桥梁智能测力盆式支座及性能分析.pdf
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1、铁路与公路四川建筑第43卷第4期桥梁智能测力盆式支座及性能分析邓万军1,王剑明2,4,刘源保,邓宇4,丁兴平4(1.江西省交通投资集团有限责任公司项目建设管理公司,江西赣州3416 0 0;2.西南交通大学,四川成都6 10 0 31;3.江西省交通投资集团有限责任公司赣州管理中心,江西赣州3416 0 0;4.成都济通路桥科技有限公司,四川成都6 11430)【摘要】针对大广高速南康至龙南段扩容工程复杂地质条件下桥梁多支点受力监控需求,研制了一种新型智能测力支座。介绍了其结构构造与测力原理,并采用ABAQUS软件建立了支座的有限元模型,分析了受力状态下各部件的应力特性,并对支座的力学性能及无
2、水平转角与0.0 2 rad水平转角下的测力性能开展了试验研究。研究结果表明:支座各部件的最大等效应力均小于设计容许值,强度满足要求;支座的承载力满足规范要求;支座无水平转角与0.0 2 rad水平转角下的测力性能均满足设计要求,为该项目的应用提供了理论及试验依据。【关键词】测力盆式支座;性能研究;数值模拟;力学性能;测力性能【中图分类号】U443.360引言桥梁支座,作为连接桥梁上下部结构的关键构件,其性能好坏将直接影响桥梁的寿命和服役安全 。传统的支座本身不具备测力功能,需要测力时通常需借助千斤顶、临时支撑等辅助设备,其工艺复杂、施工难度大、成本高,随着技术的发展与进步,测力支座的应用需求
3、逐步增多。国内外学者对测力支座的性能开展了大量研究,Chang等 2 基于光纤光栅传感器,开发了一种测力支座;朱全军等 3 基于支座反力监测提出了一种桥梁动态称重方法,并通过理论模型、数值模拟及试验研究论证了其可行性;裴荟蓉等 4基于液压原理对测力支座的稳定性能进行了试验研究;郑晓龙等 5 将溅射薄膜传感器和光纤传感器应用于支座上,形成新型测力支座,并对其测力特性及工程应用进行了相关研究;吴辉琴等 6 通过在支座内部开槽粘贴传感元件等方式设计一种智能盆式橡胶支座,并通过有限元模拟及试验研究验证其性能。目前,对智能测力支座的研究主要集中在测力性能的验证上,普遍需要对现有支座进行较大改造,传感元件
4、的更换问题有待研究,无法满足现有桥梁对支座力监测和实用的要求。本文基于大广高速南康至龙南段扩能工程项目复杂地质条件及多点连续支承桥梁结构对支座的特殊需求,研发了一种智能测力盆式支座,建立了支座的有限元模型,通过数值仿真并结合试验验证的方法对支座的力学性能及测力性能展开了研究。1支座结构及测力原理智能测力盆式支座,通过将常规盆式支座中的中间钢板进行工艺与尺寸改造形成测力体,布设传感元件,并结合相应采集、传输系统,实现测力功能,其典型结构构造见图1,由上支座板、平面不锈钢板、平面滑板、中间测力体、橡胶板及下支座板等组成,在测力体四周侧壁布设应变传感器及温度100【文献标志码】A补偿器,并设有密封防
5、护措施,传感器布置见图2,图2 中温度补偿传感器未示意。传感器采用高精度、高灵敏度光纤光栅应变传感器。通过对测体力的应变进行实时采集,并基于预标定并拟合的荷载应变关系式实现支座竖向力的监测。口23L4L61上支座板;2 平面不锈钢板;3平面滑板;4中间测力体;5橡胶密封件;6 橡胶板;7 下支座板;8 铺固件图1智能测力支座结构2支座有限元模型采用40 0 0 SX智能测力盆式支座为原型,采用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值分析。为更准确模拟荷载分布的合理性,在支座上支座板上部和下支座板下部均设置了半径略大于支座板对角线长,高度为30 0 mm的C40混凝土柱 7 。支座各部件均采用C3
6、D8R六面体实体单元建模,模定稿日期 2 0 2 2-0 9-30【基金项目江西省交通厅科技项目(项目编号:2 0 2 0 C0002);四川省科技厅研发项目(项目编号:2 0 CXCPO149)【作者简介邓万军(198 3一),男,本科,工程师,主要从事高速公路建设管理工作。【通信作者王剑明(198 7 一),男,博士,高级工程师,主要从事桥梁技术研究工作。7i邓万军,王剑明,刘源保,等:桥梁智能测力盆式支座及性能分析传感器1传感器4传感器3图2 测力体传感器布置型单元总计8 7 410 个,节点总计17 47 7 7 个,有限元模型见图3。模型各部件接触面间均设置基于罚函数模型的接触对。边
7、界条件为:下混凝土柱下表面施加全约束,上混凝土柱上表面施加水平和z方向的位移约束。支座竖向力均匀施加在上混凝土柱上表面。表1各部件材料力学参数弹性模量/部件材料上支座板传感器2中间测力体下支座板平面不锈钢板06Cr18Nil1Ti改性超高分平面滑板子量聚乙烯混凝土柱C40上支座板密度/泊松比MPa(kg/mm3)Q355B2.05 10 51.90 1059003.25 10 4平面滑0.37.85 10 60.37.93 10 60.49.8 10-70.22.5 10-6中间测力体橡胶板图5支座各部件应力分布表2 支座各部件最大等效应力值部件最大等效应力上支座板118.1平面滑板25.2中
8、间测力体48.3图3智能测力支座有限元模型橡胶板支座橡胶板为天然橡胶,泊松比为0.499,其属于超弹性材料,采用Mooney-Rivlin模型模拟其力学性能 6 ,其单轴拉伸应力一应变曲线见图4。2520F15105F0图4橡胶板单轴拉伸应力一应变曲线支座其余各部件所用材料力学参数见表1。3有限元结果分析智能测力盆式支座在设计承载力(40 0 0 kN)作用下各部件应力分布状态图,见图5,由图5可知:支座上支座板、下支座板的应力最大值均出现在中心区域附近,而平面滑板由于是镶嵌在中间测力体凹槽内,受到中间测力体的侧向约束,中间测力体及橡胶板侧边均受到下支座板盆腔的约束,其应力最大值均出现在径向边
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