斜拉桥运营期变形监测及结果分析
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摘要：建立了运营期间彭溪河特大桥变形监测系统，并进行了极端温度条件下夏季、冬季两期的测试工作，利用有限元软件GQJS对桥梁结构在温度静力作用下的响应进行了计算分析，结合实测结果讨论了温差影响下结构位移、挠度和索力的变化情况，分析结果可以为桥梁的科学管理和监测提供参考。
关键词：斜拉桥；变形监测；温差影响；索力测试
Abstract: Built during the operation of Pengxi River bridge deformation monitoring system, and the extreme temperature conditions in summer, winter two tests, using the finite element software GQJS on bridge structure under temperature static response is analyzed, combining with the measured result is discussed under the influence of temperature difference, deflection and displacement of structure the force of the cable changes, the analysis results can provide the bridge science management and monitoring to provide reference.
Key words: cable-stayed bridge; deformation monitoring; temperature; cable force test
中图分类号：U448.27文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
1引言
运营期间大跨度斜拉桥处于自然环境中，受日照和季节性温差等因素的影响，以及车辆荷载的作用，都使得桥梁结构发生不同程度的变形，桥梁的安全状态是交通管理部门十分关心的问题，建立桥梁变形监测系统以全面监视和分析桥梁安全显得十分重要。
本文通过对依托工程彭溪河特大桥建立变形监测系统，并进行了极端温度条件下夏季、冬季两期的测试工作，获取了桥梁各部位结构的变形信息，并与理论计算进行对比分析，了解其中规律和发展趋势，同时为桥梁的科学管理提供经验数据。
彭溪河特大桥位于沪蓉高速公路重庆境内云阳—万州段，桥型为预应力混凝土斜拉桥，桥幅为整体式，桥梁全长为1001.00m，于2008年10年竣工，至第一期监测已运营3年。
主桥桥跨组合为158m+316m+158m，主桥长632m；结构形式采用双塔、双索面、密索、对称扇形布置、预应力砼倒梯形断面主梁、塔梁分离的漂浮体系结构。两岸各设一辅助墩，辅助墩距交界墩49.225m。引桥采用4×40m＋4×40m先简支后连续T形梁桥和1×40m简支T形梁桥，主梁采用预应力砼分离式倒梯形断面，索塔采用“H”形索塔、空心薄壁箱型截面，基础采用钻孔灌注桩基础。桥面净宽：0.50m(防撞护栏)＋10.75m(行车道)+2.00m(中央分隔带) ＋10.75m(行车道)+ 0.50m(防撞护栏)，桥梁全宽24.50m；
2监测内容及测点布置
本文主要研究对象为斜拉索主桥，主要监测内容和测点布置方法如下：
（一）监测内容有索塔变形、桥面平面及挠度变形、伸缩缝伸缩量、斜拉索恒载索力。
（二）桥面平面与挠度线形按路面左、中、右设置3条测线，挠度测点沿桥纵向在每根斜拉索对应的截面处布设，平面测点在桥跨跨中、L/4、支点等控制截面布设。
（三）索塔变形测点设置在塔柱项部和塔柱中部，监测其水平位移和竖向位移。
（四）伸缩缝伸缩量测点在每道伸缩缝两端处设置观测断面，监测其伸缩量变化。
3测试情况
变形监测工作在高速公路运营期内进行，为排除车辆荷载的影响，采取断道交通组织措施，为避免日照温差的影响，安排晚上后半夜时段气温相对稳定的条件下进行测试。
表3-1现场监测情况一览表
4理论计算
采用目前国内有相当声誉的结构有限元分析软件包（GQJS）进行静力分析，全桥离散化模型总计412个单元，其中桥面系单元208个，非桥面系单元96个，拉索单元102个，支撑杆件6个，总节点数302个。GQJS建立的有限元计算模型见图4-1。
图4-1有限元分析结构离散图
5监测结果
第一期夏季与第二期冬季两期温差为19.6℃，将实测数据与桥梁结构降温19.6℃条件检算结果进行比较分析，监测成果分析整理如下：
（1）索塔变形监测结果
在降温状态下，两座索塔各部位竖向位移均为向下，且与计算值相吻合，索塔混凝土因温度降低而均匀地收缩变形。
两座索塔塔顶水平位移变形趋势与理论值分析基本一致，均向江中心侧水平位移，万州塔与计算值相吻合，云阳塔则比计算值较小。
表5-1索塔变形测试结果表
注：表中水平位移正值表示顺桥向，负值表示逆桥面；竖向位移正值表示向上，负值表示向下。
（2）桥面平面变形监测结果
在降温状态下，主梁的水平位移变形以主跨L/4处附近为位移不动点，两侧主梁往不动点靠拢位移。最大位移为万州向梁端向江侧偏移了132mm，云阳向梁端向江侧偏移了95mm。主梁位移变形趋势与计算位移方向基本吻合，万州梁端位移稍大于云阳梁端。
图5-1主桥纵向位移变化图
（3）桥面挠度监测结果
第二期桥面挠度线形左、中、右线最大挠度值均位于主跨跨中部位，主桥整体挠度变形曲线较对称，索塔截面的实测挠度与计算值基本吻合，曲线变化与计算值趋势基本一致，但两侧边跨实测值均稍大于计算值，从两边跨的细微变化可以发现，万州边跨挠度变化稍大于云阳边跨。
图5-2主桥挠度变化图
（4）伸缩缝监测结果
伸缩缝在降温状态下，各道伸缩缝伸缩量均呈扩张状态，伸缩量与计算值吻合，且两端伸缩量基本相同。
表5-2伸缩缝伸缩量测试结果表
注：表中正值表示扩张，负值表示收缩。
（5）斜拉索恒载索力测试结果
第一期（2011年8月夏季）和第二期（2012年2月冬季）绝大多数斜拉索测试固有频率及推算的索力相同，个别拉索有较小差值，最大差值为万州主塔江侧N15#拉索，相对偏差为6.71%，表明目前该桥斜拉索受力处于正常工作状态。
测试结果也表明在温度相差较大的冬天与夏天所测试的拉索拉力没有明显变化，即斜拉桥成桥后温度变化对索力改变影响很小。
图5-3云阳侧主塔路线左侧拉索索力图
（6）综合各项测试结果分析：
①斜拉桥受季节温差静力作用引起结构位移，主要包括主梁的竖向挠度、梁端水平位移、主塔的侧向位移。
②在整体降温条件下，桥墩的高度越高，混凝土收缩越大。由实测结果分析可见，云阳交界墩比万州交界墩身高，云阳墩收缩量比万州墩大，引起了主桥整体受力微小变化，斜拉桥上部结构对称但整体变形不完全对称，主梁云阳梁端挠度比万州侧大，两座索塔水平位移量不同步、万州梁端水平位移稍大。然而从索力测试结果分析，这种受力变化量较小，对全桥的索力无明显影响。
③索力的测试结果表明在温度相差较大的冬天与夏天所测试的拉索拉力没有明显变化，即斜拉桥成桥后温度变化对索力改变影响很小。
④由挠度曲线图可以看出，两侧边跨挠度计算值呈线性变化，而实测值挠度略有挠曲，计算与实测存在偏差。结合索力测试结果分析原因为在进行有限元分析时，因将系统温差分解为主塔温差、索塔温差和斜拉索温差分别进行考虑，不同材料测试的温差是不相同的。
6结语
选取夏季、冬季极端温度条件定期对斜拉桥进行变形监测，并通过使用有限元分析软件按实测条件模拟检算，分析结构的变形状态，建立桥梁变形数据库，对运营期斜拉桥的监测和安全管理是可行的和非常必要的。
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