双塔单索面矮塔斜拉桥静载试验分析

杨善武

(合肥工大工程试验检测有限责任公司，安徽 合肥 230009)

双塔单索面矮塔斜拉桥静载试验分析

杨善武

(合肥工大工程试验检测有限责任公司，安徽 合肥 230009)

桥梁荷载试验是评价桥梁承载能力的重要措施及方法，文章通过双塔单索面矮塔斜拉桥静载试验，阐述斜拉桥静载试验测试内容及测点布置，分析桥梁在试验荷载作用下强度、刚度、拉索索力、抗裂性能及承载能力评定，对该类桥梁静载试验分析提供有益的参考依据。

斜拉桥;荷载试验;试验方案

为了确保桥梁运营安全,需对已建立或在建桥梁进行静载试验检测,测定桥梁结构在试验荷载作用下控制截面的应力和挠度,并与理论计算值相比较,以对实际结构使用性能和工作状况作出评价,了解桥梁现状及受力特性,评价桥梁承载能力是否满足设计要求,根据检测结果,提出处置措施与合理化建议,保证桥梁的安全运营,同时为桥梁的养护和管理提供可靠的资料[1-4]。

1 试验方案设计

1.1 加载原则

试验荷载的大小和加载位置的选择采用静载试验效率系数ηd进行控制,静力试验荷载的效率系数即为试验施加荷载产生的作用效应和设计荷载作用效应(考虑冲击影响)的比值一般应满足0.95～1.05之间,静载试验效率[5-6]ηd为

(1)

其中,Ss为静载试验荷载作用下控制截面的内力计算值;S为控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值;μ为按规范取用的冲击系数;ηd为静力试验荷载的效率系数。

1.2 加载方案

为使静载试验工作顺利进行,桥梁静载试验应采用科学严密的加载卸载程序,加载卸载是分级递加和递减;在正式加载前要对试验桥梁进行预加载,以发现问题及时解决。静力试验宜选择在气温变化小于2～3 ℃的时间段内进行,静力试验荷载持续时间,原则上取决于结构变形达到相对稳定所需要的时间,只有在结构变形达到相对稳定后才能观测读数,然后进入下一级荷载阶段。

1.3 测试截面及内容

静载试验应针对结构或构件主要控制截面进行,对于斜拉桥静载试验主要测试项目包括:主梁跨中最大正弯矩截面应力及挠度、拉索最大索力、主塔最大内力及塔顶纵向位移[7-10]。

2 工程实例

2.1 工程概况

某双塔单索面矮塔斜拉桥建于2013年,跨径布置为80 m+140 m+80 m,主塔高23.5 m,为钢筋混凝土独柱实心矩形截面,主塔顺桥向4 m,横桥向宽3 m;主梁为预应力混凝土整体式箱梁,箱梁主塔处高4.68 m,跨中合龙段处高2.68 m,箱梁梁高和底板厚度均按照二次抛物线变化。

道路等级:城市主干道,设计车速60 km/h,双向六车道。

设计荷载:公路-Ⅰ级;人群荷载:3.5 kN/m2。

2.2 试验方案

2.2.1 控制截面

本次静载试验共选择4个控制截面,即:主塔塔顶纵向位移;主塔最大内力;主跨跨中最大内力;拉索最大索力,测试主梁、主塔、拉索在试验荷载作用下的受力情况,控制截面布置见图1所示。

图1 控制截面示意图

2.2.2 测点布置

(1) 应变测点:在2-2截面布置4个应力测点、3-3截面布置8个应力测点,测试主塔及箱梁在各级试验荷载作用下的受力状况,控制截面应力测点布置见图2、图3所示。

图2 2-2截面应变测点布置图

图3 3-3截面应变测点布置图

(2) 挠度测点:在主跨跨中最大内力截面布置挠度测点,测量主梁在试验荷载作用下变形。现场挠度测试采用位移计进行,测点布置于箱梁底,挠度测点布置示意见图4所示。

图4 3-3截面挠度测点布置图

(3) 索力测点:在4-4截面布置索力测点,采用索力动测仪测试拉索在试验荷载作用下索力增量。

(4) 主塔纵向位移测点:在1-1塔顶截面布置位移测点,根据现场条件,采用全站仪测量试验荷载作用下主塔塔顶纵向位移,测点布置见图5所示。

图5 1-1截面纵向位移测点布置图

2.2.3 试验荷载

试验荷载按照设计荷载桥梁上产生的最不利荷载效应值反算而得,本桥静载试验采用10辆44 t加载车进行等效加载,车辆纵向位置按Midas/Civil 2015软件计算的影响线进行布设。

2.2.4 试验工况

本次荷载试验共加载四个工况,测试桥梁在试验荷载作用下的受力情况,了解桥梁承载能力,试验加载工况及测试项目见表1所列。

表1 加载工况及测试项目

2.2.5 加载效率

为保证静载试验的有效性,因此静载试验采用加载效率系数进行控制,加载效率系数应在0.95～1.05之间。该桥设计荷载作用下内力包络图及各工况试验荷载作用下效应图见图6～图11;各试验工况加载效率见表2所列。

图6 设计荷载作用下主梁内力包络图

图7 设计荷载作用下拉索内力图

图8 工况一试验荷载作用下主塔纵向位移

图9 工况二试验荷载作用下主塔内力

图10 工况三试验荷载作用下主梁弯矩图

图11 工况四试验荷载作用下拉索内力图

表2 各试验工况加载效率

各试验工况试验荷载效率均在0.95～1.05之间,保证了试验的有效性。

2.3 试验结构分析

2.3.1 工况Ⅰ

工况Ⅰ:1-1截面塔顶最大纵向位移对称加载试验;塔顶实测纵向位移与计算值对比见表3所列。

表3 工况Ⅰ塔顶实测纵向位移与计算值对比

2.3.2 工况Ⅱ

工况Ⅱ:2-2截面主塔最大内力对称加载试验;主塔实测应力与计算应力对比见表4所列。

表4 工况Ⅱ主塔实测应力值与计算应力值对比

2.3.3 工况Ⅲ

工况Ⅲ:3-3截面箱梁最大内力及挠度对称加载试验;主梁实测应力与计算应力对比见表5所列,跨中挠度实测值与计算值对比见表6所列。

表5 工况Ⅲ主梁实测应力值与计算应力值对比

表6 工况Ⅲ主梁实测挠度值与计算值对比

3.3.4 工况Ⅳ

工况Ⅳ:4-4截面拉索最大索力对称加载试验;实测索力增量与计算索力增量对比见表7所列。

表7 工况Ⅳ拉索实测应力值与计算应力值对比

3 结 论

(1) 试验结果表明:控制截面实测弹性挠度、应变、塔顶纵向位移均小于计算值,且卸载后相对残余均小于0.2,实测索力增量偏差率小于0.1,桥梁在试验荷载作用下处于弹性工作状态,主梁、主塔的刚度、强度性能良好,拉索受力正常,结构受力合理,有足够的安全储备,满足公路-Ⅰ级设计荷载等级要求。

(2) 本文结合工程实际,讨论了大跨度斜拉桥静载试验的内容、方案等,并对试验结果进行分析,对以后同类桥的检测具有一定的借鉴意义。

(3) 桥梁荷载试验不仅可以检验成桥质量,反映桥梁的安全性和适用性,还可以验证设计理论,为后期桥梁的运营及养护提供必要的资料。

(4) 本文仅仅是一次生产鉴定性试验,对于桥梁承载能力的判断仅仅停留在是否满足设计及我国现有规范的基础之上,但由于桥梁之间存在诸多差异(如结构型式、材质、地理位置等),因此对于不同桥型的荷载试验进行归纳总结是十分必要的,不仅可以用真实的数据检验设计的准确性,还可以为今后规范的修订提供必要的参考数据。

[1] 谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京： 人民交通出版，2003.

[2] 胡大林.桥涵工程试验检测技术[M].北京：人民交通出版社,2000.

[3] 陈再荣，葛 翔，李 辉.独塔单索面斜拉桥静载试验研究[J].建材世界，2009(2)：73～75.

[4] 宋博琪，傅红丽，马秀君,等.桥梁的静载与动载试验[J].公路，2002(9)：26～29.

[5] JTG/T J21-2011,公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

[6] JTG/T J21-01-2015,公路桥梁荷载试验规程[S].

[7] 宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定[M]. 北京：人民交通出版社,2002.

[8] 李 强，孔祥勇，吴国帆.双塔双索面矮塔斜拉桥静载试验分析[J]. 武汉工程大学学报,2015(11)：24～30.

[9] 黄宛昆，吴庆雄，陈宝春.单塔单索面斜拉桥荷载试验研究[J].公路交通科技(应用技术版),2013(10)：305～309.

[10] 李晓莉，肖汝诚.矮塔斜拉桥的力学行为分析与设计实践[J].结构工程师,2005(4)：9～11.

2016-11-15

杨善武(1976-)，男，安徽安庆人，合肥工大工程试验检测有限责任公司经理．

U446.1;U448.27

A

1673-5781(2016)06-0799-04