在役预应力混凝土斜拉桥的结构状态模拟.pdf
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1、第 2 5卷第 4期 2 0 1 0年8月 山 东 建 筑 大 学 学 报 J OURNAL OF S HANDONG J I AN ZHU UN I VER S I T Y V0 1 25 Au g No 4 2 01 0 文章编号 : 1 6 7 37 6 4 4 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 4 0 5 0 5 在役预 应 力混凝 土斜 拉桥 的结构 状态模拟 李宏江 , 王 ( 1 交通运输部 公 路科 学研究 院 , 北京 1 0 0 0 8 8 荣 霞 , 王 磊 ; 2 河北工业 大学 土木工程学 院, 天津 3 0 0 1 3 2 ) 摘要: 结构状态模拟是加固设计和加固
2、后评估的前提和基础 , 为了提出在役预应力混凝土斜拉桥维修加固前基 准计算模型的建立方法 , 以天津永和大桥为例, 从原桥施工过程的模拟出发, 依据桥面线形、 索力及塔顶偏位等 结构指标的检测结果 , 通过分析大 桥服役期内各种 因素对结 构性 能的影 响 , 确定相 应 的误差 调整方 法 , 提 出相 关的简化或近似处理手段 , 使模拟计算 结果逼近于 当前 的检测结 果。模拟结果表 明 : 计算 选取 的结构 刚度参数 合理 , 计算桥 面线形 与检测结果误差不 超过 5 c m, 计算 索力与检 测索力 误差 不超 过 3 , 计 算塔 顶偏 位与检 测值 较为接近。 关键 词 : 预
3、应力混凝 土 ; 斜拉桥 ; 结构状态 ; 模拟 中图分类号 : U 4 4 8 2 7 ; U 4 4 5 7 2 文献标识码 : A S i mul a t i o n o n s t r uc t ur a l s t at e o f PC c a bl e - s t a y e d br i dg e s i n s e r v i c e L I H o n g - j i a n g ,WAN G R o n g x i a , WA N G L e i ( 1 R e s e a r c h I n s t i t u t e o f H i g h w a y ,Mi n
4、i s t r y o f C o m m u n i c a t i o n s , B e r i n g 1 0 0 0 8 8 , C h i n a ; 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r - i n g ,H e b e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , T i a n j i n 3 0 0 1 3 2 ,C h i n a ) Abs t r a c t : The s i mu l a t i o n o n s t r u c t u r a l s t a t
5、 e i s t h e p r e c o n di t i o n o r b a s i s f o r s t r e n g t h e n i n g d e s i g n a n d p o s t e v a l u a t i o n a f t e r s t r e n g t he ne d i n pr e s t r e s s e d c o n c r e t e c a b l e s t a y e d b rid g e s I n o r d e r t o p r e s e n t t h e me t h o d o f e s t a b l
6、i s h i ng t h e ba s e l i ne c a l c u l a t i o n mo d e l for s t r e ng t h e n i n g a n e x i s t i n g p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c a b l e s t a y e d b ri d g e ,Y o n g h e B r i d g e i n T i a n j i n i s t a k e n a s a n e x a mp l e A F E M mo d e l i s o b t a i n e d t o
7、 s i mu l a t e i t s o rig i n a l s t a t e fir s t l y T he n,a c c o r d i n g t o i t s c u r r e n t d e t e c t e d r e s u l t s,s uc h a s t he g e o me t r y o f b rid g e d e c k,c a bl e f o r c e s a n d t h e i nc l i n e d d i s p l a c e me n t a t t h e t o p o f t o we r s,s o me f
8、 a c t o r s i n s e r v i c e o n s t ruc t u r a l p e rf o r ma n c e s a r e a n a l y z e d F i n a l l y ,a c a l c u l a t i o n e rr o r a d j u s t me n t m e t h o d i s p r o v i d e d , a n d s o me s i mp l i fic a t i o n a n d a p p r o x i ma t i o n a r e i n t r o d u c e d t o ma
9、k e t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s c o n s i s t e n t wi t h t h e d e t e c t e d o n e s S i mul a t i o n c a l c u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t s e l e c t e d t h e o r e t i c a l s t r uc t u r a l rig i d i t y i s a p p r o p ria t e,a n d t h e e rro r b e t we e n
10、 t h e c a l c u l a t e d g e o me t ry o f b r i d g e d e c k a n d t he de t e c t e d o n e i s l o we r t h a n 5 c m Mo r e o v e r t he e r r o r i s n o t mo r e t h a n 3b e t we e n e a c h c a l c u l a t e d c a b l e f o r c e s a n d i t s c o r r e s po nd i n g d e t e c t e d o n e
11、 a n d t h e i n c l i n e d di s p l a c e me n t c a l c u l a t e d a t t h e t o p o f t o we r s i s c l o s e t o t h e d e t e c t e d d a t a Ke y wor ds: pr e s t r e s s e d c o n c r e t e;c a b l e s t a y e d b rid g e s ;s t ru c t ur a l s t a t e;s i mul a t i o n 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 3
12、 2 6 基金项 目: 交通部西部交通建设科技项 目( 2 0 0 7 3 1 8 2 2 3 4 0 ) 作者简介 : 李宏江 ( 1 9 7 3一) , 男 , 河北 迁安人 , 副研究员 , 博士 , 主要从事大跨度桥梁结构理论与设计方法研究 E ma i l : h j 1 i r i o h c n 山 东 建 筑 大 学 学 报 0 引言 从上个世纪 7 0年代以来 , 我同修建 的预应力混 凝土斜拉桥( 以下简称“ P c斜拉桥” ) 日益增多, 跨度 超过 2 0 0 m的已超过 5 0座, 成为 目前世界上拥有 P C 斜拉桥数量最多的国家之一 。然而, 相当数量的桥 梁都相
13、继出现了诸如拉索锈蚀 、 主跨下挠 、 局部构件 失效等病害 , 已影 响到了桥梁的正常使用和结构安 全, 在役 P C斜拉桥的加固已成为工程界的热点问题 之一。然而, 斜拉桥施工过程相对复杂 , 运营期间又 受到恒载变化、 混凝土收缩徐变及环境等 冈素的作 用 , 结构当前的内力状态通常变得不够明确 , 使得结 构状态模拟变得非常闲难 , 而它却又是加固设计和加 固后评估的前提和依据 。当前的结构状态模拟实 际上是一个有限元模型修正问题 。近几年来 , 斜拉 桥计算模型修正的理论和方法研究取得了很大的发 展 , 但大都是基于动力试验结果 , 而基于检测结 果的模型修正方法研究较少。本文结合天
14、津永和大 塔 桥的维修加固工程 , 介绍在 P C斜拉桥加 固前结构 状态模拟的方法和要点, 以供参考。 1 桥梁概况 永和大桥为五孔一联 、 主孔跨径 2 6 0 m、 双塔双 索面 、 塔墩 固结 、 连续呈漂浮体系的 P c斜拉桥 ( 如 图 1 所示 ) 。主梁全长 5 1 2 4 m, 为典型的 P K断面 形式 , 梁高 2 0 m, 包括风嘴全宽 1 4 5 m, 桥面净宽为 9+ 21 0 m。全桥拉索呈扇 型布置, 共 4 4对 , 同一 索号 上 、 下 游 各 2根 , 全 桥 合 计 1 7 6根 。塔 高 5 5 5 m, 塔柱斜腿段为型钢骨架混凝土空 t2 , 柱
15、, 主墩 为沉井基础, 其余墩台为管桩基础 , 边墩设拉力摆索 支座。中跨合龙段的纵向预应力钢筋采用交叉锚 固 方式布置 , 并与相邻预制节段 的预应力钢筋通过联 接器连接 , 锚 固端采用轧丝锚体系。该桥设计荷载 等级为汽一 2 0级 , 挂 1 0 0 , 人群荷载为 2 5 k N m , 于 1 9 8 7年 1 2月建成通车。 北塔 图 1 永 和 大桥 总体 布 置 为实现结构 当前受力状态的评估 , 一方面通过 图 3示出了当前检测桥面线形( 2 0 0 6年 6月 2 3 检测, 捕捉桥面线形 、 索力及塔顶偏位等指标的实际 日, 5 1 1 5 , 多云 , 2 6 C) 与
16、原竣工线形 ( 1 9 8 7年 1 1月 变化, 另一方面进行结构计算模拟, 来获得较为丰富 1 5日, 6 : 0 0, 晴 , 6 ) , 其 中结构 当前 检测线形进行 的计算结果, 以对当前结构状态作出更全面的评判 , 了系统温差 ( 2 0 o 【 = ) 的修正 。 为维修加 固设计提供依据。 由图 3可以看到 , 相比于原竣工状态 , 结构当前 2 大桥检测情况 2 1 全桥 索 力 该桥拉索采用 国产 5高强平行黑钢丝束 , 其 标准 强 度 R =1 6 0 0 MP a , 弹 性 模 量 E =2 0 1 0 MP a , 拉索最小丝数为6 9丝 , 最大丝数为 1 9
17、 9丝。 拉索防护设 施 采用 原西 德进 口高密 度 聚 乙烯 管 ( H P E管 ) 作为护套 , 在 H P E管与钢丝束之问灌 注 水泥浆。相比于原竣工实测索力 , 当前检测索力的 变化百分 比分布如图 2所示 。此处 的索力系指同一 索号的 4根索束 的总索力。由冈 2可以看到 , 全桥 索力增减幅度介于 一 7 6 之问。另外 , 经计算 , 全桥总索力约减小 1 。 2 2桥 面线形 的桥面线形 的平顺性略差 , 桥跨整体下挠 , 中跨跨 中 下挠 量最 大 , 达 2 7 3 c m。 2 3塔顶水平偏位 原桥竣工时, 南塔塔顶 向河侧倾斜 1 7 m m, 北塔 向河侧倾斜
18、 1 3 m m( 1 9 8 7年 1 1月 1 5 日, 6 : 3 0 , 晴 , 6 5 ) 。便于数据比较的同一性 , 本次塔位观测仍 然选择在早晨时段进行( 2 0 0 6年 6月 2 3日, 6 : 3 0 , 多云, 2 6 ) , 并对测试值进行系统温差修正 ( 计算 结果表明, 系统温差 对塔 位影响较大 , 温度每变化 5 , 塔顶偏位变化 7 m m) , 修正后 的塔位为南塔塔 顶向河侧倾斜 5 2 ram, 北塔 向河侧倾斜 3 7 m m。南此 看来 , 运营几近 2 0 a 时 , 该桥的塔顶水平偏位相比于 原竣工状态发生了较为明显的变化 , 两侧索塔 向河 侧
19、倾斜量均有所增大 , 这与桥面线形 的变化是相对 府 的 第 4期 李宏江等 : 在役预应力混凝 土斜拉桥 的结构状态模 拟 昌 j 1 叵 。 目 蜷 I l I _ I I - - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 21 31 41 51 61 71 8 1 92 02 】 2 2 2 3 2 42 5 2 6 2 7 2 8 2 93 0 3 1 3 23 3 3 4 3 53 6 3 7 3 83 94 04 1 4 2 4 3 4 4 1南 C I 1 , 2南 C I O , 3南 C 9 , 4南 C 8 , 5南 C 7 , 6南 c 6 , 7南 C 5
20、 , 8南 C 4 , 9南 c 3 , 1 O南 C 2 , 1 1南 c 1 , 1 2南 c 1 , 1 3南 c 2 , 1 4南 c 3, 1 5南 C 4, 1 6南 c 5, 1 7南 c 6, 1 8南 c 7 , 1 9南 c 8, 2 O南 c 9, 2 1南 CI O , 2 2南 C1 1 , 2 3北 c 1 , 2 4北 C 2 , 2 5北 C 3, 2 6北 C 4, 2 7北 C 5 , 2 8北 C 6, 2 9北 c 7, 3 0北 C 8 , 3 1北 C 9, 3 2北 C I O, 3 3北 CI 1 , 3 4北 c1 , 3 5北 C 2 , 3
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