梁桥,连续刚构桥,刚性frame-continuous组合梁桥,等。等截面连续梁桥梁大多用于medium-span桥梁,可以由预制安装、顶方法,hole-by-hole建设。变截面连续梁桥梁大多用于大跨度预应力混凝土连续梁桥梁(20.]。
研究混凝土桥梁结构的疾病诊断和预防是桥梁研究的主要方向之一。桥的分析疾病,研究,实验和实践的桥梁检测、识别方法和桥的治疗疾病吸引了全世界的关注,以及国际专业机构建立了学习,和一个国际专业机构建立了进行研究。
用于测试的桥梁,世界上许多国家目前正在进行的研究和实验。在1980年代中后期,美国很多大型桥梁上安装相应的检测设备收集物理参数如位移、应变、加速度的结构和组件,以及环境因素对结构的影响。在1990年代,Lantan罚款穿越大桥和在香港的青马大桥,虎门大桥在广州,在上海徐浦大桥,江阴长江大桥、南京第二长江大桥施工中都安装了监控设备,使结构在操作的实时监控。其中,虎门大桥的监控系统是由应变仪、加速度传感器、温度传感器、位移传感器(电容式加速度传感器)和GPS系统,根据施工监测和测试系统的桥梁,桥的短期操作监控开放交通后,可进行,这些工作将起到至关重要的作用在确保桥梁的安全运行,延长其使用寿命,桥和早期发现疾病,为了拯救桥的维护成本,提高综合利用效率的桥。
综上所述,针对局部应力的影响,如横隔膜和倒角high-pier pier-beam结的和大跨度连续摘要桥梁,压力相对复杂,当地应力分析进行中跨支点附近的部分和墩底截面来确定敏感元件的复杂部分。通过负载测试,承载力评价技术研究高墩大跨度预应力混凝土连续刚构桥进行了研究,计算结果的敏感元件压力是验证,具有重要的现实意义。
3所示。研究方法
3.1。等效负载测试
high-pier和大跨度连续摘要桥梁的设计荷载通常是一个超类的车辆20日和一个汽车的负载20的超类是由一批重型卡车与轴加载30吨55吨安排在特定的间隔。场负载测试期间,由于各种条件,往往很难准确地使用标准的负载模拟加载的桥梁、装运车辆使用通常是根据现场情况决定的,和实际轴负荷和总重量通常不同于标准的负载。
测试负载效应的计算是一个确定的过程加载的位置,加载水平和规模的结构测试载荷的作用下的计算结果的基础上设计内力或压力,也是一个重复试验计算的过程。原则上,因为桥静载试验是一种识别负载测试,测试负载应该一样的设计标准负载尽可能多;然而,由于客观条件的限制,实际的测试负载通常是很难符合设计标准的负载。的前提下不影响主要测试目的,加载方法相当于内力,压力,或变形通常是使用;,最不利的内力或设计标准荷载产生的应力计算控制部分,而且它是用作控制值;然后,测试负载调整,部分的内力或压力可以达到这一步一步控制价值。为了保证测试效果,根据要求的测试方法对大跨度混凝土桥梁,“当选择测试负载大小和加载位置、静载荷试验效率η应该用于监管,
的公式,是变形和内力的计算值和压力作用下检测部分的测试负载。
设计标准负载作用下的变形和内力的计算值和压力的检测部分。
μ是影响系数的设计。
的价值η应该在0.8和1.05之间。当桥调查和验证工作相对完整,的下限值η可以采用。当桥调查和验证工作不足,特别是在设计和计算数据缺乏,高的极限值η可以采用。的恒定的表桥的静载荷试验效率如表所示1。
3.2。静载荷试验
测试准备阶段的前提和保证桥负载测试顺利进行。在这个阶段的工作包括桥梁技术资料的收集,如桥梁设计文件,施工记录,监督记录、原始测试数据,和桥梁维修记录;桥的当前状态,例如甲板的表观检验系统,承载结构成员,支持,和基础;和理论检查和计算设计荷载作用下内力和测试提出了负载,如装运计划的制定,测试计划的制定,仪器仪表的选择。它还包括现场安装工作支架等准备工作,设置测量仪支架,测点叠加和表面处理,测试组件布局和测量仪器的安装和调试。
加载和观察阶段是整个测试工作的核心部分。在这个阶段的工作是基于准备到位,并根据预先确定的测试计划和测试程序,使用合适的装载设备负载,使用各种测试仪器,各种性能指标的测试结构强调后观察,如挠度、应变、裂缝宽度、和加速度,手动或自动记录仪器记录记录各种观测数据和信息的方式。具体布局如图1。
3.3。动态负载测试
桥梁结构动态性能的一些参数,如固有频率、阻尼比、形状模式,动态的影响系数,和动态响应,宏观上是重要的指标评估桥梁结构的整体刚度和操作性能。也是的主要标准规范对桥梁的安全操作性能进行评估。目前,虽然没有统一的动态响应和动态特性评价量表在国内外桥梁结构规范,人们普遍认为,桥梁结构的动态特性反映了结构的整体刚度,桥面的平整度,消除外部振动能量输入的能力。同时,过度的动态响应影响安全驾驶的车辆和对司机和乘客造成不适,应该避免。的字段布局动态负载测试如图2。
以下因素可以评估桥梁结构的动态性能:(1)理论上计算和桥梁结构的频率的测量值进行比较,如果测量值大于理论计算值,这意味着实际桥梁结构的刚度相对较大;否则,它意味着桥梁结构的刚度相对较小,而且可能有裂缝或其他异常现象。一般来说,一些假设往往执行时的理论计算,忽略一些次要因素;因此,理论上计算值大于测量值。(2)的驾驶性能评估桥梁结构的测量值系数的动态影响。如果系数测量的影响很大,这意味着推动桥梁结构的性能差,和桥面的平整度差,反之亦然。(3)评估桥梁结构的驾驶舒适性根据测量加速度的大小和国内外研究资料,一般来说,最大的垂直加速度桥梁结构上的车辆开车时不应超过g (g是重力加速度);否则,它将导致不舒服司机和乘客。(4)测量阻尼比的大小反映了桥梁结构的能力,消除外部能量输入,如果阻尼比大,这意味着桥梁结构有很强的能力消除外部能量输入,和振动迅速变弱。如果阻尼系数很小,这意味着穷人桥梁结构能够驱散外部能量输入,和振动衰减缓慢。然而,如果阻尼比太大,桥梁结构可能会破裂或轴承的工作状态是不正常的。
3.4。有限元建模
连续刚架系统是一个复杂的空间力系,显然,这是非常困难的分析方法来分析和解决这个问题。近年来,随着电子计算机在工程中的应用,提供了有利条件,数值方法来解决复杂的空间结构。有限元法是一种数值计算方法,发展迅速随着计算机的出现,近年来已广泛应用于工程分析。
对于桥梁结构,最重要的是结构的纵向受力分析。考虑到桥梁的span-to-width比率通常比较大,这是一个实际可行的方法来近似纵向分析模型作为系统。常用的桥软件是基于有限元通用程序的飞机杆系统,和特殊的软件开发根据结构的特点,桥梁工程的施工和设计。
有限元分析软件的功能是细胞生命和死亡。这个选项用于桥梁结构分析来模拟施工过程的桥梁。单位代相当于架设桥梁的功能组件,和单位死亡相当于拆除桥的功能组件。此外,ANSYS还有编程的功能,通过各种桥梁方案的设计和分析可以模拟成一个简单的和节省劳力的过程。与传统的建模方法相比,使用程序建模可以得到快速、准确、方便的计算方法和计算结果。
4所示。分析的结果
4.1。静载荷试验
作者的主要跨结构桥梁的测试是一个大跨度预应力混凝土半刚性的框架和一个连续箱形梁。在选择测试项目,连续梁桥的特点应该充分考虑。主要测试项目的边跨连续箱梁桥,中间最大的正弯矩,积极弯曲距离的1/4跨中截面,和最大负弯矩的支点。
有5个测试条件的左右桥静载试验,以及每个条件的详细介绍如下:(1)工况1:8加载车辆排成4行2列,横桥是对称加载,纵向排列在最不利荷载位置的正弯矩的跨度。(2)工况2:8加载车辆排成4行2列,负载是对称分布的过桥,纵向排列在最不利荷载位置的负弯矩的顶部部分码头西侧。(3)工况3:8加载车辆排成4行2列,横桥是对称加载,纵向排列在最不利荷载位置的正弯矩中跨1/4部分。(4)工况4:8加载车辆排成4行2列,横桥是对称加载,纵向排列在最不利荷载位置的中跨正弯矩。(5)工况5:8加载车辆排成4行2列,横桥是偏心载荷和纵向排列在最不利荷载位置中间的负弯矩。
桥的静载荷条件和效率系数后计算如表所示2。
进行了静载荷试验获得的数据,和每个工况下的残余应变测试结果计算如表所示3。
从表3可以看出,结构的验证系数控制每个工况下主梁的应变不大于1.0,表明结构的抗弯刚度满足设计要求。此外,每个工况下,卸载后残余应变的比值来衡量总应变小于20%,满足需求”的测试方法对大跨度混凝土桥梁。“这表明结构的应力状态是在线性弹性工作范围。参与每个工况下变形量的静载荷试验在图所示3。
图3显示了每个工况下,每个控制截面的挠度校验系数小于1.0,最大残余挠度比总每个测点的挠度是3.9%,而且每个残余挠度很小,表明桥的垂直刚度满足设计要求。
4.2。动态负载测试
4.2.1。准备跑车试验
30 t汽车被用来通过桥跨结构以恒定的速度来回20公里/小时的速度,30公里/小时,40公里/小时,50公里/小时,分别以确定桥梁结构在动态负载下的强迫振动响应。跑车实验结果如图所示4。
光谱跑车测试数据进行了计算和分析,可以看到,每个测点的频率成分在跑车测试主要集中在3.15赫兹。
4.2.2。跳测试
通过建立有限元模型,桥的阻尼比在动态负载测试分析,在测试期间,在桥跨结构,10厘米高的三角形衬垫被设置在桥上甲板中间的跨度,这30 t汽车可以跨越障碍在3公里/小时,5公里/小时,和7公里/小时,确定桥梁结构在动态负载下的强迫振动响应。跳测试的结果在图所示5。
从上面的分析测试数据,可以看出,阻尼比随车速的增加,和计算阻尼比小于5%的经验混凝土阻尼比成员,表明桥梁结构状况良好。
5。结论
作者系统地介绍了静态和动态负载测试的主要内容,总结了相关理论,介绍了现场试验和详细测试数据的处理分析,并介绍了相关理论的评价测试结果。桥梁结构的力学性能比较和系统测试,测试数据,能反映结构的整体力学性能得到;动态负载测试频率的两个测试项的跑车,跳车和分析相比,和跳车的阻尼比进行了分析。
得出如下结论:(1)在静载荷试验,试验桥跨的残余应力小于指定卸货后在“大跨度混凝土桥梁的试验方法。“这表明测试的上层建筑跨度处于弹性工作状态。(2)在动态负载测试中,对称负载和偏心载荷条件下,挠度值的试验桥的桥面两边有一个良好的线性关系和偏心荷载与荷载水平相关,和跨中截面的最大挠度试验负荷远小于计算值(1/600)根据刚度理论,表明试验桥跨的刚度满足要求。每个测量点卸货后的残余挠度值很小,没有裂缝被认为在实验,表明桥梁上部结构在弹性工作范围内。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。