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现代木结构人行天桥的缩尺模型静力试验研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

现代木结构桥梁是以现代工程木结构材料为主要建筑材料,采用现代木结构设计和建筑技术,建造的融美感、功能与高性价比于一体的桥梁。现如今,在融入高新技术加工处理手段后,木结构桥梁再度展现出亮丽风采,它不仅具有自然、美观、环保、易维修、建筑材料可循环利用等优点,且正向着高负载、大跨度的方向进军,堪与现代混凝土、钢结构桥梁相媲美。甚至在一些特殊应用场合(如高寒地区),木结构桥梁也具有明显的优势。本文将以某现代木结构人行天桥为原型,建造缩尺模型,进行静力试验研究用以研究实桥的受力状况。

1 实桥概况

此桥为上承式三铰拱桥,主材是美国花旗松,辅材是我国速生树种。由拱上建筑物、桥面系、拱肋等主桥部分与2个楼梯亭台组成,主桥长为39.50 m,计算跨径为38.07 m,桥面净宽为3 m,计算矢高为9.03 m,拱肋面内矢跨比f/L=1∶4.2,主拱圈采用等截面矩形圆弧拱(R=633 m)[1,2]。实桥如图1所示。

  

图1 现代木结构人行天桥

2 缩尺模型桥的设计与制作

本试验模型的主要构件材料使用的是兴安落叶松,连接件使用的是Q235钢材。模型的缩尺比例选择为1∶3。根据相似三定理[3,4],弹性模量相似常数CE与几何相似常数Cl是模型桥与实桥相似的2个基本参数,再通过量纲分析法[5]可推出其他物理量所需的相似常数。该模型几何相似比C1=3,取花旗松弹性模量E=13000 MPa,落叶松弹性模量E=13070 MPa,则相似常数CE可取1。

3 模型静力试验

3.1 位移与应变的测点布置

模型桥为拱桥,其主要受力部位是拱肋。因此,将位移和应变的测点主要布置在拱肋上。为了保证应变采集更加准确、有效,除5 — 5和5 — 5′为拱铰连接部位不布置应变片,其它拱肋截面上下缘均分别布置2个应变片,并且在桥面板下中间纵梁的中心部位布置了1个应变片,以便了解梁受力情况。测点布置图如图2所示。

  

图2 模型桥测点布置图

3.2 试验工况选取

根据模型桥的有限元分析计算,将人群荷载作用在实桥的受力情况通过相似换算为模型桥试验的荷载加载值[6]。实桥与模型桥有限元模型如图3所示。

  

图3 实桥与模型桥有限元模型

如图9,工况4最大拉压应力分别出现在1/8与7/8(对称关系)截面的上下缘。最大的拉应力为1.12 MPa,小于落叶松的抗拉设计强度9.5 MPa;最大的压应力-2.82 MPa,小于落叶松的抗压设计强度-15 MPa。

3.3 试验加载与数据采集

2.4.3 共有峰的指认及相关分析 根据MS离子峰及碎片信息与保留时间,综合对照品MS信息及文献报道的MS数据[11-14]对药材样品的指纹图谱中的共有峰进行结构归属的初步判断。通过与混合对照品MS图谱的离子峰信息进行比对,确定峰4、8、9、11、14、24、25分别是没食子酸、氧化芍药苷、没食子酸甲酯、丹皮酚原苷、芍药苷、苯甲酰氧化芍药苷、丹皮酚;推测鉴定出了29个共有峰,详见表4。

  

表1 试验工况选取工况编号工况内容工况区间/m1拱脚(1—1)截面弯矩最大(3.99,13.13)2拱顶(5—5)位移最大(4.01,9.12)3半桥偏载满布(6.56,13.13)4全桥满布(0.00,13.13) 注:均布荷载为3.74kN/m。

  

图4 各工况加载情况

4 试验数据分析

4.1 位移结果分析

如图2所示,拱肋主要位移测点为3#截面、5#截面和7#截面所对应的东西方向模型桥的位置分别为L/4、L/2和3L/4(L为计算跨径),东西面两拱脚中心位置的位移很小,可不予以分析。各工况位移情况如图5所示。

房门猛一下推开,嘭地磕在我额头上,差点儿把我撞倒。一个东洋兵冲进来,口里叽里呱啦的,抬起枪托就把我砸倒了。他反身出去,我忍着剧痛,伸手抱着他的一条腿,大声说:“我儿子在你们这儿!我是来找儿子的,你们不能把我关在这儿!”

  

图5 各工况拱肋位移实测值与计算值对比图

由图5可知,模型桥拱肋位移的实测值与计算值较为吻合,变化规律基本一致,说明有限元模型分析较为准确、可靠。试验过程的控制,数据的采集也比较合理。各工况在分级加载过程中位移值随荷载呈线性变化,模型桥处于弹性工作阶段,承载能力及安全等级较高。工况2为跨中最大位移情况,实测值为23.68 mm,计算值为22.68 mm,两者相差4.4%,在安全范围之内。

4.2 应变结果分析

如图8,工况3最大拉压应力分别出现在1/4截面的上下缘。最大的拉应力为6.72 MPa,小于落叶松的抗拉设计强度9.5 MPa;最大的压应力-7.29 MPa,小于落叶松的抗压设计强度-15 MPa。

如图6,工况1最大拉压应力分别出现在1/4截面的上下缘。最大的拉应力为7.50 MPa,小于落叶松的抗拉设计强度9.5 MPa;最大的压应力为-8.36 MPa,小于落叶松的抗压设计强度-15 MPa。

模型桥试验的加载先是预加载,以便消除连接缝隙和沉降,进入有效加载状态,同时可检查采集仪器是否正常。预加载荷载采用1-2级分级荷载[7],各工况加载采用3级加载,各级加载之间持荷10 min,并观察模型情况和分析数据有无异样之后再决定是否进行下一级加载,加载至理论值采集数据之后再逐级卸载,同时记录数据以便比照。试验的应变数据采集使用的是Test3826,位移数据采集使用的是百分表,加载重物为实验室砝码。各工况加载情况如图4所示。

  

图6 工况1拱肋上下缘应变实测值与计算值对比图

如图7,工况2最大拉压应力分别出现在1/4与3/4(对称关系)截面的上下缘。最大的拉应力为4.84 MPa,小于落叶松的抗拉设计强度9.5 MPa;最大的压应力-5.74 MPa,小于落叶松的抗压设计强度-15 MPa。

  

图7 工况2拱肋上下缘应变实测值与计算值对比图

应变的数据是在拱肋的上下缘分别采集的,其位置由图2可知,为1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#、9#截面,所对应的东西方向模型桥的位置分别为拱桥的各八分点位置。其中0和L位置为东西拱肋的最底端位置,而非拱铰,L/2为中间拱铰位置,应变为0(L为计算跨径)。其中应变拉为正,压为负。

[3] 易刚,龚代瑜.试论结构模型设计中的相似理论[J].国外建材科技,2004,25(5):65-66.

  

图8 工况3拱肋上下缘应变实测值与计算值对比图

依据《城市桥梁设计规范》(CJJ11 — 2011),本次模型桥试验共选择4种加载工况。试验工况选取如表1所示。

  

图9 工况4拱肋上下缘应变实测值与计算值对比图

此次模型桥在各工况作用下,最大截面拉压应力均小于落叶松的设计强度值。加载、卸载过程中挠度和应变随荷载成线性变化。试验的残余挠度和应变较小,模型桥处于线弹性阶段。整个试验过程没有出现局部失稳的现象,结构安全可靠。

5 结论

本文对某现代木结构人行天桥进行了1∶3缩尺模型桥的设计制作、静力试验和试验数据分析。通过有限元模拟进行理论的计算,对模型桥进行4个工况的划分,并具体研究了4个工况下模型桥的实测值与理论计算值的对比情况。结果表明,模型桥在各工况作用下,最大截面拉压应力均小于落叶松的设计强度值。加载、卸载过程中挠度和应变随荷载成线性变化。根据相似定理,模型桥的受力状况很好地代表了实桥的受力情况,模型桥的应变测量值与实桥计算值相吻合,位移值与实桥计算值成比例。模型桥的试验解决了实桥现场试验困难的问题,并对实桥受力状况的实时监测都有一定的意义。

参考文献:

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本文综合现有输电塔的建模方法,使用有限元软件ABAQUS,建立杆梁混合单元的耐张塔有限元模型,使用悬链线法对导线和地线进行几何找形,对绝缘子和辅助零件进行合理简化;通过构建合理的耦合关系及边界条件建立了典型的500 kV交流双回路三塔四档塔-线耦合体系的有限元模型,并分别对单塔和塔-线体系的耦合振动特性进行分析.本文结果对杆塔设计、输电线路特性研究提供了理论参考.

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放任6~8年的大樱桃树,不仅长势较强,大枝也多,树上大枝多达8~12个,主侧枝分布混乱,枝条交叉重叠严重,透光透气性能差。应用逐年疏枝的办法,疏除交叉枝、重叠枝和病虫枝。放任树疏剪后,每株保留大枝6~8个,各大枝层间距40~50 cm,保证树冠下部枝多,上部枝少,无交叉重叠枝,通风透光好,以利于花芽及优质芽形成,促进开花结果。

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杨冬冬,屈波
《湖南交通科技》 2018年第01期
《湖南交通科技》2018年第01期文献

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