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1、第30卷第10期重庆大学学报(自然科学版)Vol.30No.102007年10月JournalofChongqingUniversity(NɑturɑlScienceEdition)Oct.2007文章编号:10002582X(2007)1020069204菜园坝长江大桥系杆监测及评估方案1121,33刘纲,黄宗明,林超伟,杨溥,陈伟民(1.重庆大学土木工程学院,重庆400030;2.华森建筑与工程设计顾问有限公司广州分公司,广东广州510045;3.重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400030)摘要:通过损伤敏感性分析确定菜园坝长江大桥
2、系杆的监测及评估方案。以数值模拟损伤来考察全桥多处系杆受力特性的变化,分析其测点布置并结合目前传感器水平及该桥的施工条件,讨论系杆的监测方案;利用数值仿真研究不同部位系杆损伤时,全桥位移监测点的变化趋势,将对系杆损伤较为敏感的位移监测量组合成评估系杆损伤的识别模式,提出采用模式而不仅是索力来实现系杆的安全状态评估,从而有效提高系杆评估的可靠性。关键词:健康监测;系杆拱桥;布点方案;评估方案;损伤模拟中图分类号:U448.12文献标志码:A1工程概况及分析模型1.1工程概况重庆菜园坝长江大桥是Y型刚构、提篮式钢箱系杆拱及钢桁梁的组合结构。全桥在桥面设置
3、六车道及双侧人行道,在桁梁下横梁处设置双线轻轨,构成双层特大公轨两用桥。全桥跨径为88m+102m+图1菜园坝长江大桥主体结构示意图420m+102m+88m,总长800m,其主跨跨度,居世材料特性及初应力,同时对大桥边界条件作适当简化界系杆拱桥之首。全桥主体结构由一对预应力[126]Y型建立全桥三维有限元模型。刚构边跨和钢箱提篮拱中跨组成,3个独立的子结构系杆和吊杆索采用三维杆单元模拟,同时仅考虑通过6处中、边跨系杆连接而成,这在实际应用中尚属轴向的拉伸刚度,忽略轴向的压缩刚度,并通过施加初[1]首次。其主体结构如图1所示。由于该桥系杆众多应变来考
4、虑系杆的初应力。Y构、钢箱拱及钢桁梁采且系杆在该桥的结构安全中起至关重要的作用,所以,用三维梁单元模拟。根据设计图纸的构造,模型中各系杆的安全监测是该桥健康监测的重中之重。桥墩墩底采用固接,桥面的纵飘体系通过释放桥墩与1.2有限元模型的建立钢桁梁连接处纵桥向位移及横桥向转角来模拟。带U基于桥梁健康监测与状态评估目的,一方面建立肋的正交异性桥面板采用壳元模拟,且按截面刚度等的有限元模型既要比较“精细”,即能通过数值模拟反效原则考虑U肋对桥面刚度的贡献。映大桥各部分的特性,另一方面又要能满足“在线”评2系杆监测方案估的需要,即须对构件及边界条件做适当简化
5、以满足计算时间的要求。笔者根据施工设计图的几何特性、系杆可能的损伤主要包括锈蚀、断丝和锚头失效收稿日期:2007205212基金项目:国家863计划资助项目(2006AA04Z433);重庆市科技攻关重大专项基金资助项目(7289)作者简介:刘纲(19772),男,重庆大学讲师,博士研究生,主要从事桥梁健康监测研究。黄宗明(联系人),男,教授,博士生导师,(E2mail)zmhuang@cqu.edu.cn。70重庆大学学报(自然科学版)第30卷等情况。从系杆受力的角度看,这几种破坏都可等效截面损失分别及同时损失共3种情况。为系杆有效截面的减小。因此
6、,可以通过数值模拟其2.1系杆测点布置分析截面不同程度的损伤来了解系杆的受力特征。由于全在进行系杆测点布置分析时,各工况下系杆受力桥的系杆布置具有对称性,所以笔者仅选取北岸上游的大小虽不同,但其变化规律完全一致,故笔者仅给出边系杆及上游中系杆进行分析,计算时考虑边、中系杆大桥在永久荷载作用下的计算结果,如表1所示。表1系杆截面不同比例损失时索力变化对比表无损状态索力变化比例/%部位下的索力中系杆截面损失边系杆截面损失中、边系杆同时截面损失/kN10%50%10%50%10%50%北岸边系杆48335-1-4-10-45-11-47上中系杆19452-
7、10-47-2-9-12-51游南岸边系杆47826-1-40-2-1-5北岸边系杆483350-11302下中系杆19452020-200游南岸边系杆478260-10-10-2说明:索力变化比例为截面损失下的索力值减去无损失下的索力值后再除以无损失时的索力值。从表1中可以看出:1)当系杆截面发生损失时,磁通量传感器在国内应用较少,其有效性需进一步验系杆索力的损失比例与其截面的损失比例相当,比如证,故该桥未采用磁通量法进行索力测量;压力环法的当上游边系杆的有效截面减小10%时,其索力减小了优点是测量精度高,缺点是成本昂贵。由于该桥无法17%;截面损
8、失50%时,其索力减小了45%,表明系杆采用其它的方法测量系杆索力,故选择穿套式索力传的损伤将引起索力的明显
