甬舟鐵路西堠門公鐵兩用大橋是位于中國浙江省舟山市境內的跨海大橋,采用公鐵平層布置,兩線高鐵,兩邊通行六車道高速公路,其主跨1488米,是世界跨度最大公鐵合建大橋。
由于橋址具有“風大、浪高、水深、流急”等特點,建設條件惡劣,橋梁結構和材料的受力情況就顯得十分重要。
本實驗選取了西堠門大橋的主梁部件進行了1:1模型試驗,測定了它在不同加載工況下的應力及位移情況,并進行相應工況下的有限元分析,計算結果和試驗值是否吻合。

本試驗選取了西堠門大橋主梁曲線腹板部分板件開展了1:2縮尺模型試驗,測試試件極限承載力及試件加載全過程位移、應變演化規(guī)律,驗證試驗結果是否與理論計算保持一致。

雖然有限元軟件仿真分析技術發(fā)展飛速,大部分橋梁結構受力性能都能通過有限元軟件來模擬,然而由于橋梁主梁材料和結構的特殊性,有限元軟件在模擬主梁材料的力學性能上存在一定偏差。
模型加載物理試驗,仍是橋梁結構力學測試最直接、最準確的方法,對于橋梁結構的力學研究大都采用模型試驗的物理驗證方法,對橋梁結構構造進行模擬數據驗證。


數字圖像相關技術(DIC),通過捕捉橋梁主梁構件散斑特征在像素級別的移動,從而得到表面的全場位移、應變等。DIC技術在橋梁工程變形監(jiān)測、巖樣的破壞、混凝土材料的破壞等研究中的應用均有較好的效果。
在橋梁工程中,由于橋梁主梁在加載后整體變形非常小,同時造成裂縫寬度的變化量非常小,利用新拓三維XTDIC全場應變測量系統(tǒng),可對橋梁結構在加載時的位移變化、裂紋擴張等情況進行較為準確的監(jiān)測。
使用XTDIC系統(tǒng)連續(xù)拍攝數字圖像,精確測量結構表面全場位移情況,從而獲取箱梁全場的應變測量響應以及裂紋的張開情況,得到箱梁加載過程中全場變形、應變及裂紋寬度張開情況的準確試驗數據。
測試加載過程中,主梁結構會有一個整體的位移,不同顏色表示不同的水平位移值,紅色表示較大的水平位移值。主梁構件模型整體位移場-軸向位移場如下圖所示:

試驗在XTDIC軟件中直接進行應變分析,輸出加載過程中主梁應變云圖,紫色的區(qū)域是壓縮應變,紅色的表示拉伸應變,板件中部在加載過程中呈現了壓縮現象,出現了壓縮應變集中。主梁構件模型整體應變場-軸向應變場如下圖所示:

截取板件中部位移分布,輸出板件面板方向位移云圖,可以看到板件中部出現帶狀波浪屈曲變形,板件關鍵位置截線位移場-截線位置位移分布如下圖所示。

模擬實驗采用新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng),對大橋主梁結構進行模型試驗,通過在不同工況載荷作用下模型構件應力測試,實時測量模型構件的表面形貌、位移以及應變,分析主梁構件的應力和位移變化規(guī)律,進而研究主梁構件的應力分布、承載能力和傳力機理等,以便于對橋梁主梁結構安全性和合理性做出參數評價。