某人行悬索桥静力荷载试验研究

马晓坤

摘 要：以某人行悬索桥工程的静力荷载试验为例，分析了静载试验的具体内容和有限元模型、测试截面、测点布置、试验荷载布置方式等试验方法，并且介绍了跨中截面挠度、塔顶纵桥向水平位移、主缆锚跨索股最大张力增量等静载数据的分析方式，希望能为同类型工程开展静力荷载试验工作提供参考借鉴。

关键词：桥梁工程；人行悬索桥；荷载试验；有限元

中图分类号：U448                                   文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2024）05-0119-03

1 工程概况

该桥位遂昌县王村口5A景区专用的观景平台。索桥具有结构新颖、线型流畅的景观特点。上部结构采用双索面地锚式悬索桥，跨径60 m，桥梁全宽2.2 m，净宽2 m。主缆采用双索面布置，每根主缆由7股6×19W+IWRΦ30 mm钢芯热镀锌钢丝绳捆扎而成。全桥共58根吊索，纵向间距为2 m，吊索采用1×37 s +IWRΦ16 mm钢丝绳。主缆及吊索钢丝绳公称抗拉强度1 870 MPa。加劲梁钢材均采用Q355钢，全桥共2个搭接段，9个桥中段，各段之间采用高强螺栓连接[1]。

2 静载试验内容及方法

2.1 静载内容

本次桥梁静载荷试验测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和索力变化。主要测试项目有：①加劲梁跨中截面的最大挠度（位移）。②塔顶纵桥向水平位移。③主缆锚跨索股张力增量。

2.2 有限元模型

采用Midas Civil程序建立模型进行了结构静力、活载效应、加载效率的计算。悬索桥建模对于索缆找形极其敏感，建模中所采用的参数设置如下：①混凝土。索塔及桥台采用梁单元，主缆及吊杆采用索单元进行模拟，在POSTCS阶段转换为只受拉压的桁架单元，以考虑成桥内力对索弹模的修正。②主缆和吊索均按照公称抗拉强度和单股破断力进行有效受力面积、容重的换算，主缆等效直径为53.431 mm，材料容重为113.948 kN/m3。吊索等效直径为12.239 mm，材料容重为102 kN/m3。钢丝绳弹性模量采用1.2×105 MPa。③模型中采用释放梁端约束进行桥段间高强螺栓连接的模拟。④除吊索及主缆自重外，全桥主体结构（含护栏等附属构件）按照设计文件材料重量进行了计算，折合3.6825 kN/m，模型中均按照自重或二期恒载的方式施加在3道纵向加劲梁上。⑤经现场勘察，桥面预拱度30 cm，已体现在模型中，并且主缆根据实际桥面线形进行了非线性分析找形。⑥设计荷载：该桥仅限人行，人群荷载为2.5 kN/m2。⑦设计风荷载与风缆水平分量平衡进行两侧风缆的非线性分析找形，然后与主梁模型进行合并并进行索缆体系平衡验证。悬索桥有限元模型如图1所示。

2.3 测试截面

该桥为悬索桥，故试验跨选择中跨。主要工况为加劲梁跨中最大挠度工况I，测试截面为跨中截面。

2.4 测点布置

测点布置示意图中“×”表示测点位置，其中L表示跨中挠度测点，D表示塔顶纵桥向水平位移测点，S表示索力测点。试验桥测点布置示意图如图2所示。

2.5 试验荷载布置方式

试验荷载采用14个1 000 L水囊，尺寸为（1.5 m×1 m ×0.7 m）、8个400 L水箱，尺寸为（0.98 m×0.76 m×0.68 m）现场装水模拟设计标准荷载，并不致对桥梁结构产生超出设计范围的局部荷载。试验前对每个水箱进行水量标记并编号。

为了防止试验期间对结构造成损伤，就某一加载试验工况而言，其静载试验分为三级加载，一级卸载。加载方式为单级逐级加到最大荷载，然后卸载至零荷载。试验荷载布置示意图如图3所示。

3 静载数据分析

3.1 跨中截面挠度

工况1作用下控制截面挠度实测值与理论值的对比情况详见表1。分析可得：在试验荷载作用下，桥梁控制截面实测挠度小于理论计算值，挠度校验系数为0.81，小于1.0，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）中的相关要求，表面桥梁实际刚度与理论相符[2]。

卸载后，最大相对残余位移为4.5%，未超过20%，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的相对残余应变不大于20%的要求，表明结构控制截面在试验过程中处于较好的弹性工作状态。

3.2 塔顶纵桥向水平位移

工况1作用下南侧塔顶、北侧塔顶的纵桥向水平位移实测值与理论值的对比情况详见表2。分析可得：在试验荷载作用下，南侧塔顶、北侧塔顶的实测纵桥向水平位移小于理论计算值，纵桥向水平位移校验系数最大值为0.68，小于1.0，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）中的相关要求，表面索塔实际刚度与理论相符。

卸载后，最大相对残余位移为4.6%，未超过20%，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的相对残余位移不大于20%的要求，表明索塔结构在试验过程中处于较好的弹性工作状态[3]。

3.3 主缆锚跨索股最大张力增量

工况1作用下南侧、北侧主缆测点索力增量实测值与理论值的对比情况详见表3。分析可得：在试验荷载作用下，南侧、北侧主缆测点索力增量实测值均小于理论计算值，南北侧校验系数最大值为0.59，小于1.0，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）中的相关要求，表面主缆实际工作状态与理论相符。

卸载后，最大相对残余为16.6%，未超过20%，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的相对残余不大于20%的要求，表明结构在试验过程中处于较好的弹性工作状态。

4 结束语

根据静载试验的实测数据可以看出，桥梁承载能力满足设计荷载的使用要求。本文有限元模型建立合理，各项参数设置、边界条件模拟与实际桥梁契合度良好。本桥荷载试验模型建立与工况选择可以为以后类似工程研究提供参考。

参考文献

[1] 张欣，刘勇.大跨度人行悬索桥静动力特性研究[J].公路工程，2019，44（3）：74-79.

[2] 王体印.人行悬索桥动荷载试验技术研究[J].价值工程，2016， 35（12）：161-163.

[3] 司瑞.人行悬索桥验收性荷载试验[J].安徽建筑，2020，27 （4）：182-183.