钱江四桥主跨拱脚节点模型试验分析

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1、44桥梁结构城市道桥与防洪2010年3月第3期钱江四桥主跨拱脚节点模型试验分析陈阶亮，姚卫z，顾香萍，章关永(1．杭州市城市基础设施建设发展中心，浙江杭州310012；2．杭州市七格污水厂工程建设指挥部，浙江杭州310005；3．同济大学，上海市200092)摘要：钱江四桥是一座大跨径钢管混凝土拱桥，为了了解其关键受力部位拱脚节点在正常荷载和极限荷载下的受力情况，该文采用了1：5缩尺试验与理论计算相比对的方法，以确保其受力的安全性。关键词：拱脚；模型试验；分析；钱江四桥中图分类号：U446文献标识码：B文章

2、编号：1009—7716(2010)03—0O44—04大试验荷载(至少二倍正常使用荷载)，实测拱脚0前言节点的内部及表面应力，以了解节点的极限承载钱江四桥作为一座大跨径钢管混凝土拱桥，能力。其拱脚固结点在正常使用荷载作用下的受力状态2．2试验荷载及其施加方式以及其承受外荷载的极限能力等是工程上十分关原型拱脚的受力比较复杂，首先有自重荷载；心的问题。为正确、有效地了解大桥拱脚的实际能系梁预应力、竖向预应力和端横梁预应力等三部力，考虑实际试验的可行性，决定采用1／5缩尺的分预应力；试验外加荷载包括拱肋推力和弯

3、矩，系相似模型对其工作性能加以研究。梁拉力及支座反力。(1)按照静力相似模型的特点以及本拱脚结点1试验概述试验的特点(相对试验拟外加的荷载而言，模型自重拱脚模型结构如图1所示。结点试件的材料荷载比较小)，基本可以不考虑模型自重恒载的影响。基本与原型一致，满足相似条件的要求。设计主要(2)预应力考虑的相似常数如下：几何比例尺CL=I／5；应变常拱脚节点能够模拟的原型拱脚预应力只有系数l；弹性模量常数1；应力常数Co=Ce=l；梁预应力和竖向预应力两组试验预应力，拱脚结集中力荷载常数Ce=CL2·CE=1／25

4、。点不考虑端横梁部分的影响。a．系梁预应力实际是对拱脚节点施加(对顶的)压力，它可以被先期施加，其值等于系梁水平预应力的张拉力。原型系梁水平预应力的总张拉力为71370kN，分16束3715．24钢绞线沿系梁断面边、角布置。模型将实桥16束钢绞线简化成4束615．24钢绞线，分别布置在系梁4个角上，按1／25力比例尺，每束钢绞线张拉714kN力，总共张拉2855kN力。预应力束的布置参见图2。采用逐根张拉的方法施加上述预应力。张拉前，先用力传感器标定油压表以保证张拉吨位的精度。图1拱脚模型结构图(单位：mm

5、)2加载试验内容与方法—岛—二!NIl、＼ll2．1试验内容．／，P—试验首先在相当设计正常使用荷载作用下，啡I一实测拱脚节点内部及表面应力，以了解拱脚节点的受力性能，并验证计算理论和方法；其次通过加收稿日期：2009—11-17作者简介：陈阶亮(1969一)，男，浙江湖州人，教授级高级工程师，从事工程建设管理工作。图2拱脚模型预应力配筋图(单位：mm)2010年3月第3期城市道桥与防洪桥梁结构45b．竖向预应力一个被动受拉的反力装置。由于这个反力值很大原型拱脚的竖向预应力是用36根(I)32螺纹(超过50

6、00kN)，那会使加载反力架的加工增加粗钢筋施加的，每根钢筋张拉543kN力。模型采难度，工程量也比较大。考虑到这个系梁拉力的最用36根14的中碳钢钢筋，按原型相似位置布后作用点实际是拱脚锚固端，故把它移到拱脚后置在拱脚上。按1／25力比例尺，每根钢筋只需张面以推力形式作用于模型，最后结点上作用力的拉21．6kN力。具体为张拉并控制这个力，设计了平衡是等效的。专用u型撑脚，在锚固螺母和调节螺母之间串接2．3测点布置撑脚和力传感器，由力传感器控制的调节螺母的测点布置基本参照设计提供的结点应力数据力拧到吨位后，

7、再拧紧锚固螺母(拧到力传感器读结果及其分布情况进行。着重考虑：(1)结点(或数为零)，这样作用在结点块上的预应力就是力传钢管)内、外部混凝土是否能共同作用；(2)试验感器所测到的力。荷载作用下，结点块上应力(或主应力)大小、方c．试验荷载向及其分布。为此，在结点内部顺拱肋切线方向的试验荷载即模拟拱肋的推力和弯矩，用千斤钢管内混凝土中，以及拱脚混凝土块体内分别预顶顶压产生模拟拱肋推力和弯矩的试验荷载作为埋钢筋应力计(8根)，以测试结点内部混凝土应外力作用在四根拱肋根部。力并比较钢管内外混凝土应力的实际情况，具

8、体根据设计提供的外力模拟值，按1／25比例设测点位置如图3所示。计模型预应力和外荷载。因为有弯矩，把原作用在上下弦杆中心处的集中力分别往下移了8．9mm和5．8mm，这样与原外力作用才是等价的。实际上弦(两根拱肋)和下弦(两根拱肋)的荷载，分别要求如表1所列。表1试验荷载及其作用位置括弧内为另侧测点编号，各应变花分别按图示1、2、3编号。图3拱脚模型测点布置图试验采用6个1500kN压力的千斤顶，并联同步使用(用