斜拉桥静动载试验方案设计

门广鑫

辽宁省交通科学研究院有限责任公司 沈阳 110015

一、工程概况

某斜拉桥采用梭型独塔式结构，其跨径组合为140m+110m，钢—混凝土混合主梁，索塔结构形状为曲线塔柱交汇而成的立体梭形，塔柱在桥面以上部分采用的是钢箱结构形式，桥面下则采用的混凝土结构形式，在索塔中心线两侧30米内的主梁结构采用预应力混凝土现浇箱梁结构，余下部分则为钢箱梁结构。桥梁全宽32.3m（包括两侧风嘴）。斜拉索在140m的桥跨内锚索区位于箱梁中心线两侧共3m范围内，共26根斜拉索；在110m桥跨内锚索区位于箱梁两侧各2m范围内，共26根斜拉索。主梁结构与塔柱采用固结形式，该桥设计荷载等级为城-A级，双向4车道，设计行车速度为60km/h。

二、桥梁静动载试验目的及内容

通过对该桥的静动载试验，达到以下目的：

（1）对桥梁结构实施静力荷载试验：测量桥跨结构关键截面的应力（应变）、挠度（位移），计算、评价各参数的校验系数，确定实际承载能力；

（2）对桥梁结构进行动力载荷试验：测量该桥的结构振型、自有频率、桥梁的冲击系数、振动阻尼比等，评估桥梁的动力性能。

三、桥梁的静力载荷试验方案设计

3.1 模型建立

利用空间有限元软件midas civil对该桥进行受力分析，钢箱梁、索塔采用梁单元进行模拟，全桥共划分350个梁单元，351个节点，斜拉索采用杆单元模拟，有限元离散模型如下图。

斜拉桥有限元模型图

3.2 静载试验工况

（1）主跨距桥塔中心线79.5m截面在最不利活载作用下最大正弯矩工况；

（2）边跨距桥塔中心线59m截面在最不利活载作用下最大正弯矩工况；

（3）主梁塔梁固结段距离桥塔中心线9m截面处的最大负弯矩工况；

（4）桥梁主塔塔顶最大变形工况；

（5）索塔的塔脚截面（主塔与桥面交接处截面）在最不利活载作用下最大弯矩工况；

（6）主跨7#拉索及边跨6#拉索的最大拉力试验工况。

3.3 静力荷载试验的测试点布置

（1）主梁结构的测试点布置方案：

应变测点的布置方案

在主跨距桥塔中心线79.5m截面、在边跨距桥塔中心线59m截面，共2个测试截面布置正弯矩测点；在边跨距桥塔中心线9m截面，共1个测试截面布置负弯矩测点。每个正弯矩测试截面横向均匀布设7个测试点，负弯矩测试截面横向均匀布设4个测点；全桥共计18个应力（应变）测点。

主梁挠度测点布置方案

在主跨距桥塔中心线79.5m截面、在边跨距桥塔中心线59m截面、共2个主梁截面布置挠度测点，由于桥下河流影响，采用悬垂法受限制，因此选择在桥面布点，使用精密水准仪测量，每个截面横向平均布置5个测点，共计10个挠度测试点位。

（2）桥梁塔柱的测点布设

在主塔与桥面交接处桥塔截面右侧各布置1个应力（应变）测点，共2个应变测点；在主塔塔顶处设置1个位移测点，共1个位移测点。

（3）桥梁斜拉索的索力测点布设

根据该桥拉索工况，选择主跨7#拉索和边跨6#进行索力变化检测，共4个索力测点。

3.4 桥梁静载试验的施加效率

静力载荷试验的加载方式采用双后轴渣土车作为试验的等代载荷，各试验工况加载效率见表1。

斜拉桥静载试验荷载效率表 表1

四、桥梁的动力载荷试验方案设计

动力载荷试验主要是研究和分析桥跨结构在自然激励作用下的振动特性，以及在强迫振动（跑车时）下的动力响应形态。针对该桥梁的动力载荷试验，方案设计拟采用脉动试验（固有频率、振型）、跑车试验（冲击系数）来获取桥梁结构的动力响应特性结果，进而评价桥梁结构的承载能力和运营状态。

4.1 脉动试验（模态分析）

采用自然激励方法进行脉动试验，该桥是通过布置在桥跨结构上的拾振传感器来采集桥梁结构在自然脉动和所处环境条件下的振动信号，进而分析桥梁结构的试验模态，获取桥梁结构的动力响应参数。

脉动试验测试点的布设：在桥梁的主跨、边跨的八分点处桥面两侧均布置竖直振动测点，共34点，参考点选在主跨跨中附近。

4.2 跑车试验（冲击系数）

用一辆静力荷载试验的载重渣土车分别以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h的速度行驶在桥面上，桥跨结构会产生不同幅值的结构自振，在加载车辆逐渐驶离桥后桥梁结构会作无附加质量的自然衰减振动，利用时域分析曲线的竖向振动形态，按下式则可计算出桥梁结构的冲击系数（1+μ）。

五、结语

斜拉桥结构属于特殊桥梁结构形式，受力情况较复杂，通过静动载试验明确桥梁结构的承载能力和使用状态，对于斜拉桥的交工验收或日常养护都是十分必要的。为了能够顺利、准确地完成特殊结构桥梁的静动载试验，则要根据桥梁结构的基础资料、数据制定详尽的检测方案，实现对桥梁静动载试验过程的预判和控制。