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结构模型试验的目的主要有两点:一是验证设计理论,另一是确定复杂结构细节的受力状态。尽管计算机技术已十分先进,有些仿真计算软件已可做到内力(应力)、变形可视化的程度,但对某些复杂的结构构造细节仍无法通过计算机很好地模拟出受力状态。所以计算机仿真不能替代模型试验研究,二者紧密结合才可为桥梁技术的发展带来更大辉煌。
猎德大桥位于广州大桥与华南大桥之间,主桥采用独塔两跨自锚式悬索桥。猎德大桥的索塔为双柱曲杆-拱形横梁门架式结构,其受力特征也与传统门架结构有明显不同。对于此种新颖的索塔结构,存在着与传统结构不同的复杂之处,其结构行为并不十分清晰,许多构造设计还没有达到完全成熟的程度。为进一步认清楚猎德大桥索塔的受力特点,确保猎德大桥索塔结构的安全,对猎德大桥索塔进行了1:10的模型试验。
模型试验以相似理论为基础,采用与原结构相同的材料。完全模似施工过程和成桥后结构的整体受力。根据猎德大桥索塔力学性能试验的要求进行了模板的设计、模型材料的选定、力加载装置的模拟以及试验测试方案的设计。试验证明,猎德大桥索塔无论是整体还是局部都是安全可靠的。实际施工顺序和工法是合理的,检验了塔身结构设计和构造细节的合理性,对实桥施工起到指导作用。
采用大型有限元软件ANSYS对猎德大桥索塔进行建模,计算在不同实验工况下结构的应力和变形,并对理论计算值与试验值进行了对比。整体上理论计算值与试验值是吻合的。检验了索塔整体静力性能和设计计算理论的合理性。
本文的模型试验方法也可应用其他桥梁结构模型实验中,实验和计算结果也可为同类自锚式悬索桥的设计起到参考借鉴作用。