采用有机玻璃材料制作试验模型进行分段拼装加载

采用有机玻璃材料制作试验模型进行分段拼装加载
采用应力应变电测技术对大跨变高度薄壁宽箱梁的剪力滞效应进行模型试验分析,笔者采用有机玻璃材料制作了试验模型,目的是通过对两个悬臂梁模型进行分段拼装加载,然后合拢试验,研究薄壁宽箱长翼板悬臂梁在分段浇注施工过程中箱梁自重以及合拢后二期恒载作用下剪力滞效应变化规律。

试验模型制作及测点布置试验模型取河耳沟桥中跨箱梁尺寸为原型,试验模型按1∶100的比例制作,模型长度为198cm.为了简化模型制作难度,全桥顶板采用等厚度6mm,腹板按比例缩放,底板为分节段等厚度,该厚度值为每节段底板厚度的平均值。

为了模拟施工过程中自重引起的剪力滞效应,在距根部距离3cm截面、中跨1/8截面(距根部24.5cm)、中跨1/4截面(距根部49cm)、跨中截面布置测点,每个截面顶板布置9个应变测点,底板布置5个测点,测点布置位置及编号见图3.为了提高测试结果的可靠性和准确性,在悬臂阶段两悬臂对称布置测点,以供校验,全桥共计粘贴98个应变片。

为保证测试准确,粘贴电阻应变片时应尽量挤薄粘胶层,并采用放大镜校准方向,并检查确定没有夹气泡或不透明区域,并在压力下固化应变片贴胶,保证粘结质量;并采用双面不干胶粘贴接线端子,以减小接线端子对测点应力的干扰。

应变测试仪器采用YE2539高速静态应变仪,应变片采用浙江黄岩测试仪器厂生产的箔式应变片,采用三氯甲烷粘合剂粘贴,贴片区域用细砂纸打磨,保证粘贴牢固。为减少读数相对误差和减少数据处理工作量,采用全桥接法测读测点平均应变。

材料弹性模量测定及相似分析弹性模量用有机玻璃材料制作标定梁进行拉伸试验测出,考虑到试验对象变高度箱梁桥各构件均主要承受拉压应力,本试验采用拉伸标定梁测出其轴向应变和横向应变,据此算出弹性模量(N为拉伸力,A为试件横截面积,ε分别为试验测得的轴向和横向应变。

应变测试试验期间室温基本保持在1820℃,加载步骤:①准备每块件的相应配重砝码;②连接测试应变片和应变测试仪器的连线;③调试仪器,设定应变片的初值;④加载配重砝码,然后读数;⑤稳定3min后,再次读数;⑥卸载。

空间有限元数值分析为了验证模型试验剪力滞效应分析的可靠性,采用空间有限元计算软件来进行数值计算分析,是一种简捷有效的方法。因此,进行建模分析的时候,尽可能的模拟试验模型的材料特性、加载方式和边界条件等。本次有限单元分析采用空间有限元计算软件ANSYS,全部采用一种单元,SHELL63单元。

各截面箱梁中心的剪力滞系数均大于翼板边的剪力滞系数,说明必须考虑长悬臂翼缘板的剪力滞效应。

在固结截面附近,翼缘板边的应力上升趋势特别明显,且超过了梁肋和箱梁中心的应力,在固结截面,应力*不利位置为翼缘板边。

模型试验和有限元分析结果对比,悬臂施工阶段的结果对比为了对比分析模型试验结果和有限元计算结果,把悬臂阶段各截面顶板的模型试验测点的有限元计算值提取出来,见图(1)各个阶段的根部截面数据,模型试验的结果均为从板边缘到板中心应变值递减,而有限元计算值则为正剪力滞效应,梁肋处应变*大,而板边缘较小。造成两者相差较大的原因是固结截面的边界条件对薄壁长翼板宽箱梁的约束影响范围较计算值大,因此,在固结断面附近也应考虑长翼板效应。

(2)对于1/8截面和1/4截面,模型试验和有限元计算的正剪力滞效应和负剪力滞效应趋势均保持一致,说明模型试验的结果是可以作为箱梁剪力滞效应分析的参考数据。

(3)模型试验结果和有限元结果有一定的差异性,这与材料、制作误差、测量误差等有关。

合龙后二期恒载作用下的结果对比为了对比合拢后在二期均布荷载作用下的剪力滞效应,把模型试验和有限元计算的各截面顶板应变结果对比。

(1)可知,对根部截面,模型试验为从板边缘到板中心应变值递减,而有限元计算值则为正剪力滞效应,梁肋处应变*大,而板边缘较小。这与实际的固结约束影响范围和有限元计算的影响范围有关。

(2)对其他几个截面,模型试验和有限元计算值均为正剪力滞效应,且从根部到跨中,从拉应变过渡为压应变。

(3)二者的数值差异较大,与材料、制作误差、测量误差等有关。

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