大跨度钢箱梁悬索桥静载试验研究

岳洪武

（内蒙古交通职业技术学院，内蒙古 赤峰024000）

1 工程概述

该桥梁工程采用808m 单跨简支钢箱梁悬索桥；主缆计算跨径为（190+808+260）m，矢跨比为1:10。主梁采用钢箱梁，加劲梁高3.0m，吊索标准间距12.0m；主塔采用门式钢筋混凝土结构，塔基为承台桩基础；南岸锚碇采用隧道式锚碇，北岸锚碇采用框架重力式锚碇。

主桥加劲梁采用流线型扁平钢箱梁，单箱单室。桥轴线处梁内净高3.0m，桥面双向2.0%横坡，钢箱梁全宽39.6m（横向两吊索之间的间距为34.0m），钢箱梁采用Q345D。

成桥静载试验的目的在于了解桥梁结构承载能力状况，通过对跨度桥跨结构的测定，采集在试验荷载的受力下其桥梁控制截面产生的应力和挠度，再与原设定的理论计算值进行比较，得出跨度桥梁的实际桥跨结构在受力作用下的控制截面应力与挠度值是符合原设计和规范的要求，以此测算出跨度桥梁结构的实际受力性能。

2 静载试验设计与实施方法

静载试验主要对结构控制截面的强度、刚度、变形协调性、混凝土抗裂性等进行测试，集中体现为控制截面主梁应力、主梁各控制截面挠度、主缆各控制点挠度、主梁纵向漂移与支座、伸缩缝变形一致性、主塔偏位、关键吊索索力增量、主塔应变和混凝土开裂状态观测等。

2.1 静载试验内容与方法

在静载试验的荷载作用下，采集跨度桥梁的主梁和主缆的控制截面受力后的应力和变形情况，主塔在受力作用下的控制截面的应力情况，主塔塔顶位置产生的纵向水平位移量，吊索承受的最大拉力，以及拉索产生的索力增量。跨度钢箱梁在静载试验下采集的测试布置见图1，静载加载作用过程中选择进行分级静载加载。根据桥跨结构在作用力下的受力情况以及产生数据的计算结果进行分析，对该桥选取12 各控制截面进行荷载试验。

图1 静载试验控制截面布置图

2.2 试验荷载设计

跨度钢箱梁悬索桥静载试验中在测算荷载持荷时，选择单辆卡车（三轴载重约35 t 汽车）作为参考的等效荷载物，汽车称重时，需要将精确范围控制在±5%以内，在静力试验过程中，可对设计活载进行现场模拟，并采集其作用时所产生的内力值。该桥静载试验各控制截面的控制指标见表1。

表1 静力试验荷载效率1

3 试验结果与分析

根据该桥的两阶段施工图设计文件，采用桥梁领域专业软件Midas Civil 有限元模拟分析程序（考虑恒载几何非线性）对大桥整体进行理论分析，如图2 所示。主缆及吊索采用桁架单元模拟，主梁和索塔采用梁单元模拟，支座按实际位置及约束条件进行模拟，该桥有限元模型共划分935 个单元（包括桁架单元、梁单元、板单元），950 个节点。

图2 悬索桥三维空间有限元模型

3.1 应变结果分析

试验荷载作用下，该桥主梁应变校验系数在0.30～0.99 之间；主桥索塔应变校验系数控制范围在0.42～0.92。在取消卸载后主桥过载整体作用应变能够恢复正常，在各荷载作用下，所布设的主要控制测点产生的残余应变控制在20%以内，桥梁主梁始终处于应变弹性状态，各项控制截面的荷载试验数据表明：各项强度指标均符合公路I 级汽车荷载的要求。

3.2 挠度结果分析

试验荷载作用下，该桥主梁最大弹性挠度为66 车工况下L/2 截面，弹性挠度为1459.1mm，挠度校验系数控制范围0.72～0.98；主缆最大弹性挠度为36 车工况下L/4、L/2 截面，弹性挠度为1496.2mm，挠度校验系数在0.82～0.99 之间。试验荷载卸载后桥梁整体挠度能够恢复正常，所布设的主要控制测点产生的残余应变控制在20%以内，桥梁主梁始终处于应变弹性状态，各项控制截面的刚度试验数据表明：各桥跨项刚度指标均符合公路I 级汽车荷载的要求。

3.3 主塔偏位分析

在主塔塔顶最大纵向位移工况（66 车）作用下，主塔塔顶水平变位实测值与理论计算值对比：塔顶水平偏位以小桩号向大桩号方向为正，反之为负（表2）。

表2 满载工况主塔水平偏位检测结果

由主塔塔顶水平变位实测值与理论计算值比较可以看出，在主塔塔顶最大纵向位移工况（66 车）作用下，小桩号岸左肢弹性偏位为93.6mm，小桩号岸右肢弹性偏位为92.7mm，小桩号岸主塔水平偏位校验系数在0.99～1.00 之间。大桩号岸左肢弹性偏位为-103.7mm，大桩号岸右肢弹性偏位为-105.5mm，大桩号岸主塔水平偏位校验系数在0.98～0.99 之间。说明钢筋混凝土主塔水平抗弯刚度较大，满足设计要求。

3.4 纵向位移分析

主梁纵漂采用钢卷尺在小桩号岸伸缩缝处进行伸缩缝伸缩量、支座滑移测量。空载时读取初始数据，在加载过程中，采用钢卷尺测量伸缩缝的滑移量。主梁纵向位移以小桩号向大桩号方向为正，反之为负。

由检测结果可以看出，在主梁纵漂工况（36 车）作用下，小桩号岸伸缩缝最大变形量为229mm，小于主梁纵漂理论值359.6mm，主梁纵漂校验系数在0.60～0.64之间。支座最大纵向位移量为228mm，最大竖向变位为0.36mm。伸缩缝及支座变形协调性较好。

3.5 索力结果分析

在吊索索力增量工况（18 车）下，根据计算结果，分别选取DG8、DG17、DG50吊索进行吊索索力增量测试。（吊索根据小桩号向大桩号方向依次编号）由检测结果得出，在吊索索力增大增量工况（18 车） 下，左侧（上游侧）DSL17 吊索最大索力增量为160.15kN，振动法检测索力增量校验系数在0.56～0.97 之间。

4 结论

试验荷载作用下，主桥主梁应变校验系数在0.30～0.99 之间；主桥索塔应变校验系数在0.42～0.92 之间，满足设计要求；主桥主梁最大弹性挠度为66 车工况下L/2 截面，弹性挠度为1459.1mm，挠度校验系数在0.72～0.98 之间；主缆最大弹性挠度为36 车工况下L/4、L/2 截面，弹性挠度为1496.2mm，挠度校验系数在0.82～0.99 之间，满足设计要求；小桩号岸主塔水平偏位校验系数在0.99～1.00 之间，满足设计要求；小桩号岸伸缩缝最大变形量为228mm，小于主梁纵漂理论值359.6mm，主梁纵漂校验系数在0.60～0.64 之间，小桩号岸支座最大纵向位移量为228mm，实际测出桥跨纵漂实际值符合工程设计要求，主桥实测变形恢复和协调性均达到设计要求；振动法检测索力增量的校验系数0.56～0.97，满足设计要求。

该工程桥跨结构在试验荷载作用下，始终处于弹性受力状态，主梁、主塔、主缆的强度和刚度性能良好，受力状况合理，桥跨结构能够满足设计荷载等级的要求。