某钢结构人行悬索桥的检测和评估

曾理文 尹华尧

(1.北京城建长城建筑装饰有限公司，北京 100089； 2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610000)

1 工程概况

成都戛纳湾府河上的风情廊桥，结构形式为钢结构人行悬索桥，桥梁净宽度：5.0 m，主跨跨径：L=52 m，矢高：4.16 m，矢跨比：1/12.5；设计荷载为人群荷载：5 kN/m2(不考虑汽车荷载)；通航要求：内河Ⅵ级该桥设计为跨径(26+52+26)m，桥跨度总长104 m，见图1。

2 检测方法和内容

2.1 技术状况评定

本文选择《公路桥梁技术状况评定标准》[1]推荐的方法对该悬索桥的上部结构进行技术状况评定。上部结构细分为i类钢结构部件，每个部件再细分为Ⅰ类钢结构构件，每个钢结构构件要通过j类检测指标，详细评定检查内容如表1所示。同时以部件吊索的评分过程为例，叙述钢结构构件的腐蚀状况评分的方法。

表1 上部钢结构构件状况检查内容

吊索的主要钢结构构件有锚固端、钢丝等，通过外观检测发现吊索的腐蚀病害主要在锚固端，钢丝等其他构件外观良好不存在腐蚀病害，故评定该部件技术状况等级为3类。

由图2～图5可知锚固端共出现四种腐蚀病害“渗水”标度3、“锚头损坏”标度2、“锈蚀”标度2、“掉漆起皮”标度1。

(1)

(2)

注意当构件存在多个病害时，应严格按照DP的大小来进行UX的排序，否则将出现计算结果不统一，影响构件评分的后果。构件锚固端的评分为：

(3)

吊索其他构件不存在腐蚀病害，故部件吊索的得分为：

(4)

在得到所有部件得分后，计算结构评分，通过结构得分计算桥梁评分，桥梁整体得分Dr为85.53，评定为2类桥。

2.2 线形检测

主缆作为悬索桥结构的主要受力构件，其线形的分析设计是需要建立在“主缆只能承受拉力，不能承受弯矩”的基本假定基础上的[2]。本文中桥面线形采用测量各测点相对于固定点的距离和高程，从而得出上、下游主缆及桥面的几何线形及其对比情况。

2.2.1主缆线形检测

如图6所示以靠近左岸的桥塔中心线与主缆相交点为坐标原点进行线形绘制。

经检测通过对上下游侧主缆线形比较，两者基本重叠线形一致，未出现扭转变形。单根主缆线形光滑连续，未出现突变或受横向力产生的横向位移。因此可判断，主缆未承受弯矩，基本符合悬索桥主缆线性分析的基本假定。

2.2.2桥面线形检测

如图7所示以靠近左岸的桥塔中心线与桥面相交点为坐标原点绘制桥面线形对比图。

经检测桥面平整，通过上下游侧桥面线形比对，两者基本重叠线形一致，未出现扭转变形等异常现象，不会对主缆产生除沿主缆长度方向的拉应力外的其他应力。

2.3 荷载试验

静载试验是通过施加静力荷载，检验结构主要受力构件在最大(最小)内力状态下的应变和变形[3,4]。加载位置一般选取结构的关键截面，并且需按照内力等效的原则确定试验荷载的大小和加载位置，使试验荷载作用下的结构内力与设计荷载作用下的结构内力相近或接近，同时确保各试验工况下结构处于安全状态下[5,6]。

1)测试截面确定。桥梁静载试验选择测试截面时，按最不利受力原则选定截面为中跨最大弯矩截面和中跨3L/8截面。

2)测试荷载及加荷方式。试验荷载采用单车重量为13 kN，轴距2.7 m的普通小型汽车施加，共设置5个工况。如图8所示，一级荷载时1号车竖向中心线与中跨跨中截面重合；二级加载时，1号和2号车的整体几何竖向中心线与中跨跨中截面重合；三、四、五级加载同上。

3)挠度测点布置。采用全站仪观测在加载前和加载过程中测点的竖向相对坐标，测点布置见图9。

4)索力、吊杆应力测试。悬索桥索力测试主要为主缆索力和吊杆索力测试，测点布置见图9。采用模态试验法，测量主缆在自然环境振动下的振动的信号得到其振动频率、阻尼比、振型等模态参数。

通过下式计算将频率转换成主缆的索力：

(5)

其中，fn为主缆的第n阶频率；l为主缆长；n为振动阶数；w为单位主缆长的重量；g为重力加速度；EI为主缆的抗弯刚度；对于柔性主缆，EI=0。

5)吊杆应力增量测点布置。通过事先的有限元模型计算确定如图9所示的1号，2号杆为吊杆应力增量最大的构件为测点。吊杆应力增量采用静态应变仪进行测量。试验测量了试验荷载下吊杆力的增量，与理论值比较后，确定吊杆的工作状态是否合理(如图8所示)。

2.4 结果分析

2.4.1挠度试验结果分析

1)1号～3号测点，实测值均小于理论值，一级～五级工况下实测值和理论值的变化趋势基本相同。

2)1号～3号测点，理论值曲线增长较平缓，实测值曲线增长稍显杂乱，这是因为试验现场测试干扰因素较多，实测值存在误差，但从整体变化规律看误差在允许范围内。

3)1号～3号测点，校验系数均处在0.75～1.0的范围内。

2.4.2索力试验结果分析

1)测点处索力、索力增量的实测值与理论值，在一级～五级工况下，实测值均小于理论值，增长趋势大致相同。

2)索力增量实测曲线较理论增量曲线显得平缓一些，这是因为除实测误差以外，索力值是通过模态测试所得，环境激励下，主缆振动受环境阻力影响，频率较理论值低，故增量实测值曲线增长渐缓。

3)测点索力增量校验系数处在0.75～1.0的范围内。

2.4.3吊杆应力试验结果分析

1)1号、2号吊杆应力的实测值与理论值，在一级～五级工况下，实测值均小于理论值，增长趋势大致相同。

2)1号吊杆在各级工况下应力均大于2号吊杆，是因为1号、2号与同一条主缆相接，1号吊杆处主缆的竖向分力最大，2号吊杆处的竖向分力最小。

3)1号、2号吊杆应力，校验系数处在0.75～1.0的范围内。

3 结语

该桥技术状况等级为2类桥；主缆和桥面线性反映该桥的主要水平受力构件未出现扭转变形，符合悬索桥主缆设计计算的基本假定；位移与力值的比值校验系数在各级工况下均处于0.75～1.0的区间内，证明该钢结构人行悬索桥在试验荷载作用下处于弹性状态且荷载撤销后，残余变形可忽略不计。由此可得出结论，该钢结构人行悬索桥承载力满足设计和规范要求。