阿深线黄河大桥主塔鞍座尺模型试验方案

二. 试验目的
1) 了解主塔鞍座内管与环氧钢绞线之间的摩擦系数，提供施工阶段斜拉索的抗滑移能 力，保证该桥施工阶段的结构安全性； 2) 了解主塔鞍座处的受力特点及应力分布，确定主塔鞍座区的劈裂荷载，确保主塔鞍 座区结构安全性和可靠性。
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三. 试验机理
1) 施工阶段斜拉索抗滑移试验机理 在本桥施工阶段，主塔两侧施工荷载的差异将导致斜拉索不平衡索力，由于施工 阶段鞍座两侧抗滑锚筒内未灌注环氧砂浆，其抗滑移性能弱，此时斜拉索抗滑移能力 主要由鞍座内管与钢绞线之间的摩擦力提供。为此，有必要通过试验研究分析鞍座内 管壁与钢绞线之间的摩擦系数。 施工阶段主塔鞍座处斜拉索抗滑移能力主要由鞍座内管与钢绞线之间的摩擦力提 供，当主塔鞍座两侧拉索索力差超过它们之间的摩擦力时，拉索就会产生滑移。为此， 本试验的试验模型及相关理论分析和计算均以此为出发点。主塔两侧斜拉索索力差分 析模型见图 1，图中 P 为两侧平衡索力，△P 为一侧增加索力，f 为均布摩擦力。 根据图 1 和公式推导可知，摩擦系数 u 的计算公式为： P R (公式1) P P / 2 L 只要测出鞍座实际平衡索力 P 和 索力差△P， 根据上式即可得出摩擦系 数 u。 2) 鞍座结构受力试验机理 为了解鞍座内部应力分布、内部 的横向劈裂应力及外表面应力分布特 点，在结构内部布置多个测点，主要 布置在鞍座四侧，测量鞍座内部不同 部位的受力情况，并在试验结束后观 测索鞍内部的破坏情况。
图 1 主塔两侧斜拉索索力差分析
四. 试验模型
1) 鞍座模型 为了解本桥主鞍座的上述性能，通过对试验目的、主塔鞍座结构试验能力和试验 可靠性等方面进行综合分析比较，确定试验模型按 1：1 足尺进行设计和制作。 根据本桥主塔鞍座设计参数，本试验选择一号塔(50#墩)上一号索鞍座，其主要参
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数如下： 斜拉索组成：15-34 斜拉索角度(水平夹角)：左侧 39.3444°，右侧 39.1030° 鞍座弯曲半径：R=400cm 鞍座总长度：L=578.8cm 鞍座制作完毕后，预埋于模拟主塔的节段中，主塔节段模型的钢筋布置、鞍座空 间定位及定位精度均按本桥主塔设计图进行设计。鞍座模型总体布置见图 2。
阿深线黄河大桥主塔鞍座尺模型试验
试验方案
一. 概述
阿深线黄河大桥主桥为八孔七塔(85+6×140+85)m 双索面部分预应力砼斜拉桥， 全 桥一联共长 1010.24m，桥宽 37.4m，采用塔梁固结、塔墩分离的体系。主塔截面为钢 筋混凝土独柱实心矩形截面，顺桥向宽 6m，横桥向厚 1.7m。塔身上部设有鞍座，鞍座 采用分丝管结构，环氧钢绞线独立穿过鞍座内部各分丝管。分丝管为 HDPE 管，外侧 为焊接钢箱，钢箱与分丝管之间灌注 C50 高强水泥浆。鞍座两侧设有抗滑锚筒，以抵 抗施工后斜拉索两侧的不平衡力。斜拉索采用平行钢绞线体系，每根拉索由 34 根 Ø15.24 高强低松弛环氧涂层填充型钢绞线组成。
图2 2) 反力梁模型
鞍座模型图
为真实反映实桥主塔鞍座区受力特点，避免因试验鞍座模型与反力梁相互影响， 设计的模型为鞍座与反力梁分离的模型，为预应力混凝土结构，见图 3。
图 3 试验用反力梁模型
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3) 模型制作要求 试验模型需严格按设计图进行制作，并制定相应的施工工艺。由于反力梁设计模 型为混凝土结构，为此需专业设计人员进行混凝土钢筋配筋和预应力设计计算，方能 达到实际使用要求。鞍座和反力梁模型采用的混凝土标号分别为 C50 和 C40。
七. 索鞍的解剖
为验证索鞍内部结构的可靠性及内部灌浆料的密实性，对完成上述试验后的索鞍 进行断面解剖，直观其结构的可靠性。
八．试验数据采集、整理与分析
根据试验人员配备情况，聘请国内知名的专家进行应变片的埋设与试验数据的采 集与整理分析工作。各方条件许可时，可采用有限元分析方法对本次试验进行分析， 并与试验结果进行比较，以理论联系实际，得出本桥鞍座受力结构特点的最适结论。
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5) 上述两次试验实测斜拉索滑移时最大索力差平均值△P； 6) 根据公式一计算出鞍座内管与钢绞线之间的摩擦系数 u。 2) 鞍座结构受力试验方法 为减小温度变化对应变测试数据的影响，试验应选择在阴天进行。试验内容分两 部分：①测试各应力测点在各级载荷下应变值；②利用各测点测试值的变化及时判断 混凝土内部裂缝出现时机，观察结构表面裂缝开裂载荷。 本桥拉索设计索力为 0.45Py，即 3980KN，本试验最大索力取 0.85Py，即 7514KN， 为设计最大索力的 1.89 倍。 为更好地分析鞍座受力特点，确定结构的劈裂载荷，了解鞍座在哪一级下处于线 弹性范围或弹性范围内，同时也为了得到比较可靠的试验结果，整个设计模型分四次 加载。 第一次加载至设计载荷的 1.0 倍(即 3980KN)， 第二次加载至设计载荷的 1.2 倍(即 4776KN)， 第三次加载至设计载荷的 1.5 倍(即 5970KN)， 第四次加载至设计载荷的 1.89 倍(7514KN)，每次加载测试结束后均卸载归零。每次加载均详细记录各测点应变值， 并绘出图表，以得到应力应变情况，了解结构内部出现开裂的时机。 本试验加载过程时， 用 2 台千斤顶左右对称张拉至上述平衡索力 P， 然后左侧持荷， 右侧千斤顶继续加载至(P+△P)， 其中△P 可根据前述的摩擦系数 u 由公式 1 计算得出。 然后右侧千斤顶卸载至 P，继续加载至 P+△P，如此反复 10 次，作为活动荷载不平衡 索力对索鞍性能影响的研究。
根据试验目的，本试验分两阶段进行。首先进行鞍座内管与钢绞线摩擦系数的测 定；其次进行鞍座内部受力情况的测定。 1) 鞍座内管与钢绞线摩擦系数试验方法 鞍座内管与钢绞线摩擦系数，选取有代表性的单根钢绞线进行测定。 试验步骤： 1) 两侧同时施加平衡索力 P=0.45X261=117.5kN； 2) 右侧千斤顶持荷 明显滑移； 3) 两侧索力全部卸载后再同时施加平衡索力 P； 4) 左侧千斤顶持荷 P，右侧千斤顶持续加载，使索力差不断增加至(P+△P2)直至 拉索出现明显滑移；
五. 模型测点布置
为达到试验目的 2)的要求，测试鞍座内部应力分布，在鞍座内部布置多个应力计， 主要布置于鞍座四侧，测试鞍座受载荷后其内部应力及断面横向劈应力。沿鞍座轴线 方向共布置 28 个应变元件，测量鞍座内部不同部位的受力情况。测点布置见图 4。
图 4 试验模型内传感器测点布置图
六. 模型试验方法