曲线宽幅部分斜拉桥模型试验索力等效研究.pdf

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1、桥梁工程晶BddgeEngineering李尧(长安大学公路学院桥梁与隧道工程研究所，陕西西安710064)摘要：模型试验能经济、有效地研究复杂体系的桥梁结构。由于模型桥所用材料与实桥材料的差异，使得模型桥在斜拉索初始张拉荷载设计时有不同的设计目标。以部分斜拉桥模型试验为例，比较了2种斜拉索初始张拉荷载的设计目标(模型桥与实桥斜拉索应力相等和主梁应力相等)，对比了这2种方法对主梁挠度和内力的影响，得出在模型设计时，应放弃斜拉索应力相等，宜采用以主梁应力相等为设计目标的方案的结论。关键词：桥梁；模型试验；斜拉索初始张拉荷载中图分类号：U448．27文献标志码：B文章编号：1009—776

2、7(2016)02一0053-03OnCableForceEquivalentModelTestatWideCurvePartofCable-stayedBridgeLiYao模型试验依据模型相似理论，按照适当的相似比设计制作桥梁结构相似模型。可以模拟实桥施工关键工况以及特定荷载状况下结构的应力、变位等力学参数。其优点是经济性、针对性较强，数据准确【卜引。模型设计时，常用的相似等效原则(设计目标)有2个：1)模型桥与实桥应力相等；2)模型桥与实桥应变相等14。7】。以前者为例。由于模型桥与实桥所用材料性质不同，设计时不同构件不能同时满足应力相等的设计目标，导致在具体方案中，某些构件的应

3、力相等，但其他构件的应力不相等。采用不当的设计目标。会造成模型桥成桥状态下主梁线形差，短索(杆)不受力等后果。1工程背景某斜拉桥，全桥长930m，主桥为(108+208+108)m曲线宽幅部分斜拉桥，平面位于R=I800m曲线上：主梁采用C60三向预应力混凝土箱梁结构。半幅桥宽20．5m，属国内已建、在建同等曲线半径下跨径最大的三柱塔、塔上无横梁、墩塔梁固结体系的宽幅曲线部分斜拉桥。主桥为墩、塔、梁固结体系，边墩处设置支座，左幅桥梁立面见图l。骣么j垂；童2塞羹汰一舞殇寒氐一?t。豸弓箩多弓拜≮苌蕙慕三季毫。一=一一；多复豸亏彩乡7鼍蕙慕心。．k。掣c≠；乏乏≠乡r／r／r／／l＼弋≮

4、蕊S寒寒冬多乏孑乡乡多∥I＼≮蕊≤葚忒I唁j一一t__～j～=一警蕈多童二再jflj：套丢豸雾i》．蓄鬻‘_——j±J一一一一-蔷1I糙。掣。。里№一=五一一一、＼lD蚓HJ：4。"一、一＼：＼‘D2016#$2_(3一)第34巷．事荭投木53昌桥梁工程BddgeEngineering2模型桥概况模型桥采用应力等效原则设计制作．缩尺比为1：40．全桥长10．61TI，高1．95m。桥塔及桥墩选用Q235钢板，主梁为铝合金材料，模拟实桥悬臂施工方法，通过悬臂焊接方式将33个节段连成一体：斜拉索选用65Mn钢丝。加载装置采用杠杆原理，集中加载。模型桥主要设计参数见表1，最大悬臂状态见图2。

5、表1模型桥主要设计参数3斜拉索初始张拉荷载相似等效斜拉索的相似等效是模型设计时的重要环节。斜拉索的初始张拉荷载是斜拉索和主梁同时受到的集中荷载，会同时影响斜拉索的应力与主梁的应力。集中荷载的相似等效关系【8-91见式(1)：Fm=R·(E。／E。)(1／c。e12)。(1)式中：R为模型桥受到的集中荷载力；R为实桥受到的集中荷载力；E。为模型桥材料的弹性模量；既为实桥材料的弹性模量；C。为重力加速度缩尺比，Cg=l；cl为几何缩尺比'cJ=40。由式(1)可知，荷载相似等效需要考虑实桥和模型桥所用材料不同带来的差异。实桥和模型桥采用材料的特性参数见表2。实桥中斜拉索采用钢绞线材料，弹性

6、模量为匠，主梁材料为混凝土．弹性模量为丘。模型试验中，斜拉索采用65Mn钢丝，弹性模量为E’，近似有Es’=E。；主梁采用铝合金材料，弹性模量为E。，近似有Ea=2·Eo。54．事荭投木2016No．2(Mar．)V01．34表2实桥和模型桥材料的特性参数材料弹性模量朋Pa实桥斜拉索模型桥斜拉索实桥C60混凝土模型桥铝合金I．95x1052．06x1053．60x1047．00×104由于模型桥材料的弹性模量与实桥的存在差异，使斜拉索的应力和主梁的应力不能同时满足应力相等的原则。因此，就有2种互斥的设计目标：1)实桥和模型桥斜拉索应力相等；2)实桥和模型桥主梁应力相等。根据2个不同的设

7、计目标，可以得出2个不同的相似等效方案。方案l：按照斜拉索应力相等的目标进行相似等效，R=E‘(EJE's)(1／CsCl2)2矗万E。即：模型桥中斜拉索初始张拉力为实桥的丁南矿。方案2：按照主梁应力相等的目标进行相似等效，R=R‘(EJE．)(I／CsCl2)2争。矗万R。即：模型桥中斜拉索初始张拉力为实桥的丁嘉矿。利用MIDAS软件做数值模拟，仿真分析2个方案对结构基本体系的影响。成桥状态下，中跨跨中挠度和弯矩分别见表3、4。实桥挠度与模型