獨塔雙索面斜拉橋靜載試驗分析

駱浩光 潘水強

摘 要：文中以某獨塔雙索面斜拉橋為例，對斜拉橋結構進行理論分析及現場靜載試驗，測試其結構是否滿足規范及設計的要求。試驗結果表明：該斜拉橋主要測點撓度、主塔縱向位移、索力的校驗系數以及殘余變形滿足要求，實際剛度較設計大、結構處于彈性工作狀態，但部分測點應變校驗系數不滿足要求，說明其強度儲備不夠，受力性能不足。

關鍵詞：斜拉橋;靜載試驗;校驗系數

中圖分類號：U446;U448.27 文獻標識碼：A

0 概述

某橋梁主橋為預應力混凝土獨塔雙索面斜拉橋，跨徑120 m，全長240 m。主梁為梁板斷面現澆混凝土結構，塔梁墩固結，橋塔為獨立雙柱型，不設上橫梁，橋墩雙柱型。主梁從橋塔開始縱向兩側各18對拉索，梁上索距為6 m，主梁每跨分19個梁段，1號梁段長13.5 m，2-18號梁段長6 m，19號梁段長4.37 m，端部有30 cm封錨段。1號梁段的墩頂部分設三道橫梁，間距為2.98 m，懸臂部分設兩道橫梁，間距為2.45 m;2-18號梁段橫梁間距6 m;主梁根部的邊主梁設豎向預應力筋與墩頂固結。20、22號邊墩各設置四個3 000 kN的單向活動盆式橡膠支座，上、下盆互相設扣件防止地震及風震時上下盆脫離。

塔柱全高60 m，外形為多邊形獨柱，橫斷面為單箱雙室的箱形截面，僅在橫橋向對稱，斜拉索軸線偏離縱向形心軸。塔柱在無索區和塔冠為等截面，在錨固區因有斜拉索錨固齒板故為變截面。

設計荷載等級為汽車-超20級，掛車-120級，人群荷載3.5 kN/m2。橋梁立面、斷面布置如圖1～2所示。

1 靜載試驗及結果分析

1.1 試驗工況設置

（1）工況1：第21跨最大正彎矩工況（A-A截面）

工況2：第21跨最大豎向位移工況（B-B截面）

主要測試項目：①第21跨A-A截面應變;②第21跨主梁B-B截面撓度;③部分拉索索力。

（2）工況3：主塔（21#塔）最大彎矩工況（D-D截面）

工況4：主塔（21#塔）塔頂最大縱向位移工況（E-E截面）

主要測試項目：①主塔（21#塔）D-D截面應變;②主塔（21#塔）E-E截面塔頂位移。

（3）工況5：主梁最大負彎矩工況（C-C截面）

主要測試項目：①主梁C-C截面應變。

各測試截面布置見圖3。

1.2 試驗加載

本次靜載試驗以設計活載產生的各控制截面的控制內力及變形作為加載依據。試驗荷載的最大噸位按照控制截面的試驗內力和變形達到設計控制內力的0.95～1.05來確定，并以彎矩和變形等效為原則。根據結構計算分析，采用20輛重約330 kN的汽車進行偏載試驗加載，彎矩及變形的加載效率為0.94～1.03，滿足規范的要求（0.95<η≤1.05）。

正式加卸載步驟分為4級加載和1級卸載，加載前需進行預加載。加載載位現場布置見圖4。

1.3 測點布置

1.3.1 撓度及支點沉降觀測

現場撓度觀測采用精密電子水準儀及激光撓度儀進行，其中右側縱向測點采用激光撓度儀在橋面布點進行測試，撓度控制截面處橋梁中央分隔帶兩側采用精密電子水準儀在橋面布點進行測試，根據現場條件選擇穩定、不發生沉降的后視點作為撓度基準點。本次測量共布設19個撓度觀測點，見圖5。

1.3.2 主塔位移觀測

主塔位移測點布設在21#主塔的頂端，采用全站儀觀測各級荷載作用下21#主塔的縱向位移變化及恢復情況，測點編號為E1和E2。

1.3.3 應變觀測

應變觀測主要針對各個荷載工況下結構的關鍵截面（A、C、D截面），主要截面應變測點布置見圖6～8所示。為了盡量降低溫度對試驗測試結果的影響，試驗選擇在晚上溫度較為穩定的時段進行。

1.3.4 索力測試

索力測試采用振動頻率法進行，對各級試驗荷載作用下21#塔小里程方向的9～11#斜拉索（共6根）的索力進行測試，分析試驗加載過程的索力變化情況。

1.4 試驗結果

1.4.1 撓度

在工況2荷載作用下，主要測點的撓度校驗系數計算見表1。

由表1的數據顯示可知，在工況2荷載作用下，撓度控制截面測點的撓度校驗系數位于0.766～0.822之間，主要測點靜力荷載試驗校驗系數均小于1。

1.4.2 主塔位移觀測

在工況4荷載作用下，主塔主要測點的縱向位移校驗系數計算見表2。

由表2的數據顯示可知，在工況4荷載作用下，主塔控制截面測點的縱向位移校驗系數位于0.666～0.722之間，主要測點靜力荷載試驗校驗系數均小于1。

1.4.3 應力（應變）測試結果

在工況1、3、5荷載作用下，主要測點的應變校驗系數計算見表3～5。

在工況1荷載作用下，控制截面主要測點（A4、A5、A19、A20）的應變校驗系數在0.731～0.826之間，主要測點靜力荷載試驗校驗系數均小于1，滿足規范要求。在工況3荷載作用下，控制截面主要測點（DR1、DR2、DR6、DR7）的應變校驗系數在0.724～1.000之間，主要測點靜力荷載試驗校驗系數均小于1，滿足規范要求。在工況5荷載作用下，控制截面主要測點（C4、C5、C19、C20）的應變校驗系數在1.012～1.166之間，主要測點靜力荷載試驗校驗系數大于1，不滿足規范要求。

1.4.4 索力

在工況1、2荷載作用下，主塔典型索主要測點的索力校驗系數計算見表6。

表6 荷載作用下典型索索力增量的實測值和

計算值比較（kN）

測點 數值

類型 試驗工況1、2 最大彈

性撓度 實測值/計算值（Se/Sstat）

4級加載 卸載階段

2L9 實測值 356.38 41.26 315.12 0.756

計算值 417 / 417

2L10 實測值 336.47 17.14 319.33 0.839

計算值 380.8 / 380.8

2L11 實測值 317.14 10.05 307.10 0.820

計算值 374.4 / 374.4

在工況1、2荷載作用下，主塔典型索索力校驗系數位于0.756～0.839之間，主要測點靜力荷載試驗校驗系數均小于1。

1.4.5 殘余變形及應變

試驗結束前對試驗橋跨進行了殘余變形和殘余應變觀測，各主要測點的相對殘余變位及相對殘余應變均未超過20%，檢測橋跨的殘余變形和殘余應變值均能滿足規范中關于殘余變位和殘余應變的要求，表明結構處于彈性工作狀態。

1.5 結果分析及評定

通過對該橋的撓度、應變、主塔位移、索力的實測及計算分析可知，靜載試驗荷載效率介于0.95～1.05之間，滿足規范的要求，試驗荷載所產生的效應可反映設計規范基本可變荷載效應的特征。橋梁主要測點校驗系數范圍分布在0.666～1.166之間，主要測點撓度、主塔縱向位移、索力校驗系數均小于1，部分應變測點校驗系數大于1;卸載后，測試截面應變、撓度及位移測點的最大相對殘余小于20%，表明結構處于彈性工作狀態。由此可知，在靜載試驗中，該橋的主要力學控制指標（校驗系數）不滿足規范要求，橋梁正常使用性能不能滿足設計荷載等級的要求。

2 結論

（1）試驗荷載作用下，主要測點撓度、主塔縱向位移、索力校驗系數均小于1，滿足規范要求，說明橋梁實際剛度較設計大;橋梁相對殘余均滿足要求，說明橋梁處于彈性工作狀態。

（2）試驗荷載作用下，部分主要測點應變實測值大于理論計算值，校驗系數大于1，不滿足規范要求，說明橋梁強度儲備不夠，受力性能不足;從維持結構使用功能及安全的角度出發，建議立即對該橋進行限載，及時出具維修加固方案，橋梁維修加固后方可恢復原交通。

（3）斜拉橋作為超靜定結構，受力復雜，該橋由于運營年限久、材料老化、荷載負荷大等原因而出現部分病害，從而導致橋梁個別指標不滿足規范要求，強度儲備不夠，受力性能下降等現象，值得各界重視。

（4）基于上述結論，建議對現有斜拉橋進行全面的隱患排查，并做好日常管養及定期檢查，以確保橋梁正常及安全的運營。

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