斜拉桥桥塔钢—混凝土结合段模型试验研究

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1、第32卷，第5期中国铁道科学Vo1．32No．52011年9月CHINARAIIWAYSCIENCESeptember，2011文章编号：1001—4632(2011)05—0026—06斜拉桥桥塔钢一混凝土结合段模型试验研究司秀勇，肖林，赵建波(1．燕山大学建筑工程与力学学院，河北秦皇岛066004；2．西南交通大学土木I程学院，四川成都610031)摘要l根据几何、物理以及边界条件相似原则，设计绵阳城南新区l号桥桥塔钢混凝土结合段的缩尺试验模型。对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载，测试试验模型控制断面和主要构件的应力、变形随加载历程的变化。试验结果表明：结合段

2、钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低，钢箱与混凝土之间相对滑移量较小，钢箱与混凝土之间共同受T作性能良好，钢结构的荷载被比较顺畅地传递到混凝土结构卜，这说明该桥结合段的设计合理，满足安全性要求，且具有较高的安全储备。关键词：斜拉桥；桥塔；钢一混凝土结合段；PBL键；模型试验中图分类号：U448．27：U443．38；TU398文献标识码：A斜拉桥桥塔按材料可分为钢筋混凝土桥塔、钢桥塔和钢一混凝土混合桥塔等l】书】。与混凝土桥塔及钢桥塔相比钢一混凝土混合桥塔具有以下优点：①减轻桥塔上部重量；②桥塔上部施工更加容易；③钢锚箱在工厂预制，容易保证精度；④简化斜拉索锚固结构，使桥

3、塔受力明确；⑤检查养护方便；⑥通过涂装可美化桥塔外观；⑦斜拉索钢套管定位更容易，无需定位骨架。。为保证桥塔整体性以及钢与混凝土结合的可靠性，有时需要在结合段布置少量预应力筋，加大了桥塔结合段的施工难度。绵阳城南新区l号桥为双塔单索面斜拉桥，跨径组合为100m+200m+100m。车行桥主梁采用大悬臂预应力混凝土箱梁，人行桥主梁采用钢箱梁。倒Y型桥塔塔高97m。桥塔上部为24m的钢塔段和13．5m的装饰段，下部混凝土塔柱高54m，钢塔柱与混凝土塔柱之间设置5．5m高的结合图1桥塔结构图段，如图l所示。桥塔结合段上除了设置主桥斜拉索外，在垂直于桥轴线的方向还设置了人行桥拉1试验模型设计索，

4、因此，结合段同时承受轴力、顺桥向弯矩、横桥向弯矩和剪力的作用。在荷载作用下钢混结合段绵阳城南新区1号桥桥塔钢混结合段高5．5处将产生轴向压应力、轴向拉应力和剪应力，由于m，厚4．43m，最大宽度5．65m，承载能力极限结合段处于桥塔锚固区，索塔锚固结构及锚下结构状态下设计轴力135499kN、弯矩38687kN·m。直接承受巨大索力，其局部应力不容忽视。为验证钢混结合段上部4．5m高度范围内采用有格室的该结合段的安全性，进行钢一混结合段的大比例模前后承压板构造，下部采用“井”字型钢板插入混型试验研究。收稿日期；201O一12—20；修订日期：2O11O7一O3金项目：国家自然科学基金资

5、助项目(50808150)作者简介：司秀勇(1978)，男，吉林洮南人，讲师，博士研究生。第5期斜拉桥桥塔钢一混凝土结合段模型试验研究27凝土段，形成1rn高的过渡段，如图2和图3所混凝土的界面粘结力只作强度的安全余量看待。示。在每个钢格室的肋板上开孔，中间穿钢筋构造由于加载条件的限制，不可能进行整个结合段PBL剪力键，PBL剪力键的开孔直径60mm，贯的足尺试验。若缩尺模型的比例取的太小，则模型穿钢筋直径25mm。在结合段中，上部钢塔的内的制造难度增加且混凝土浇注质量不易保证，综合力通过PBI剪力键、承压板及钢与混凝土的界面考虑以上因素后，确定按1：3进行整个结合段的粘结力传递给下塔

6、柱。由于钢与混凝土界面粘结力缩尺模型试验。模型设计以应力等效为原则。有较大的不确定因素而难以掌握，因此通常认为内由于缩尺后的加劲肋板厚不是标准板厚，采用力的传递主要由承压板和PBI剪力键完成，钢与接近的标准板厚替代，这样对主体结构的应力状态rlJ影响不大。取桥塔钢混结合段及其上部1rn高钢箱IiI箱段、下部3．1rn高混凝土节段作为研究对象。段一卜承压板试验模型总高为3．2m，钢箱段高0．333rn，结合段高1．833m，混凝土段高1．033m。试验模型构1}’!卜r攀、乡下承压板造如图4中阴影区域所示。加载千斤顶斜拉索．J一．．JrI-．_lj0r鞫：预应力钢绞，毽麓l斜拉索图2结合

7、段构造图(单位：mm)80一桥寸塔由’4心g线图4试验模型加载示意图寸80模型用钢筋和混凝土采用与原结构相同的材料，弹性模量、泊松比的相似常数为l。混凝土标号为C50，弹性模量为35GPa；桥塔试验段钢筋(a)结合段上部格室构造采用HRB335级钢筋。钢箱结构采用Q345qE级钢I桥专由线井”字型钢板板制造，弹性模量为210GPa。按照相似理论可推导出材料的容重相似常数为3，即模型材料的容重应为原型材料的3倍。根据容重的相似常数，在试验中应进行