斜拉橋雙向傾斜索塔錨固區(qū)足尺模型試驗
2017-09-18
1.模型選取
本橋的拉索布置方式與一般的斜拉橋不太一樣，采用空間扭索面布置，越靠近索塔上部拉索索管在索塔中的行程越長。主跨Z4#拉索位于索塔上半部，但距塔頂有一定距離，避免了頂蓋對塔壁受力的影響；此處構造較為復雜，環(huán)向預應力鋼束、斜長的索管及勁性骨架都布置在箱形截面內(nèi)。足尺模型選在此范圍可以檢驗其施工工藝，因此索塔節(jié)段足尺模型選擇在Z4#拉索所在高度范圍，現(xiàn)選取Z4#拉索錨固點以下4.0m，以上0.6m，高度為4.6m的節(jié)段作為試驗節(jié)段。其中0m-1.6m節(jié)段中除按設計圖紙要求設置勁性骨架，綁扎鋼筋外，張拉6束預應力鋼絞線，在順橋向兩側設置水平索管， 該橋索面為一空間索面，斜拉索的索孔實際上具有一定的縱橫向傾角，而在試驗中要準確模擬索孔形狀及索力是非常困難的，因此，在制作試驗模型時，將索孔做成水平的、且不考慮索孔縱橫向傾角的影響。這樣，試驗時可方便地從箱內(nèi)施加水平壓力來模擬斜拉索對箱壁的壓力，并澆筑C50混凝土，以備應力試驗使用。應力試驗結束后，利用水平索管位置設置鋼齒臺，進行錨圈口摩阻試驗。1.6m-4.6m節(jié)段，按設計圖紙要求設置勁性骨架，綁扎鋼筋，設置預應力孔道及Z4#索管，可不澆筑混凝土，僅做構造試驗使用。
2.試驗目的
?。?）查看普通鋼筋、U形預應力鋼絞線、環(huán)形箍筋、勁性骨架及索管空間位置是否沖突，以便施工人員熟悉圖紙要求，提高正式施工中的速度與質(zhì)量。
（2）測量張拉U形預應力鋼絞線的張拉力與伸長量的關系，實測數(shù)據(jù)作為日后施工過程中張拉預應力鋼絞線的參考值。
?。?）因U形預應力鋼絞線彎曲半徑小于規(guī)范計算公式要求，故以試驗數(shù)據(jù)確定預應力鋼絞線的損失（重點：Ⅰ. 預應力鋼絞線與錨圈口摩阻引起的預應力損失。Ⅱ. 預應力鋼絞線與管道壁間摩阻引起的預應力損失。Ⅲ.錨具夾片回縮引起損失。）
?。?）模擬索力張拉對索塔試驗節(jié)段的影響，在模型內(nèi)部用千斤頂向兩邊頂壓索力，埋設光纖光柵應變傳感器實測索塔試驗節(jié)段的局部應變及應力。
3.足尺模型試驗內(nèi)容
?。?）索塔試驗段的普通鋼筋、U形預應力鋼絞線、環(huán)形箍筋、勁性骨架及索管空間位置施工可行性試驗；
（2）預應力鋼絞線伸長量測定；
?。?）預應力鋼絞線與管道壁間摩阻引起的預應力損失測定；
?。?）錨具夾片回縮引起損失測定；
（5）預應力鋼絞線與錨圈口摩阻引起的預應力損失測定；
?。?）模型測點的應力應變測定。
4.試驗結果及數(shù)據(jù)
4.1索塔施工可行性試驗
在試驗段，焊接勁性骨架、綁扎普通鋼筋及環(huán)形箍筋，對綁扎困難的環(huán)形箍筋，經(jīng)設計單位試驗過程中現(xiàn)場確認，優(yōu)化箍筋綁扎方案，效果較為理想。對于勁性骨架、節(jié)點板及普通鋼筋、環(huán)形箍筋空間相對位置進行必要優(yōu)化。
4.2 預應力鋼絞線與錨圈口摩阻引起損失試驗
錨圈口摩阻引起的預應力損失N0=Na-Nb，實測值為N0=64KN。
4.3 U形預應力鋼絞線伸長量試驗
預應力鋼束的理論伸長量，可按預應力束中有效應力引起的彈性伸長量來計算。其中有效應力引起的彈性伸長量可按《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041-2000），進行計算。
4.4 U形預應力鋼絞線與管道壁間摩阻損失試驗
根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTJ023-85）規(guī)定，對于后張法施工的預應力混凝土構件，計算孔道摩阻損失。
4.5 錨具夾片回縮引起損失試驗
錨具夾片回縮引起損失Phs=P+Pfm+Pmq，實測值Pmq=146.8kN。
5.模擬索塔節(jié)段受力試驗
5.1試驗段情況概述
試驗段混凝土采用與索塔實際施工相同的C50混凝土，U形預應力鋼絞線采用抗拉標準強度1860Mpa，松弛率小于2.5%的19×φs15.2高強度低松弛鋼鉸線，依據(jù)施工圖要求共雙向各布置三層。
5.2 應變器布置
試驗中使用應變傳感器全部為基康BGK-FBG-4000T型光纖光柵表面式應變傳感器（內(nèi)置溫補光柵），模型上共布設應變測點16個，應變傳感器全部采用水平放置，索孔中心所在平面布置6個，分別為A2、B2、C2、D2、I2、J2應變測點；試驗段順橋向外壁索孔上下50cm平面各布置5個，上測點編號分別為A1、C1、D1、I1、J1，下測點編號分別為B3、C3、D3、I3、J3。
5.3 分級加載過程理論分析
理論分析計算采用Midas FEA軟件進行實體分析； 理論分析模型選用實體分析模型，總計6088個單元，27150個節(jié)點。在分析中，將整個結構視為均質(zhì)彈性體，混凝土彈性模量E取3.45x104Mpa，泊松比γ=0.167，沒有考慮普通鋼筋的影響，預應力鋼絞線的作用按實測參數(shù)兩端張拉的方式加載。U形預應力鋼絞線采用19束Φj15.24鋼絞線，Ryb=1860Mpa，控制索力按錨墊板55cm×55cm范圍內(nèi)均布加載壓應力。
預應力參數(shù)，統(tǒng)一采用實測參數(shù)，即錨圈口損失64kN，夾片回縮量6mm（實測為4.5mm），預應力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)μ=0.221，管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)k=0.0015。
試驗過程共分為9個工況：（1）張拉U形預應力鋼絞線結束后；（2）對頂模擬索力水平分力2000kN；（3）對頂模擬索力水平分力3000 kN；（4）對頂模擬索力水平分力4000 kN；（5）對頂模擬索力水平分力5000 kN；（6）對頂模擬索力水平分力5644 kN （正常使用極限狀態(tài)下，短期組合最大索力）（7）對頂模擬索力水平分力6500 kN；（8）對頂模擬索力水平分力7000 kN；（9）對頂模擬索力水平分力9000 kN。
總結
本索塔足尺試驗段完成U形預應力鋼絞線及預頂加載等多項試驗，達到試驗目的。其中U形預應力鋼絞線實測數(shù)據(jù)對后期局部分析及現(xiàn)場施工可起到參考及指導意義。
多種預應力鋼絞線試驗及預頂加載試驗中，未出現(xiàn)鋼絞線崩出現(xiàn)象，證明鋼絞線與塔壁相對位置布置合理。
根據(jù)以上情況，我們認為索塔斜拉索錨固區(qū)整體受力安全可靠。
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