多箱式组合小箱梁桥力学性能及试验研究.doc

1、多箱式组合小箱梁桥力学性能及试验研究摘要：本文以杭州秋石快速路二期工程四跨 40 米简支钢混组合小箱梁桥为背景,设计了钢混组合小箱梁桥足尺模型试验方案,由有限元分析的一些主要成果及其与试验实测值的比较,得到了许多有益的结论,其对钢混组合小箱梁桥的建设具有一定的指导作用。 关键词: 钢混组合；小箱梁桥；足尺模型；有限元分析；试验 中图分类号: TU411;TU472.5 文献标识码: A 文章编号: Mechanical behaviour and experiment study of Multi- box Steel Concrete Composite Girder Bridge Ke H

2、exin1, He Yuliang 1,2, Zhou Xiao3, Liu Lisi2, Liu Chenxi2 (1.Hangzhou Municipal Public Construction Development Company ,Hangzhou ,Zhejiang 310009,China; 2.College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou ,Zhejiang 310058 , China; 3.Tianheng Investment Box girder bridge;

3、Full scale model; Finite element method; Test 随着我国城市化进程的进一步加快，我国城市的拥堵问题日益凸显，如何加强城市交通基础设施建设、构建城市快速路网显得尤为重要。由此引出在进行城市快速路网的建设中如何尽量减少施工对周边交通影响的重要课题，这对工程设计人员提出更高要求，特别是在立体交叉设计施工时一定要考虑到交叉路口的交通组织、结构自身的高度和桥下的净空、施工场地以及施工周期等问题，这些问题往往依靠传统的混凝土结构是很难解决的。然而多梁式钢-混凝土组合小箱梁桥却能克服这些弊端，此种结构自身高度低、质量轻便利吊装、可进行无支架施工，有利于施工中交通组

4、织及满足结构要求。在目前，现有规范及文献对多梁式钢-混凝土组合小箱梁桥的理论分析与工程应用的研究成果甚少，为进一步推广多梁式钢-混凝土组合小箱梁桥在城市快速路网中的应用，有必要对其受力特性进行研究。 根据杭州市秋石快速路二期工程跨绕城高速公路采用四跨 40 米简支钢混组合小箱梁桥的特点，进行模拟力学加载试，对其力学特性进行试验研究，以全面反映结构的实际工作状态和应力分布。此桥桥面宽为17.8m，叠合梁的钢结构部分采用全焊接钢梁，钢梁由 U 型主梁、横隔梁及加劲肋组成， U 型主梁和现浇钢筋混凝土板通过剪力连接件共同抵抗外载。钢主梁梁高为 2.23m。钢筋砼桥面板为现场浇筑，砼板厚为0.200.

5、27m。 图.1 横截面图 (mm) Fig.1 Transverse section(mm) 作者简介：柯鹤新（1961-） ，男，浙江杭州人，高级工程师，主要从事市政桥隧工程及道路工程建设管理工作。E-mail: . 1 试验方案 试验荷载 试验荷载采用等效车辆进行加载，分二个工况(图 2、图 3)，每工况分为二级加载，加载分级用车辆数量来控制，这样便于试验过程的车辆调配和指挥，根据实际加载车辆的位置，可以精确地计算出加载效率，当最后一辆车加上后，就达到了试验加载的目标。在每一测试截面加载试验中（每辆车重 35KN） ，加载方式为单次逐级递加到最大荷载，然后卸载到零荷载。 图.2 跨中最大

6、弯矩时荷载布置图图.3 跨中最大剪力时荷载布置图 Fig. 2 Maximum bending moment load case in mid-spanFig. 3 Maximum shear load case near support point 1.2 测点布量及测试内容 各箱梁顺桥向跨中截面应力测点布置如图 4 所示，主要测试箱梁控制截面的应力分布规律和受力性能。 图.4 跨中横截面应变片布置图 Fig. 4Layout of stress sensors in the cross sections in the mid-span 位移测试通过在跨中梁底布设棱镜，用全站仪进行测量（日本

7、SOKKIA，精度为 0.5”级） ，棱镜位置如图 5 所示。 图.5 跨中横截面底部挠度测点布置图 Fig. 5 Layout of deflection test points under the bottom of cross sections in the mid-span 1.3 动载试验 动载实验利用 DHDAS5920 动态数据采集与处理系统进行动载试验的数据采集与处理分析。全桥共布置 12 个竖向加速度传感器和 3 个横向加速度传感器，具体布置见图 6，测点分别布置在各小箱梁中轴线的跨中、1/4 跨处，其中测点 3 为参考点。 图.6 加速度传感器布置图 Fig. 6Arran

8、gement of acceleration sensors in the deck 2 有限元模型 利用 ANSYS 程序建立有限元模型，如图 7 所示。混凝土桥面板采用solid65 单元模拟，弹性模量为 3.451010Pa ；钢梁以 shell63 单元进行模拟，弹性模量为 2.061011Pa ；剪力连接键在 UX、UZ 方向用combin39 模拟，在 UY 方向混凝土桥面板和钢梁完全耦合。 图.7 有限元模型图 Fig. 7Finite element model 3 试验结果与有限元分析 图.8 工况 1 跨中挠度图 Fig. 8 Deflection distribution

9、 along br. transverse in case 1 图.9 工况 2 跨中挠度图 Fig. 9 Deflection distribution along br. transverse in case 2 图.10 工况 1 跨中钢梁底应变图 Fig. 10 Strain distribution along br. transverse in case 1 图.11 工况 2 跨中钢梁底应变图 Fig. 11 Strain distribution along br. transverse in case 2 图 8-9 为两个工况的挠度变形图，图 10-11 为两个工况的应变图

10、。由于施工时桥面板偏厚，以及在进行数值模拟忽略了加劲肋的作用，使得实测值偏小于有限元计算结果。从图 8 和图 10 可知，该桥在偏载作用下荷载横向分布符合偏心压力法。 表 1 有限元计算频率与实测频率比较(单位：Hz) Table 1 Comparison of the measured frequency and FEM frequency(Hz) 表 2 各测点振型向量实测值 Table 2Vibration mode vectors of every measured point in the front 1st，2nd and 3rd order 图 12 试验振动响应结果 Fig. 12frequency spectrum by testing analysis