三塔四跨悬索桥承载能力研究
悬索桥是大跨度桥梁的主要形式之一,因其主要杆件受拉力,利用效率较高,使其较其他结构形式更适合修建大跨度桥梁,同时悬索桥还具有跨径愈大,材料耗费愈少、造价愈低的优点,因此,悬索桥被世界各国广泛应用于特大跨度桥梁建设之中。传统的大跨度悬索桥多为双塔悬索桥,如目前世界最大跨度的悬索桥明石海峡大桥为960 m+1 991 m+960 m双塔三跨悬索桥,国内最大跨度的悬索桥润扬长江公路大桥为主跨1 490 m的双塔单跨悬索桥。大跨度三塔悬索桥作为悬索桥发展的最新成果,目前国内已建成3座,其中泰州长江大桥、马鞍山长江大桥为三塔二跨悬索桥,武汉鹦鹉洲长江大桥为三塔四跨悬索桥。作为新的结构形式,对三塔悬索桥其进行成桥静动载试验验证其承载能力非常有必要[1]。
1 工程概况
武汉鹦鹉洲长江大桥主桥采用225 m+2×850 m+225 m三塔四跨钢-混凝土结合梁悬索桥。主梁采用双铰式支承体系,中塔为钢-混凝土叠合结构,边塔为混凝土结构。中塔下横梁及两边塔下横梁上设有主梁竖向支座和横向抗风支座,同时,在两边塔下横梁上设有纵向液压阻尼装置。武汉鹦鹉洲长江大桥是武汉市首座8车道长江大桥,设计荷载为公路-I级,设计车速为60 km/h,大桥于2014年12月28日正式建成通车。
2 三塔四跨悬索桥结构特点
1) 中塔受力复杂。本桥的主缆从锚碇起经过一个边跨和一个主跨后才到达中塔,主缆对中塔塔顶的约束相对较弱,在荷载作用下,中塔承受的水平力及其两侧主缆的水平力将根据刚度比通过变形来达到平衡,因此中塔本身刚度的大小将直接影响到多塔连跨悬索桥全桥的变形和受力特点[2]。
2) 钢-混组合梁。钢-混组合梁是钢梁和所支承的钢筋混凝土板通过抗剪连接件组合成一个整体而共同工作的梁。组合梁能更好地发挥钢的抗拉性能和混凝土的抗压性能[3],而钢-混组合梁中钢材和混凝土的应力分布情况是近年来钢-混组合梁受力情况研究的重点。
3) 几何非线性显著。本桥具有塔柱高、跨度大、结构柔的特点。主跨跨度大,结构整体几何非线性影响明显。活载内力计算时应考虑结构恒载的初始内力状态对结构刚度和几何非线形分析的影响[4]。
在静载试验荷载作用下,各测试工况作用下组合梁各应力测点应变校验系数为0.62~0.88,主塔各应力测点应变校验系数为0.56~0.88,校验系数均小于1,表明主梁和主塔的整体抗弯强度满足设计及规范要求。
5) 动力特性复杂。本桥跨度大,塔柱高,桩基和土之间的相互作用对结构的动力影响大,因此,桩土效应不能忽略。同时由于桥梁跨度大,桥梁基频低,试验时需选用高精度拾振器测试其结构自振频率。
3 静动载试验内容及方法
3.1 静载试验测试内容
理论活载计算最大索力增量为中塔附近62号索(62sa,62xa,62sb,62xb),4根索的实测索力增量分别为196,205,181及191 kN,计算值为290 kN,索力校验系数为0.62~0.71,实测值小于计算值,表明斜拉索受力满足规范要求。
式中:Ω⊂Rn为有界区域,∂Ω适当光滑,n是Ω的单位外法线向量;ρ为流体密度;为渗流场流体速度;p为渗流场流体压强;μ为黏性系数;K(u)>0为可选择渗透函数;β和Qm为已知有界光滑函数.
1) 温度测试。本桥为大跨度桥梁,具有塔高、跨度大的特点,结构变位受温度影响显著,计算结果表明,环境温度每升高1 ℃,主梁主跨跨中下挠19 mm,塔偏向中跨偏位2 mm。本次试验加载车辆多,加载时间长,特别是跨中最大挠度加载工况的加载车辆达54台车,加载时长近30 min,加载前后的温度变化直接影响挠度和塔偏的测试精度,因此,试验时需测试环境、桥梁的温度场。温度场测试包括塔、组合梁、主缆、吊索、大气5部分的温度。
规范中钢结构的应力校验系数常值为0.75~1.0,预应力混凝土桥应力校验系数常值为0.60~0.90。实测应力校验系数较规范常值略微偏小,经查阅资料,马鞍山长江大桥在静载试验荷载作用下,主梁应力校验系数为0.60~1.05,主塔应力校验系数为0.62~1.04,本桥应力实测校验系数基本在马鞍山长江大桥应力校验系数范围内。
2) 中塔钢-混接头处应力测试。鹦鹉洲长江大桥中塔采用钢-混叠合结合的结构,这种新颖的混合塔柱受力复杂,试验时除了对规范要求的塔脚截面应力测试外,还需对钢-混接头位置附近的钢结构、混凝土结构的应力分别进行测试。
随着教育的不断改革与深化,数学教学已经朝着培养学生核心素养全面发展,面对这个问题,除了在设计教学目标和课堂教学之外,很多教师还会在课后练习中为学生留下一些开放性的作业,这样不仅可以激发学生对于数学知识的学习兴趣,巩固学到的数学知识,还能提高他们的应用意识,提升他们的数学核心素养。
3) 伸缩缝位移测试。伸缩缝位移直接关系到行车的舒适性,为降低活载作用下的伸缩缝位移,本桥采用纵向半漂浮体系,试验时需对梁端伸缩缝位移进行测试。
4) 中塔扭转效应测试。由于两主跨的跨度较大,导致中塔的扭转效应明显大于两塔悬索桥,因此在试验过程中应对中塔的扭转效应进行测试[5]。
5) 支座工作状态观测。本桥主梁采用四跨简支钢-混结合梁,主梁在边、中塔及边墩处均设置竖向抗压支座,在中塔、边墩处设纵向固定支座。由于中塔处支座竖向和纵向均进行了约束,导致该处支座受到的竖向力和剪力均较大,加载过程中需观测各支座是否工作正常。
3.2 加载效率的确定
依照JTG/T J21-01-2015 《公路桥梁荷载试验规程》的要求,成桥静动载试验以设计荷载作为控制荷载,试验加载效率宜控制在0.85~1.05之间。由于本桥跨度较大,规范规定的部分主要工况的加载效率满足规范要求时,其他主要工况的加载效率可能超过规范限值(如主塔顺桥向最大偏位的加载效率达到85%时,主跨跨中挠度的加载效率会超过105%)。根据资料调查,在马鞍山长江大桥(主跨2×1 080 m三塔两跨悬索桥)、泰州大桥(主跨2×1 080 m三塔两跨悬索桥)及武汉阳逻长江大桥(主跨1 280 m的双塔悬索桥)的成桥荷载试验时出于谨慎考虑,均对部分工况(如桥塔塔顶顺桥向最大位移、锚跨索股最大索力、塔顶最大扭转等)的加载效率进行了适当调整,实际加载效率在50%~80%之间,从而达到既能保障桥梁结构安全,又使静载试验仍能满足检验设计、验证桥梁结构工作性能的目的。考虑到实际运营时大量荷载同时作用于桥梁结构上出现的概率较低,经质监部门和桥梁管养单位同意,本次试验加载工况的加载效率适当予以了降低,实际加载效率如下:
1) 主梁最大内力及挠度加载工况。加载效率控制在80%~100%之间。
2) 吊索索力最大增量加载工况。加载效率控制在80%~100%之间。
规范中未给出塔偏校验系数的常数值,经查阅资料,马鞍山长江大桥在静载试验荷载作用下,塔偏校验系数在0.90~0.98之间,与本桥的塔偏校验系数相当。
综上所述,盆底肌力减退后,盆底肌肉的慢性损伤是存在的,可通过生物反馈+电刺激治疗盆底肌力,使其功能得到一定的恢复,但最根本的方法在于预防产后PFD的发生。首先,在孕期应当严格控制孕期体质量的快速增长,防止盆腔脂肪的填充和过重子宫及胎儿对盆底肌力的慢性牵拉和损伤。其次,孕期进行盆底肌肉提肛锻炼,这样可以促进孕妇盆底血液循环,提高其盆底肌肉张力,预防阴道助产或会阴侧切的发生,进一步保护产妇的盆底功能。再者,对于盆底肌功能降低明显的产妇,产后尽早进行生物反馈+电刺激治疗,使盆底肌肉早日康复,为膀胱尿道提供结构支撑作用,增强尿道括约肌的力量,预防PFD的发生。
挠度加载时主要挠度测点的挠度校验系数在0.91~0.96之间,接近规范中挠度校验系数常数值(0.75~1.0)的上限。经查证,马鞍山长江大桥、泰州长江大桥及阳逻长江大桥等大跨度悬索桥静载试验时主要挠度测点的挠度校验系数分为介于0.96~1.0之间,0.92~1.0[7]之间及0.99~1.0[8]之间,与本桥的挠度校验系数相当。
3.3 动载试验
动载试验分为脉动试验和强迫振动试验。其中脉动试验在空载的情况下测试桥梁的自振频率、阻尼比和结构阵型;强迫振动试验模拟车辆的实际运营情况,分为跑车试验、会车试验和跳车试验,分别测试桥梁在车辆荷载作用下的强迫振动响应。
鹦鹉洲长江大桥主跨跨度大,桥梁基频低,理论计算的一阶自振频率为0.097 Hz,试验时选用991型超低频测振仪测试其结构自振频率。本桥为8车道,车道折减系数为0.5,跑车试验和会车试验时采用4台300 kN加载车进行试验,跳车试验采用1台300 kN的加载车进行试验。动挠度采用结构动态位移监测系统(SDDMS)进行测试。
4 静载试验主要测试结果
4.1 主梁挠度
本次试验对汉阳侧主跨跨中最大挠度和汉阳侧主跨1/4跨最大挠度分别进行了加载,加载车辆分别为54台和48台。挠度测试选用高精度、高效率的桥梁挠度仪[6]进行测试,实现了加载到位后3 s内完成全桥挠度测点的测试工作,有效地降低了测试过程中温度变化和人为转站产生的测试误差,提高了试验效率。对主跨跨中最大挠度加载时,实测组合梁挠度最大值为2 005.6 mm,计算值为2 095.91 mm,校验系数为0.96;对主跨1/4跨最大挠度加载时,实测组合梁挠度最大值为1 574.5 mm,计算值为1 721.6 mm,校验系数为0.91。在主跨跨中挠度加载工况下主梁挠度曲线见图1,该工况荷载效率94.9%,将该测试挠度值换算为设计荷载时的挠度值为2 113.4 mm,挠跨比f/L为1/402.2,表明结构刚度满足设计规范要求。
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图1 汉阳侧主跨跨中挠度加载工况主梁挠度结果
各组大鼠血清饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸含量测定结果见表2、表3。分别对测得的32种血清游离脂肪酸含量按照饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸进行分类统计,结果见表4(其中,C6:0、C8:0、C10:0、C11:0、C13:0、C14:1、C15:1、C16:1、C20:5N3、C20:2、C22:2、C23:0在血清中含量太低,只有个别大鼠能检测到,因此未能纳入统计)。
4.2 主塔偏位
试验中对中塔及边塔上下游塔顶偏位进行了测试。在中塔顺桥向最大偏位加载工况下,中塔塔顶偏位测试结果见表1。
我指的是在这个房间里,我看到萍萍听了我的话以后,脸上的肌肉抽了两下,我心想这是微笑吗?我问萍萍:“你怎么了?”
表1 中塔顺桥向最大偏位工况下中塔塔顶偏位结果
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测点位置实测值/mm计算值/mm校验系数中塔上游侧塔顶4494750.95中塔下游侧塔顶4624750.97
由表1可见,中塔塔顶上下游实测值分别为449 mm和462 mm,计算值为475 mm,校验系数在0.95~0.97之间,校验系数均小于1,表明主塔整体抗弯刚度满足设计及规范要求。
3) 桥塔塔顶顺桥向最大位移、锚跨索股最大索力、梁端纵向最大偏位加载工况:加载效率控制在50%~70%之间。
2017年初,中国足协通过官方网站发布了北京国安俱乐部完成转让的公示,中赫置地公司收购国安俱乐部的64%股权,球队的名称变更为北京中赫国安俱乐部。据人民网报道,中赫集团为了收购国安足球俱乐部,愿意出资35.5亿元认购国安足球俱乐部64%的股权。以此价格,国安估值达到了55.5亿元。
4.3 主梁及主塔应力
4) 温度效应复杂。温度场对超大跨度悬索桥的影响显著,另外,主桥采用了钢材和混凝土2种不同传热属性的材料,使得本桥的温度场分布和效应的复杂程度远大于一般的大跨度悬索桥。
例9(2013全国Ⅰ卷·理17)在△ABC中,为△ABC内部一点,∠BPC=90°.(1)若求PA;(2)若∠APB=150°,求tan∠PBA.
4.4 吊杆索力增量
桥梁成桥静动载试验是桥梁验收的重要依据,目前桥梁静载试验内容主要根据JTG/T J21-01-2015 《公路桥梁荷载试验规程》确定。依照该规范,悬索桥静载试验测试内容主要包括:①加劲梁最大正弯矩截面应力及挠度;②主塔塔顶纵向最大水平位移及塔脚截面应力;③塔、梁体混凝土裂缝;④最不利吊杆索力增量;⑤主缆锚跨索股最大张力增量;⑥加劲梁梁端最大纵向位移漂移。其中①-④项为必测工况,⑤~⑥项为选测工况。综合本桥结构特点,建议试验时增加以下测试内容:
规范中未给出吊杆索力增量校验系数的常数值,经查阅资料,马鞍山长江大桥在静载试验荷载作用下,索力增量校验系数为0.61~1.03,本桥吊杆索力增量实测校验系数基本在马鞍山长江大桥吊杆索力实测校验系数范围内。
在所有模型结果中,Score回归系数始终显著为正,说明融资约束综合指标越大,融资约束程度越小,企业对外直接投资倾向越大。混合截面回归下,融资约束综合指标每上升1个单位,公司发生对外直接投资行为的可能性会提高4.8%;面板数据回归下的边际变化率降低至3.9%。SA指数在所有模型中的估计系数均为负,且在1%水平下显著,说明SA指数越大,融资约束程度越严重,对外直接投资倾向越小。以上结果进一步证实了融资约束会对企业对外直接投资产生抑制作用。
4.5 其他测试成果
在静载试验过程中,实测最大伸缩缝位移和梁端位移分别为47 mm和45 mm,伸缩缝位移量较小,对行车的舒适性影响较小。试验中对加载过程中的主梁、主塔及支座等关键部位进行了观测,观测过程中未发现主梁、主塔关键部位产生裂缝,各支座工作正常,桥梁其它构件均未出现异常情况。
P9= cψψ9/mb,P"= (cψψ- sψψ9 2)/mb,P= (cψψ- 3sψψ9ψ- cψψ93)/mb,
5 动载试验结果与分析
5.1 自振特性分析
鹦鹉洲长江大桥为大跨度柔性结构[9-10],表2为前十阶脉动试验的自振频率测试结果。结构前十阶自振频率为0.097~0.261 Hz,实测自振频率为0.103~0.310 Hz,实测值均大于计算值,表明结构的整体动力刚度满足要求。
表2 鹦鹉洲长江大桥自振特性
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阶数计算频率/Hz实测值/Hz阻尼比/%备注10.0970.1030.19一阶竖向反对称弯曲20.1280.1350.41二阶竖向反对称弯曲30.1590.1650.70三阶竖向对称弯曲40.1810.1880.61三阶竖向反对称弯曲50.2000.2080.34一阶非对称扭转弯曲60.2050.2150.39二阶对称扭转弯曲70.2080.228三阶非对称扭转弯曲80.2140.248五阶竖向反对称弯曲90.2380.2680.32四阶竖向对称弯曲100.2610.310四阶非对称扭转弯曲
5.2 强迫振动试验结果分析
采用4台车进行跑车试验和会车试验,跑车工况下,主梁实测竖向振幅最大值为6.04 mm,发生在以50 km/h跑车时主梁跨中截面测点处;会车工况下,主梁竖向振幅最大值为4.46 mm,发生在以60 km/h行车时主跨跨中截面测点处。
根据国家对实施最严格水资源管理制度考核的相关要求,结合汉江流域特点,初步拟定汉江流域实施最严格水资源管理制度技术评估指标体系及权重,包括两个方面15项指标。其中:最小流量(水位)、年下泄水量、高锰酸盐指数和氨氮指标等断面指标是根据流域管理要求增加的,取水许可制度有效实施率、计划用水管理率、水资源管理责任和考核制度落实率、水资源监控管理体系覆盖率等指标在国家考核要求的基础上定量化。考虑到流域和区域管理要求,长江水利委员会负责对流域内省级行政区的监督管理和技术评估工作,省级行政区负责对流域内所属市、县行政区域的监督管理和评估考核工作。
跑车试验和会车试验时,结构受迫振动频率约在3 Hz左右,实测自振频率在0.103~0.310 Hz之间,运营车辆的引发的受迫振动频率与结构自振频率相差很大,不会出现共振现象。实测桥梁冲击系数平均值为0.03,冲击系数小于JTG D60-2015 《公路桥涵设计通用规范》的设计值0.05。
6 结论
1) 对三塔四跨悬索桥静动载试验的测试内容,在JTG/T J21-01—2015 《公路桥梁荷载试验规程》规定的测试内容的基础上,建议增加温度测试、中塔钢-混接头处应力测试、伸缩缝位移测试及中塔扭转效应测试等内容。
2) 对三塔四跨悬索桥静动载试验的加载效率予以适当降低,并给出了主要工况加载效率的建议值。
3) 将武汉鹦鹉洲长江大桥的结构校验系数与规范常数值、马鞍山长江大桥、泰州长江大桥及阳逻长江大桥的实测结果进行了对比分析,供其他类似桥梁参考。
参考文献
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