体外索加固T形刚构桥的静动力研究.ppt

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1、,Reinforced by External Tendons,HU Fengqiang1,2 YAO Yongding3,XIAN G Yiqiang3,CHEN Airong2,Study on Static and Dynamic Behavior of T2Frame Bridge,Abstract,Based on a typical T2f rame bridge reinforced by external prest ressing tendons,t he behavior of,Keywords,水下渗到箱体内,对桥梁的受力和安全构成威胁。,1,工程背景,现对该桥采用了如下

2、加固措施:,(1)在靠箱室内顶板附近沿水平方向布置成,浙江嘉兴七星桥位于繁忙的杭申线航道上,品预应力索,以提高主梁的抵抗变形能力。,该桥上部结构主桥采用 40m+60m+40m 悬拼式,(2)用树脂砂浆压浆填实箱体裂缝和拼块之,预应力混凝土 T 形刚构加 20m 挂梁,T 形刚构截,间接缝处存在的缝隙,防止梁内预应力筋锈蚀,减,面形 式 为 单 箱 双 室 箱 梁,箱 顶 宽 8.5m、宽,底,少因体外预应力的张拉而增加原有预应力的损,6.36m;两侧引桥均采用 8m,13m 钢筋混凝土空,失。,心板梁 桥。预 应 力 箱 梁 的 混 凝 土 设 计 标 号 为,(3)在箱体内侧腹板粘贴钢板,

3、钢板通过膨胀,C50,预应力材料采用 j15.00 高强度钢绞线,标,螺栓和粘结材料与箱壁连接固定,以增强箱体的,准抗拉强度为 R b=1500M Pa。桥梁的桥面宽为,抗剪强度,修补已有的裂缝和缝隙。,y,净-7+2 0m 人行道,设计荷载为汽-20 级、,(4)凿除原桥面铺装,设置桥面加强钢筋网,1.,挂-100,人群荷载为 3.5kN/m2。,桥面铺设钢纤维混凝土,恢复桥面的原设计标高,由于该桥在建造过程中,对悬拼式预应力混,达到应有的平整度。,凝土 T 形刚构的工艺缺乏足够的认识,致使该桥,为进一步评价采用这种方法加固桥梁的效果,在预制块拼装过程中,块体之间存在较大的拼装,及受力性能,

4、有必要进行理论分析和试验研究,本,接缝,悬臂端还存在一定的下挠,车辆通过时有明,文将结合这一实际工程问题作一些探讨。体外索,显的跳突感;此外,由于拼装接缝的存在,造成雨,加固示意图见图 1。,1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,第 21 卷第 2 期2005 年 4 月,结构 工 程 师St ruct ural Engineers,Vol.21,No.2Apr.2005,体外索加固 T 形刚构桥的静动力试验研究胡峰强1,2 姚永丁3 项贻强3 陈艾荣2(1.南昌大学,南昌 330029;2.

5、同济大学,上海 200092;3.浙江大学,杭州 310027)提要 以一座典型的体外索加固的预应力混凝土 T 形刚构桥为工程背景,采用空间有限元分析了加固后的 T 形刚构桥的静动力性能,并进行了试验研究,得出了一些有益的结论。关键词 预应力混凝土,T 形刚构桥,体外索,加固,静动力试验(1.Nanchang University,Nanchang 330029;2.Tongji University,Shanghai 200092;3.Zhejiang University,Hangzhou 310027)static and dynamic is completed by 3D finit

6、e element.The field test is made,and some helpf ul conclusionsare drawn as well.prest ressed concrete,T2f rame bridge,external tendon,reinforcement,static and dynamic test,66,311,、,St ruct ural Engineers Vol.21,No.2 Experiment St udy图 1 箱室内平直束布置图,2 空间有限元模型理论分析采用有限元通用程序 ANS YS 建立空间模型进行,其中,预应力混凝土 T 构箱

7、梁采用三维板单元,挂梁纵横隔梁采用空间梁单元,体,外预应力索采用杆单元模拟,共划分为 2288 个三维板单元,36 个杆单元,92 个空间梁单元,2633个节点,空间有限元计算模型见图 2。3 静力试验研究,测点布置及测试内容结合七星桥预应力混凝土 T 形刚构原有的状况 加固施工的特点,考虑到与加固前的荷载试验结果相对比,仍选取西跨第#11 墩西侧靠岸的预应力混凝土 T 形刚构桥跨进行试验研究,各测图 2 七星大桥预应力混凝土试截面及测点布置见图 3。T 形刚构桥空间有限元分析模型图 3 测试截面及测点布置图 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc C

8、o.,Ltd.All rights reserved.,312,313,#,7,16.99,13.50,13.68,0.99,#,#,7,25.77,18.20,18.52,0.98,#,#,7,28.20,20.20,20.73,0.97,#,#,7,19.90,14.07,14.21,0.99,#,#,67,试验研究结构工程师第 21 卷第 2 期,列汽-20 级车队和挂-100 布载控制设计,故试,测试方法,验加载汽车选用新解放大型载重汽车(单辆车总本试验研究对混凝土及钢条的应变,采用粘 重 为 300kN 左 右,前 轴 重 60kN,中 后 轴 重贴应变片用静态电阻应变仪测量。应变测

9、试中,240kN)车队模拟汽车-20 级(包括人群荷载)和应注意温度的补偿,在布片截面的梁底搁置贴有 挂-100 的内力效应较大值布置加载。加载试验温度补偿片的试块。效率按规范要求应控制在 0.851.05,具体加载,由于主跨位于运河的主航道上,在河中不可 载位限于篇幅,这里略去。,能搭支架,故采用连通管悬挂 mm 钢尺测读梁体,试验结果分析与比较,的挠度,对岸上的悬臂端点挠度,则通过在梁底装,置电子百分表直接测读。裂缝宽度用裂缝观测仪 预应力混凝土 T 形刚构桥的挠度理论分析测读。采用有限元空间模型,加固后的实测挠度值与理根据设计,本预应力混凝土 T 形刚构桥以两 论挠度值及加固前的实测挠度

10、值的比较见表 1。,表 1 预应力混凝土 T 构挠度测点实测挠度与理论计算挠度的比较,荷载 测试 测点 加固前实测弹性 加固后实测弹性 理论挠度 校验系数,备 注,工况 截面 编号 挠度 S e(mm)挠度 S e(mm)S s S e/S s#5-11.00 13.12 0.84 连通管观测西悬臂根部-6 16.45 13.61 13.68 0.99,电测百分表,负弯矩二辆车#,-#4 5.76 3.90 4.14 0.94 连通管观测,5-17.50 18.12 0.97 连通管观测西悬臂根部-6 24.45 18.75 18.84 1.00,电测百分表,负弯矩三辆车#,-#4 8.73

11、5.40 5.63 0.96 连通管观测,5-20.70 19.90 1.04 连通管观测西悬臂根部-6 27.92 20.50 20.73 0.99,电测百分表,负弯矩四辆车#,-#4 9.71 5.90 6.21 0.95 连通管观测,5-13.00 13.84 0.94 连通管观测西悬臂根部-6 19.32 14.18 14.21 1.00,电测百分表,剪力四辆车#,-#4 7.67 1.40 5.72 0.24 连通管观测注:6,7 挠度测点为-截面的箱梁两外测腹板下缘的点,其余挠度测点为相应截面上缘的点。,从表 1 可以看出,实测的各主要测试截面的 在各荷载工况作用下,加载测试截面加

12、固后相对残余挠度较小,卸载后能迅速回弹,表明预应 的实测挠度明显小于加固前的实测挠度,体外预力混凝土 T 构具有良好的弹性工作性能。最大 应力索的加固效果明显,预应力混凝土 T 构的刚弯矩和最大剪力荷载工况下,预应力混凝土 T 形 度有很大的提高;最大弯矩工况荷载下,悬臂端平刚构桥跨各测试截面测点的应力实测值与理论值 均挠度恢复了 7.71mm,和设计预计的相吻合。的比较见表 2,原试验结果的西跨悬臂根部-在各荷载工况作用下,各加载测试截面的实截面箱梁内部两侧腹板处的钢板和混凝土的实 测挠度值和理论计算挠度基本一致,西悬臂端点测应变基本一致,说明带钢和混凝土受力协调,加 截面最大实测挠度为 2

13、0.50mm(连通管观强了预应力混凝土 T 构抗剪能力,达到了加固设 测 20.70mm),相对悬臂跨长为 L/966,小于桥计的目的。在各级加载工况下,所有控制截面均 规规定的 L/300,说明该桥的刚度满足规范要未出现裂缝。求,且有一定的安全储备。,1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,表 2,68,411,设计的要求。,St ruct ural Engineers Vol.21,No.2 Experiment St udy最大一级荷载下预应力混凝土 T 构各测试截面实测应力与理论应力的比

14、较,荷载工况,测试截面,测点位置,实测应力,西侧 T 构应力(MPa)空间理论应力 平面理论应力 空间校验系数 平面校验系数,-1,1.322,2.217,0.60,0.68,箱梁顶板,-2-3,1.3221.165,2.2171.849,1.936,0.600.63,0.680.60,西悬臂根部负弯矩四辆车,-,箱梁底板,-4-5-8,2.450-1.5400.385,1.886-3.562,-3.047,1.300.43,1.270.510.68,主拉应力,-9-10-11,0.0350.3150.245,0.570,0.060.550.43,-1,0.841,1.367,0.62,0.5

15、9,箱梁顶板,-2-3,1.0810.700,1.4871.203,1.402,0.730.58,0.760.50,西悬臂根部剪力四辆车,-,箱梁底板,-4-5-8,1.491-1.0850.105,1.040-2.985,-2.207,1.430.36,1.060.500.15,主拉应力,-9-10-11,0.1050.4550.490,0.708,0.150.640.69,-1,1.276,1.933,0.66,0.67,箱梁顶板,-2-3,0.4570.897,1.9331.937,1.902,0.240.46,0.240.46,西悬臂根部负弯矩四辆车,-,箱梁腹板,-4-8-9,1.1

16、21-0.945-0.910,1.971,-1.121,0.57,0.570.840.81,-5,-2.625,-3.310,0.79,0.78,箱梁底板,-6-7,-2.975-2.590,-3.381-3.310,-3.362,0.880.78,0.880.77,箱梁顶板,-1,-0.12,2.217,东悬臂根部,-,箱梁底板,-2-3,-1.820-2.170,-3.562-3.435,-3.047,0.510.63,0.600.71,负弯矩四辆车,-1,-2.135,-3.310,0.65,0.64,-,箱梁底板,-2,-2.660,-3.381,-3.362,0.79,0.79,-3

17、,-2.065,-3.310,0.62,0.61,注:箱梁顶板底缘的混凝土实测应力已按平截面假定换算为桥面混凝土的应力,-6,-7,-4 测点应变片损坏。从表 2 可以看出,在最后一级荷载作用下,除,-4 点外,其余各测试截面的实测应力均小于,4 动力试验研究,理论计算应力,测试截面主拉应力实测值均小于理论值,校验系数基本在 0.500.90 之间,说明测点布置及测试内容该预应力混凝土 T 形刚构桥跨的混凝土工作基本正常,T 构的抗剪能力有很大的提高,满足加固 根据七星桥在汽车荷载作用下的振动特点,仍以西侧预应力混凝土 T 形刚构作为试验对象,测试内容有:T 形刚构在跳车荷载下,悬臂端截面点及

18、典型体外索的振动响应;T 形刚构在不 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,69,、,412,41211,表 3,前六阶实测频率与理论计算值的比较,阶次,第一阶 第二阶 第三阶 第四阶 第五阶 第六阶,理论频率 2.049,41212,(4)七星桥预应力混凝土 T 形刚构采用体外,预应力成品索进行加固,在国内尚属第一次使用,该法具有施工简单方便 可行和有效的优点,后期,按,桥规,计算该桥的冲击系数为 1.038,与实测,明采用此方法加固使预应力混凝土 T 形刚构的,强度 刚度 抗剪能力和承载力

19、都有明显的提高,2,表 4,交通部部颁标准:公路桥涵设计规范 1 北京:人民,车速(km/h),3,试验车辆数 测试对象,体外索 2 8.44 8.44 8.44 8.44 8.44,试验研究结构工程师第 21 卷第 2 期,同车速的移动荷载下,悬臂端截面关键点及典型体外索的振动响应 结构的冲击系数。测点布置,示意见图 4,并由动态测试分析系统进行测试数据的采集和分析。,图 4 动力试验测点布置图(单位:cm)动力分析及试验结果5 结 论自振频率及振动模态现场试验测得频率与理论分析频率列于表(1)在设计荷载作用下,各加载测试截面的3,可见第 1,36 阶频率基本吻合,而第 2 阶频率 实测挠度

20、值与空间理论计算挠度基本吻合,预应没有测到。力混凝土 T 构具有良好的弹性工作性能。(2)实测的预应力混凝土 T 构的冲击系数随车速是变化的,且与桥梁的平整度等因素有关,与桥规计算值相比,实测的冲击系数值要大。实测频率 1.875 3.750 4.063 4.375 5.625(3)试验分析发现预应力混凝土 T 构的部分2.276 3.558 3.635 4.233 5.265振动频率与体外索的主振频率较为接近,应采取减震措施,预防体外索的疲劳破坏。跑车试验结果与分析预应力混凝土 T 构在不同车速时的冲击系数见图 5。从表中可以看出汽车以较低车速行驶时,对桥的冲击较大,实测最大冲击系数为1.1

21、18,还可以根据需要进行索力调整。分析测试研究表值相比偏小。在不同车速下,预应力混凝土 T 构和体外索的主振频率见表 4。显示了这种加固方法的魅力和独到之处。参考文献1 交通部部颁标准:公路旧桥承载能力鉴定方法(试图 5 冲击系数随速度的变化曲线跑车时 T 构和体外索的主振频率(单位:Hz)交通出版社,1989姚玲森.桥梁工程.北京:人民交通出版社,19855 10 20 30 404 项贻强.桥梁结构分析的数值方法及程序.北京:T 构 7.50 4.06 3.75 4.38 3.75人民交通出版社,1993一辆车 体外索 1 8.13 8.13 8.13 8.13 8.135 项贻强.悬拼式预应力混凝土 T 型构桥病害成因的分析及其试验研究.公路交通科技.2002;(1)1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,