柔性吊橋靜載試驗及有限元分析

江西省通途路橋工程有限公司，江西 南昌 330200

1 工程概況

該橋梁全長147.724m，橋梁正交。橋梁上部結構形式為1m×91.00m 汽車柔性吊橋，上部矢高f=9.10m，矢跨比f/L=1/10，索塔采用鋼筋混凝土門式剛架結構，橋塔基礎為重力式擴大基礎，兩側岸錨碇采用重力式錨碇。技術標準：汽車荷載：單車（車貨總重）30t。

2 Midas Civil 模型計算

2.1 Midas Civil 模型

采用Midas Civil 計算橋梁在公路二級荷載作用下［1］，計算橋梁的受力狀況，以此確定荷載試驗最不利截面，橋梁Midas Civil 模型圖下圖所示：

圖1 橋梁Midas Civil 模型（單位：cm）

2.2 計算結果及分析

參考承載力評定規程規定，通過計算選取本柔性吊橋最不利受力的截面。采用Midas Civil 對本柔性吊橋進行結構計算分析［2］，計算時采用單車（車貨總重）30t 荷載等效的加載車輛［3］。

本次試驗選取1#索塔軸向內力（J1），L/4 截面（J2 和L1截面）、L/2 截面（J3 和L2 截面），位置示意圖所示。

圖2 測試截面（單位：cm）

3 檢測目的

荷載試驗主要測量橋跨結構內力與變形，從而對橋梁的承載力和工作特性進行評定。結構在自重、汽車荷載或人群荷載作用下，把控制斷面應力和撓度與理論計算值進行對比分析，判定其是否滿足規范設計要求，為橋梁的后期運營及養護提供技術支持。

4 靜載試驗

4.1 加載方案設計

4.1.1 試驗荷載確定

根據荷載試驗相關規范規定，選取最不利截面位置，將單車（車貨總重）30t（含汽車沖擊力）計算作為設計控制值。為達到荷載試驗效果，以汽車荷載效應與設計效應做比較，并采用靜載試驗效率ηq進行控制。

4.1.2 荷載試驗效率

靜力荷載試驗效率ηq是控制斷面在等效汽車荷載作用下與設計荷載作用下的比值。為能使橋梁荷載試驗反應現運營的橋梁的受力特性，規范要求采用較高的等效加載效率。

表1 現場試驗加載效率匯總表

4.2 荷載試驗分析

4.2.1 校驗系數

為了檢驗等效汽車荷載與理論計算值的差異，采用效應校驗系數ζ 進行分析：

式中：

Se：荷載試驗作用下主要測點的實測彈性變形值或應變值；

Ss：荷載試驗作用下主要測點的理論計算變形值或應變值。

測點校驗系數ζ 是評定橋梁的工作特性，確定本橋其承載能力的重要標準，規范要求校驗系數ζ≤1.0。

綜合本次荷載采集數據，分析J1～J3 截面的主要應變和撓度測點在各自最不利加載工況下的應變和撓度校驗系數，相關數據見表2、表3 所示。

表2 應變校驗系數結果匯總表

表3 撓度校驗系數結果匯總表

由表2 及表3 得出，J1～J3 斷面應變校驗系數值在0.39～0.93之間，撓度校驗系數值為0.27～0.95 之間，均＜1.00，表明在相當于單車（車貨總重）30t 荷載的作用下上部結構強度和剛度滿足正常的使用要求。

4.2.2 殘余變形（應變）分析

根據量測數據作下列計算

總變形（或總應變）St=Sl-Si

彈性變形（或彈性應變）Se=Sl-Su

殘余變形（或殘余應變）Sp=St-Se=Su-Si

式中：Si——加載前測值；

St——加載達到穩定時測值；

Su——卸載后達到穩定時測值。

引入相對殘余變形（或應變）的概念描述結構整體或局部進入塑性工作狀態的程度。相對殘余變形（或應變）按下式計算：

式中：S＇p——相對殘余變形（或應變），Sp、St 同上。

表4 相對殘余應變結果匯總表

表5 相對殘余變位結果匯總表

依據本次汽車荷載試驗檢測數據，分析J1～J3 控制斷面的主要應變測點在各自最不利加載工況下的相對殘余應變及位移測點在各自最不利加載工況下的相對殘余變位，結果匯總見表4、表5。

結合表4 及表5 可知，橋跨J1～J3 截面相對殘余應變數值在0.0%～1.2%之間，相對殘余變位數值在0.8%～13.9%之間，均符合公路橋梁承載能力檢測評定規程，小于20%的要求。表明本橋在等下汽車荷載作用下，具有良好的彈性復原能力。

5 動載試驗

本次試驗主要目的為測試結構的基頻和沖擊系數。

5.1 汽車動荷載數據分析

表6 結構基頻測定值與理論計算值對比表

由表6 可以看出，本結構在汽車跑車作用下結構的豎向基頻與計算基頻值相比大于1，依據承載能力評定規程規定，說明該橋的結構豎向剛度良好。

5.2 本橋沖擊系數分析

根據車輛以不同的車速勻速駛過橋面時，測試截面的實測沖擊系數如表7 所示。

表7 不同車速下的實測沖擊系數

由上表可知，本橋橋跨結構橫梁實測結構沖擊系數在0.03～0.04之間，縱梁實測結構沖擊系數在0.02～0.03之間，實測數值均小于理論數值。

6 結論

（1）經橋梁動荷載試驗（車貨總重）30t 數據表明，橋梁的測試參數滿足設計標準，能按設計正常使用。

（2）該橋結構豎向基頻值與理論計算值的比值大于1.0，依據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTGT J21-2011），該橋豎向剛度較好；本橋橋跨結構橫梁實測結構沖擊系數在0.03～0.04之間，縱梁實測結構沖擊系數在0.02～0.03之間，實測數值均小于理論數值。