某人行懸索橋靜載試驗評定分析

劉 恒 涂文祥 彭銳升

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

人行吊橋的歷史悠久，由于其構(gòu)造簡單、受力明確、跨越能力強(qiáng)、造型美觀等特點(diǎn)，在公園和景區(qū)修建的越來越多。為了保證行人和橋梁的安全，必須要對橋梁結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行評定。

靜載試驗是采用其他的物體進(jìn)行堆載使結(jié)構(gòu)控制位置的效應(yīng)等效于設(shè)計荷載作用下的效應(yīng)，通過測試得出的實測值與設(shè)計值之間的關(guān)系來判定結(jié)構(gòu)承載能力的方法，檢測結(jié)果比較直觀，是一種常用的橋梁檢測方法。目前，針對一般公路橋梁的靜載試驗研究比較多，國家也出臺了相關(guān)規(guī)范，但對于人行吊橋靜載試驗尚無相應(yīng)的規(guī)范。

1 工程概況

1.1 總體布置

某公園人行吊橋主橋為雙塔雙索面單跨懸索橋，主跨52 m，跨越人工湖，引橋為鋼筋混凝土簡支梁橋。全橋布置兩根主纜，主纜橫向間距2.5 m，矢高5.2 m，垂跨比1/10，主纜曲線方程y=4fx(l-x)/l2。橋面線形為拋物線形式，跨中預(yù)拱度0.5 m，跨中橋面與主纜距離2.4 m。橋面全寬2.8 m，其中兩側(cè)吊索錨固區(qū)和欄桿各寬0.15 m，人行道凈寬2.2 m。橋梁立面和橫斷面布置見圖1。

1.2 主要材料特性

索塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號為C40，彈性模量為3.25×104MPa，抗壓設(shè)計強(qiáng)度18.4 MPa，抗拉設(shè)計強(qiáng)度1.65 MPa。

主纜由3φ40(8×36WS+1WR)的鋼芯瓦林吞鋼絲繩組成，其公稱抗拉強(qiáng)度為1 870 MPa。彈性模量為2.1×105MPa。

吊索采用直徑為16 mm的Q235B碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼棒，彈性模量為2.06×105MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計值190 MPa。

加勁梁橫橋向布置為100×48×48×5.3槽鋼，立放，縱橋向間距2 m，采用高強(qiáng)螺栓錨固于每對吊桿之下。縱向等間距布置三道80×43×43×5.0槽鋼錨固于橫向槽鋼之上，橫放。槽鋼采用Q235鋼材，彈性模量為2.06×105MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計值190 MPa。

1.3 其他設(shè)計參數(shù)

設(shè)計荷載：專用人行橋，人群荷載3.5 kN/m2；設(shè)計洪水頻率：1/100；地震基本烈度：6度，峰值加速度：<0.05g；風(fēng)壓：0.35 kPa。

2 靜載試驗

2.1 有限元計算模型

采用橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件MIDAS Civil建模計算分析。索塔、加勁梁采用梁單元，主纜、吊索采用只受拉桁架單元，塔底基礎(chǔ)、錨碇采用固結(jié)方式模擬。橋梁有限元模型見圖2。

2.2 試驗加載方案

按照設(shè)計人群荷載3.5 kN/m2進(jìn)行計算布載，采用在橋面壓水箱加載的方式模擬人群荷載進(jìn)行試驗加載。滿載時加載用水共計46.2 t，水深0.35 m，均勻?qū)ΨQ布置于橋面全長凈寬范圍處，靜載試驗效率系數(shù)1.00。為保證加載質(zhì)量，防止橋面縱坡和橋面變形引起水匯聚于跨中，每隔約2 m～3 m設(shè)置隔艙，現(xiàn)場采用分級、對稱加載的方式往每個隔艙內(nèi)均勻注水。試驗時分三級加載，分兩級卸載，每一級加水達(dá)到預(yù)定荷載后穩(wěn)定20 min，再測讀各測點(diǎn)讀數(shù)。各級水位及水量見表1。

表1 荷載分級表

2.3 測點(diǎn)布置

參照公路和城市橋梁相關(guān)規(guī)范，根據(jù)橋梁在人群活載作用下(不考慮沖擊)的受力特點(diǎn)，確定加勁梁和索塔塔頂各控制截面在荷載作用下的變形測點(diǎn)。加勁梁撓度測點(diǎn)分別布置在橋梁兩側(cè)測試跨的跨中(1/2L)，四分點(diǎn)(1/4L，3/4L)，八分點(diǎn)(1/8L，3/8L，5/8L，7/8L)支點(diǎn)位置。撓度測試采用高精度水準(zhǔn)儀測量。索塔塔頂水平位移測點(diǎn)分別布置在橋梁東西兩側(cè)索塔塔頂位置。索塔塔頂水平位移測試采用免棱鏡全站儀測量。各測點(diǎn)布置示意圖見圖3。

2.4 靜載試驗結(jié)果分析

加勁梁各測點(diǎn)撓度測試結(jié)果見表2。各加載等級下加勁梁各測點(diǎn)撓度實測值和滿載時理論值比較見圖4。索塔塔頂水平位移測試結(jié)果見表3。

表2 加勁梁各測點(diǎn)撓度測試結(jié)果 mm

3 結(jié)論

表3 索塔塔頂水平位移測試結(jié)果 mm

本次靜載試驗滿載時效率系數(shù)為1.00。各級荷載作用下測點(diǎn)變形實測值與理論值變化規(guī)律基本一致，實際狀況較好。滿載時，各測點(diǎn)校驗系數(shù)均小于1，說明該橋工作狀況良好，具有足夠的安全儲備。卸載后，各測點(diǎn)殘余值均小于20%，說明該橋基本處于彈性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)受力合理。在試驗荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫，結(jié)合面未出現(xiàn)開裂滑移現(xiàn)象，表明橋梁抗裂性能較好，結(jié)構(gòu)承載能力滿足正常使用要求。本文針對人行吊橋的特點(diǎn)進(jìn)行了靜載試驗，通過靜載試驗分析確定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，為以后類似工程研究提供借鑒和參考。