斜拉桥双向倾斜索塔锚固区足尺模型试验
2017-09-18
1.模型选取
本桥的拉索布置方式与一般的斜拉桥不太一样，采用空间扭索面布置，越靠近索塔上部拉索索管在索塔中的行程越长。主跨Z4#拉索位于索塔上半部，但距塔顶有一定距离，避免了顶盖对塔壁受力的影响；此处构造较为复杂，环向预应力钢束、斜长的索管及劲性骨架都布置在箱形截面内。足尺模型选在此范围可以检验其施工工艺，因此索塔节段足尺模型选择在Z4#拉索所在高度范围，现选取Z4#拉索锚固点以下4.0m，以上0.6m，高度为4.6m的节段作为试验节段。其中0m-1.6m节段中除按设计图纸要求设置劲性骨架，绑扎钢筋外，张拉6束预应力钢绞线，在顺桥向两侧设置水平索管， 该桥索面为一空间索面，斜拉索的索孔实际上具有一定的纵横向倾角，而在试验中要准确模拟索孔形状及索力是非常困难的，因此，在制作试验模型时，将索孔做成水平的、且不考虑索孔纵横向倾角的影响。这样，试验时可方便地从箱内施加水平压力来模拟斜拉索对箱壁的压力，并浇筑C50混凝土，以备应力试验使用。应力试验结束后，利用水平索管位置设置钢齿台，进行锚圈口摩阻试验。1.6m-4.6m节段，按设计图纸要求设置劲性骨架，绑扎钢筋，设置预应力孔道及Z4#索管，可不浇筑混凝土，仅做构造试验使用。
2.试验目的
（1）查看普通钢筋、U形预应力钢绞线、环形箍筋、劲性骨架及索管空间位置是否冲突，以便施工人员熟悉图纸要求，提高正式施工中的速度与质量。
（2）测量张拉U形预应力钢绞线的张拉力与伸长量的关系，实测数据作为日后施工过程中张拉预应力钢绞线的参考值。
（3）因U形预应力钢绞线弯曲半径小于规范计算公式要求，故以试验数据确定预应力钢绞线的损失（重点：Ⅰ. 预应力钢绞线与锚圈口摩阻引起的预应力损失。Ⅱ. 预应力钢绞线与管道壁间摩阻引起的预应力损失。Ⅲ.锚具夹片回缩引起损失。）
（4）模拟索力张拉对索塔试验节段的影响，在模型内部用千斤顶向两边顶压索力，埋设光纤光栅应变传感器实测索塔试验节段的局部应变及应力。
3.足尺模型试验内容
（1）索塔试验段的普通钢筋、U形预应力钢绞线、环形箍筋、劲性骨架及索管空间位置施工可行性试验；
（2）预应力钢绞线伸长量测定；
（3）预应力钢绞线与管道壁间摩阻引起的预应力损失测定；
（4）锚具夹片回缩引起损失测定；
（5）预应力钢绞线与锚圈口摩阻引起的预应力损失测定；
（6）模型测点的应力应变测定。
4.试验结果及数据
4.1索塔施工可行性试验
在试验段，焊接劲性骨架、绑扎普通钢筋及环形箍筋，对绑扎困难的环形箍筋，经设计单位试验过程中现场确认，优化箍筋绑扎方案，效果较为理想。对于劲性骨架、节点板及普通钢筋、环形箍筋空间相对位置进行必要优化。
4.2 预应力钢绞线与锚圈口摩阻引起损失试验
锚圈口摩阻引起的预应力损失N0=Na-Nb，实测值为N0=64KN。
4.3 U形预应力钢绞线伸长量试验
预应力钢束的理论伸长量，可按预应力束中有效应力引起的弹性伸长量来计算。其中有效应力引起的弹性伸长量可按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000），进行计算。
4.4 U形预应力钢绞线与管道壁间摩阻损失试验
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）规定，对于后张法施工的预应力混凝土构件，计算孔道摩阻损失。
4.5 锚具夹片回缩引起损失试验
锚具夹片回缩引起损失Phs=P+Pfm+Pmq，实测值Pmq=146.8kN。
5.模拟索塔节段受力试验
5.1试验段情况概述
试验段混凝土采用与索塔实际施工相同的C50混凝土，U形预应力钢绞线采用抗拉标准强度1860Mpa，松弛率小于2.5%的19×φs15.2高强度低松弛钢铰线，依据施工图要求共双向各布置三层。
5.2 应变器布置
试验中使用应变传感器全部为基康BGK-FBG-4000T型光纤光栅表面式应变传感器（内置温补光栅），模型上共布设应变测点16个，应变传感器全部采用水平放置，索孔中心所在平面布置6个，分别为A2、B2、C2、D2、I2、J2应变测点；试验段顺桥向外壁索孔上下50cm平面各布置5个，上测点编号分别为A1、C1、D1、I1、J1，下测点编号分别为B3、C3、D3、I3、J3。
5.3 分级加载过程理论分析
理论分析计算采用Midas FEA软件进行实体分析； 理论分析模型选用实体分析模型，总计6088个单元，27150个节点。在分析中，将整个结构视为均质弹性体，混凝土弹性模量E取3.45x104Mpa，泊松比γ=0.167，没有考虑普通钢筋的影响，预应力钢绞线的作用按实测参数两端张拉的方式加载。U形预应力钢绞线采用19束Φj15.24钢绞线，Ryb=1860Mpa，控制索力按锚垫板55cm×55cm范围内均布加载压应力。
预应力参数，统一采用实测参数，即锚圈口损失64kN，夹片回缩量6mm（实测为4.5mm），预应力钢筋与管道壁的摩擦系数μ=0.221，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k=0.0015。
试验过程共分为9个工况：（1）张拉U形预应力钢绞线结束后；（2）对顶模拟索力水平分力2000kN；（3）对顶模拟索力水平分力3000 kN；（4）对顶模拟索力水平分力4000 kN；（5）对顶模拟索力水平分力5000 kN；（6）对顶模拟索力水平分力5644 kN （正常使用极限状态下，短期组合最大索力）（7）对顶模拟索力水平分力6500 kN；（8）对顶模拟索力水平分力7000 kN；（9）对顶模拟索力水平分力9000 kN。
总结
本索塔足尺试验段完成U形预应力钢绞线及预顶加载等多项试验，达到试验目的。其中U形预应力钢绞线实测数据对后期局部分析及现场施工可起到参考及指导意义。
多种预应力钢绞线试验及预顶加载试验中，未出现钢绞线崩出现象，证明钢绞线与塔壁相对位置布置合理。
根据以上情况，我们认为索塔斜拉索锚固区整体受力安全可靠。
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