双塔双索面半漂浮体系大跨度斜拉桥静载试验研究

陈善彬

（中交路桥华东工程有限公司，上海 200120）

1 工程概况

某跨江大桥主桥为主跨636m 的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，边跨设置辅助墩，其跨径布置为86+229+636+229+86=1266m，结构设计为五跨连续半漂浮体系。主梁为流线型扁平钢箱梁，中心线处内轮廓梁高3.5m，钢箱梁全宽33.5m，标准梁段长16m，重2750kg。其中，索塔区梁段5 个，最大重量2600kg，斜拉索1 对[1]。主跨合龙梁段长10m，起吊重量1700kg，过渡墩、辅助墩异型梁段最大起吊重量3050kg。索塔采用“H”形，索塔总高度194.6m，底部设置2.5m 高的塔座[2]。

2 计算有限元模型

采用桥梁结构分析软件MIDAS/Civil，建立主桥空间杆系有限元模型，共计有326 个梁单元、152 个拉索单元及651 个节点。主桥钢箱梁的测点应变采用杆系全桥模型与局部空间模型相结合的计算方法。杆系全桥有限元模型由MIDAS/Civil 软件建立计算，局部空间有限元模型由ANSYS 软件建立计算[3]。

3 试验实施方法

测定在最不利荷载工况下桥梁结构各控制部位的应力、变形及索力[4]。

3.1 测试项目

一是钢箱梁挠度：相应加载工况下，测试钢箱梁的竖向变形。

二是索塔塔顶变位：相应加载工况下，测试21#、22#塔顶顺桥向最大变位。

三是应力测试：对应加载工况下，测试各控制截面应力。

四是斜拉索索力增量：相应加载工况下，选择上下游ZJ18#、ZJ19#、CJ18#、CJ19#及CA18#、CA19#[5]。

3.2 测点布置

一是钢箱梁（桥面）挠度测点：在上下游两侧钢箱梁风嘴底面布置中跨与次边跨16 个截面的挠度测试点，共36 个测点。

二是索塔塔顶变位测点：在21#、22#塔顶中心线位置。

三是静应力测点：在钢箱梁截面顶、底板布设沿钢箱梁纵向应变测点，测点布置应兼顾顶、底板及相应位置的“U”形加劲肋应变测点。S1～S6箱梁截面及主塔塔根截面应变测点布置如图2 所示，共计152 个应变测点，主塔布置24 个应变测点[6]。

四是斜拉索索力增量：各测试工况下，在典型截面（中跨跨中）进行索力增量测试。

3.3 加载工况

尽量用最少的加载车辆数量达到最大的试验荷载效率，是加载工况布置的主要原则；每一加载工况依据某一试验项目为主，兼顾其他检验项目。

工况1：中跨L/2 截面S1在最不利荷载作用下最大正弯矩及挠度的中载、偏载试验。

工况2：中跨L/4 截面S2在最不利荷载作用下最大正弯矩及挠度的中载、偏载试验。

工况3：塔梁交接处箱梁截面S3在最不利荷载作用下最大负弯矩的中载试验。

工况4：22#主塔根截面S7、最不利荷载作用下最大正弯矩的中载试验，22#主塔顶截面S8最不利荷载作用下最大纵向位移的中载试验。

工况5：中跨跨中附近ZJ18#、ZJ19#、CJ18#、CJ19#斜拉索在最不利荷载作用下的最大索力增量中载、偏载试验。

各加载工况下的荷载效率系数如表1 所示。

表1 各测试控制断面荷载效率系数表

4 测试结果及分析

4.1 主梁挠度数据分析

各工况满载试验荷载作用下S1、S2截面挠度校验系数如表2 所示。

表2 各截面挠度校验系数表

在试验荷载作用下各截面测点挠度校验系数介于0.82～0.93 之间，各测点挠度校验系数均小于1，工况1 试验荷载作用下钢箱梁变形如图1 所示，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）的相关规定。

图1 工况1 试验荷载作用下钢箱梁变形图

中跨跨中截面S1对称及偏心加载，钢箱梁挠度变化规律与理论计算一致，大桥处于弹性工作状态。挠度实测值与理论值的比值分别在0.75～0.94、0.83～0.98 之间，实测值小于理论计算值。S1断面在满载情况下的实测挠度值分别为754mm、804mm，工况2 试验荷载作用下钢箱梁变形如图2 所示，满足规范要求。

图2 工况2 试验荷载作用下钢箱梁变形图

中跨L/4 截面S2对称及偏心加载，钢箱梁挠度变化规律与理论计算一致，大桥处于弹性工作状态。挠度实测值与理论值的比值分别在0.72～0.92、0.65～0.99 之间，实测值小于理论计算值。

4.2 主梁应力数据分析

各工况满载试验荷载作用下各截面应变校验系数如表3、表4、表5、表6 所示。

表3 S1 截面应变校验系数表

表5 S3 截面应变校验系数表

表6 S7 截面应变校验系数表

在正弯矩工况试验荷载作用下，中跨S1截面箱梁底板应变校验系数介于0.58～0.93 之间，中跨S2截面箱梁底板应变校验系数介于0.84～1.03 之间；在负弯矩工况试验荷载作用下，主塔塔顶S3截面箱梁顶板应变校验系数介于0.74～1.00 之间；主塔塔根S7截面应变校验系数介于0.43～1.08 之间。

4.3 索力校验系数

各工况满载试验荷载作用下斜拉索索力增量校验系数如表7 所示。

表7 各工况下实测索力增量校验系数表

各工况下索力增量校验系数介于0.96～1.00 之间，各测点校验系数均小于1，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）的相关规定。

5 结论

第一，在试验荷载作用下，主梁及主塔变形以及主梁应力对称性良好，整体桥梁结构受力均衡。

第二，在试验荷载作用下，主梁及主塔各控制截面的挠度实测值均小于理论计算结果，挠度校验系数均小于1，介于0.82～0.93 之间，桥梁结构刚度满足设计要求。

第三，在试验荷载作用下，主梁及主塔各测试截面的应力测试值均小于理论计算结果，应力校验系数均小于1，介于0.58～1.00 之间，桥梁结构强度满足设计要求。