城市钢管混凝土系杆拱桥的荷载试验

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1、学兔兔www.xuetutu.com2010年第1期广东公路交通GuangDongGongLuJiaoTong总第110期文章编号：1671—7619(2010)01—0037—07城市钢管混凝土系杆拱桥的荷载试验黄新卫(佛山市南海交通建设集团有限公司，广东佛山528000)摘要：以一座钢管混凝土系杆拱桥的荷载试验为依托，在对该桥进行理论分析的基础上，探讨了该桥与常规拱桥的区别，研究了该桥静动载试验的测试断面、测点布设、吊杆力的测试，并将试验结果和理论计算值进行对比分析。结果表明该桥承载能力满足要求，整体工作性能良好，其研

2、究方法和成果可供相关技术人员参考。关键词：桥梁；系杆拱；荷载试验；吊杆力；承载能力中图分类号：U446．1文献标识码：BO概述撑，纵梁为210m×195m的箱型截面，C50混凝土，系杆拱桥是由拱、系杆、吊杆和桥面系梁板等吊杆为7×61mm平行钢丝。桥梁全宽37．95m，分协同工作的组合结构体系，以系杆(梁)承受拱脚左右两幅布置。采用钻孔灌注桩基础。设计荷载的水平推力为主要特征，是一种具有良好发展前等级为城市一A级，验算荷载为挂一120。地震设景的大跨度桥梁形式。系杆拱桥型与其他的桥型防烈度为Ⅷ度。其总体布置如图1所示。比较

3、，具有跨越能力大，建筑高度小，美观经济等优点，在高速铁路中都得到了应用。特别是当高架线路跨越城市干道、高速公路、河流等需要桥梁跨度较大，梁部结构建筑高度要求较小时，采用该桥型具有独特的优势。目前，中国已经建有不少该类桥梁，一些学者也开始对该类桥梁进行专门的理论研究。文献[1]以一座高速铁路大跨度图1桥梁总体布置(单位：em)钢系杆拱桥为工程背景，对结构体系内力和变形2理论计算分析同系杆与拱肋的刚度比之间的规律进行了研究和2．1静力分析比较分析，探讨了相对较优的系杆与拱肋的刚度采用空间杆系建立了有限元分析模型，在计比取值范围

4、文献[2]_[3]专门针对系杆拱的动算时，作了以下基本假定：力性质展开过分析。文献[4]对系杆拱桥的细部(1)主拱肋的活载横向分配按杠杆原理法计尺寸进行了研究。文献[5]-[6]以具体桥梁为例算。进行了静动载试验工作。本文以一座城市钢管混(2)纵梁的活载横向分配按刚接板梁法计算。凝土系杆拱桥为工依托，对该桥梁进行了荷载试(3)桥面板简支于纵、横梁上。验的竣工验收，其研究方法和相关结果不仅可以(4)钢管混凝土材料性质取值按照下式确丰富该类桥梁的数据库资料，而且还可供同类桥定：梁的设计和试验参考。EA=EsAs+EcAcl桥梁

5、概况E1=EsIs十Ecfc某城市郊区50m的下承式钢管混凝土系杆拱其中，c、，c为钢管内混凝土截面的面积和惯桥，其计算跨径为46．4m，矢高11．6m，矢跨比1／性矩，As、厶为钢管截面的面积和惯性矩，、为4，拱轴线采用二次抛物线。拱肋为直径900mmX混凝土和钢的弹性模量。16mm圆形钢管(Q345)，内填c50微膨胀混凝土，全桥空间模型共划分单元359个，节点132拱肋间设3道一字钢管(直径600mm×12mm)横个。空间结构离散模型如图2所示。·37·学兔兔www.xuetutu.com2010年第1期广东公路交通

6、总第110期要参数，包括自振频率、振型及阻尼比等，反映了桥梁的刚度指标。多自由度无阻尼自由振动方程为：[]{X(t)}+[K]{X(t)}=0(1)式中的[]为结构的质量矩阵；[K]为结构的刚度矩阵；{(t)}和{X(t)}分别为加速度和位移向量。设{X(t)}_{}sin(+0)，代入式(1)，整理得特征方程：I[K]一∞。[]I=0(2)图2理论模型示意将各个单元的单元刚度矩阵和质量矩阵对号2．2动力分析入座分别组成总体刚度矩阵[K]和总体质量矩阵2．2．1自振特性分析[]并代人式(2)，采用子空间迭代法求解，其前桥梁

7、结构的自振特性是其动力性能分析的重四阶理论频率及振型如图3所示。(b)二阶振型(=3．744Hz)(c)三阶振型(=3·834Hz)(d)四阶振型：4．814Hz)图3理论振型图本桥拱梁的刚度比为1／20，属于刚性系杆刚式中：Js～在动力荷载作用下该测点最大动性拱，由图可见，该拱桥的一阶振型为竖向对称振挠度(应变)值；型，区别于传统拱桥的一阶反对称振型。Js一相应的静载作用下该测点最大挠度(应2．2．2冲击系数分析变)。实测活载冲击系数根据测点动挠度(应变)S。=1／2(s+S)(4)时间历程曲线按下式进行分析：Stain

8、为与相应的最小挠度(应变)值。(3)2·3吊杆力测试分析—j目前，有多种测量索力(吊杆力)的方法，这里·38-学兔兔www.xuetutu.com2010年第l期黄新卫城市钢管混凝土系杆拱桥的荷载试验总第110期采用两端铰接拉索的索力计算公式进行吊杆力的式中：5一试验荷载作用下检测部位变位或理论值计算l