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新拓三维应变测量在公铁两用大桥主梁受力分析

  甬舟铁路西堠门公铁两用大桥是位于中国浙江省舟山市境内的跨海大桥,采用公铁平层布置,两线高铁,两边通行六车道高速公路,其主跨1488米,是世界跨度最大公铁合建大桥。


  由于桥址具有“风大、浪高、水深、流急”等特点,建设条件恶劣,桥梁结构和材料的受力情况就显得十分重要。


  本实验选取了西堠门大桥的主梁部件进行了1:1模型试验,测定了它在不同加载工况下的应力及位移情况,并进行相应工况下的有限元分析,计算结果和试验值是否吻合。

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  本试验选取了西堠门大桥主梁曲线腹板部分板件开展了1:2缩尺模型试验,测试试件极限承载力及试件加载全过程位移、应变演化规律,验证试验结果是否与理论计算保持一致。

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  虽然有限元软件仿真分析技术发展飞速,大部分桥梁结构受力性能都能通过有限元软件来模拟,然而由于桥梁主梁材料和结构的特殊性,有限元软件在模拟主梁材料的力学性能上存在一定偏差。


  模型加载物理试验,仍是桥梁结构力学测试最直接、最准确的方法,对于桥梁结构的力学研究大都采用模型试验的物理验证方法,对桥梁结构构造进行模拟数据验证。

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  数字图像相关技术(DIC),通过捕捉桥梁主梁构件散斑特征在像素级别的移动,从而得到表面的全场位移、应变等。DIC技术在桥梁工程变形监测、岩样的破坏、混凝土材料的破坏等研究中的应用均有较好的效果。


  在桥梁工程中,由于桥梁主梁在加载后整体变形非常小,同时造成裂缝宽度的变化量非常小,利用新拓三维XTDIC全场应变测量系统,可对桥梁结构在加载时的位移变化、裂纹扩张等情况进行较为准确的监测。


  使用XTDIC系统连续拍摄数字图像,精确测量结构表面全场位移情况,从而获取箱梁全场的应变测量响应以及裂纹的张开情况,得到箱梁加载过程中全场变形、应变及裂纹宽度张开情况的准确试验数据。


  测试加载过程中,主梁结构会有一个整体的位移,不同颜色表示不同的水平位移值,红色表示较大的水平位移值。主梁构件模型整体位移场-轴向位移场如下图所示:

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  试验在XTDIC软件中直接进行应变分析,输出加载过程中主梁应变云图,紫色的区域是压缩应变,红色的表示拉伸应变,板件中部在加载过程中呈现了压缩现象,出现了压缩应变集中。主梁构件模型整体应变场-轴向应变场如下图所示:

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  截取板件中部位移分布,输出板件面板方向位移云图,可以看到板件中部出现带状波浪屈曲变形,板件关键位置截线位移场-截线位置位移分布如下图所示。

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  模拟实验采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,对大桥主梁结构进行模型试验,通过在不同工况载荷作用下模型构件应力测试,实时测量模型构件的表面形貌、位移以及应变,分析主梁构件的应力和位移变化规律,进而研究主梁构件的应力分布、承载能力和传力机理等,以便于对桥梁主梁结构安全性和合理性做出参数评价。


  


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