柔性吊桥静载试验及有限元分析
2020-06-17
江西省通途路桥工程有限公司，江西 南昌 330200
1 工程概况
该桥梁全长147.724m，桥梁正交。桥梁上部结构形式为1m×91.00m 汽车柔性吊桥，上部矢高f=9.10m，矢跨比f/L=1/10，索塔采用钢筋混凝土门式刚架结构，桥塔基础为重力式扩大基础，两侧岸锚碇采用重力式锚碇。技术标准：汽车荷载：单车（车货总重）30t。
2 Midas Civil 模型计算
2.1 Midas Civil 模型
采用Midas Civil 计算桥梁在公路二级荷载作用下［1］，计算桥梁的受力状况，以此确定荷载试验最不利截面，桥梁Midas Civil 模型图下图所示：
图1 桥梁Midas Civil 模型（单位：cm）
2.2 计算结果及分析
参考承载力评定规程规定，通过计算选取本柔性吊桥最不利受力的截面。采用Midas Civil 对本柔性吊桥进行结构计算分析［2］，计算时采用单车（车货总重）30t 荷载等效的加载车辆［3］。
本次试验选取1#索塔轴向内力（J1），L/4 截面（J2 和L1截面）、L/2 截面（J3 和L2 截面），位置示意图所示。
图2 测试截面（单位：cm）
3 检测目的
荷载试验主要测量桥跨结构内力与变形，从而对桥梁的承载力和工作特性进行评定。结构在自重、汽车荷载或人群荷载作用下，把控制断面应力和挠度与理论计算值进行对比分析，判定其是否满足规范设计要求，为桥梁的后期运营及养护提供技术支持。
4 静载试验
4.1 加载方案设计
4.1.1 试验荷载确定
根据荷载试验相关规范规定，选取最不利截面位置，将单车（车货总重）30t（含汽车冲击力）计算作为设计控制值。为达到荷载试验效果，以汽车荷载效应与设计效应做比较，并采用静载试验效率ηq进行控制。
4.1.2 荷载试验效率
静力荷载试验效率ηq是控制断面在等效汽车荷载作用下与设计荷载作用下的比值。为能使桥梁荷载试验反应现运营的桥梁的受力特性，规范要求采用较高的等效加载效率。
表1 现场试验加载效率汇总表
4.2 荷载试验分析
4.2.1 校验系数
为了检验等效汽车荷载与理论计算值的差异，采用效应校验系数ζ 进行分析：
式中：
Se：荷载试验作用下主要测点的实测弹性变形值或应变值；
Ss：荷载试验作用下主要测点的理论计算变形值或应变值。
测点校验系数ζ 是评定桥梁的工作特性，确定本桥其承载能力的重要标准，规范要求校验系数ζ≤1.0。
综合本次荷载采集数据，分析J1～J3 截面的主要应变和挠度测点在各自最不利加载工况下的应变和挠度校验系数，相关数据见表2、表3 所示。
表2 应变校验系数结果汇总表
表3 挠度校验系数结果汇总表
由表2 及表3 得出，J1～J3 断面应变校验系数值在0.39～0.93之间，挠度校验系数值为0.27～0.95 之间，均＜1.00，表明在相当于单车（车货总重）30t 荷载的作用下上部结构强度和刚度满足正常的使用要求。
4.2.2 残余变形（应变）分析
根据量测数据作下列计算
总变形（或总应变）St=Sl-Si
弹性变形（或弹性应变）Se=Sl-Su
残余变形（或残余应变）Sp=St-Se=Su-Si
式中：Si——加载前测值；
St——加载达到稳定时测值；
Su——卸载后达到稳定时测值。
引入相对残余变形（或应变）的概念描述结构整体或局部进入塑性工作状态的程度。相对残余变形（或应变）按下式计算：
式中：S＇p——相对残余变形（或应变），Sp、St 同上。
表4 相对残余应变结果汇总表
表5 相对残余变位结果汇总表
依据本次汽车荷载试验检测数据，分析J1～J3 控制断面的主要应变测点在各自最不利加载工况下的相对残余应变及位移测点在各自最不利加载工况下的相对残余变位，结果汇总见表4、表5。
结合表4 及表5 可知，桥跨J1～J3 截面相对残余应变数值在0.0%～1.2%之间，相对残余变位数值在0.8%～13.9%之间，均符合公路桥梁承载能力检测评定规程，小于20%的要求。表明本桥在等下汽车荷载作用下，具有良好的弹性复原能力。
5 动载试验
本次试验主要目的为测试结构的基频和冲击系数。
5.1 汽车动荷载数据分析
表6 结构基频测定值与理论计算值对比表
由表6 可以看出，本结构在汽车跑车作用下结构的竖向基频与计算基频值相比大于1，依据承载能力评定规程规定，说明该桥的结构竖向刚度良好。
5.2 本桥冲击系数分析
根据车辆以不同的车速匀速驶过桥面时，测试截面的实测冲击系数如表7 所示。
表7 不同车速下的实测冲击系数
由上表可知，本桥桥跨结构横梁实测结构冲击系数在0.03～0.04之间，纵梁实测结构冲击系数在0.02～0.03之间，实测数值均小于理论数值。
6 结论
（1）经桥梁动荷载试验（车货总重）30t 数据表明，桥梁的测试参数满足设计标准，能按设计正常使用。
（2）该桥结构竖向基频值与理论计算值的比值大于1.0，依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTGT J21-2011），该桥竖向刚度较好；本桥桥跨结构横梁实测结构冲击系数在0.03～0.04之间，纵梁实测结构冲击系数在0.02～0.03之间，实测数值均小于理论数值。
