雙塔雙索面半漂浮體系大跨度斜拉橋靜載試驗研究

陳善彬

（中交路橋華東工程有限公司，上海 200120）

1 工程概況

某跨江大橋主橋為主跨636m 的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，邊跨設置輔助墩，其跨徑布置為86+229+636+229+86=1266m，結構設計為五跨連續半漂浮體系。主梁為流線型扁平鋼箱梁，中心線處內輪廓梁高3.5m，鋼箱梁全寬33.5m，標準梁段長16m，重2750kg。其中，索塔區梁段5 個，最大重量2600kg，斜拉索1 對[1]。主跨合龍梁段長10m，起吊重量1700kg，過渡墩、輔助墩異型梁段最大起吊重量3050kg。索塔采用“H”形，索塔總高度194.6m，底部設置2.5m 高的塔座[2]。

2 計算有限元模型

采用橋梁結構分析軟件MIDAS/Civil，建立主橋空間桿系有限元模型，共計有326 個梁單元、152 個拉索單元及651 個節點。主橋鋼箱梁的測點應變采用桿系全橋模型與局部空間模型相結合的計算方法。桿系全橋有限元模型由MIDAS/Civil 軟件建立計算，局部空間有限元模型由ANSYS 軟件建立計算[3]。

3 試驗實施方法

測定在最不利荷載工況下橋梁結構各控制部位的應力、變形及索力[4]。

3.1 測試項目

一是鋼箱梁撓度：相應加載工況下，測試鋼箱梁的豎向變形。

二是索塔塔頂變位：相應加載工況下，測試21#、22#塔頂順橋向最大變位。

三是應力測試：對應加載工況下，測試各控制截面應力。

四是斜拉索索力增量：相應加載工況下，選擇上下游ZJ18#、ZJ19#、CJ18#、CJ19#及CA18#、CA19#[5]。

3.2 測點布置

一是鋼箱梁（橋面）撓度測點：在上下游兩側鋼箱梁風嘴底面布置中跨與次邊跨16 個截面的撓度測試點，共36 個測點。

二是索塔塔頂變位測點：在21#、22#塔頂中心線位置。

三是靜應力測點：在鋼箱梁截面頂、底板布設沿鋼箱梁縱向應變測點，測點布置應兼顧頂、底板及相應位置的“U”形加勁肋應變測點。S1～S6箱梁截面及主塔塔根截面應變測點布置如圖2 所示，共計152 個應變測點，主塔布置24 個應變測點[6]。

四是斜拉索索力增量：各測試工況下，在典型截面（中跨跨中）進行索力增量測試。

3.3 加載工況

盡量用最少的加載車輛數量達到最大的試驗荷載效率，是加載工況布置的主要原則；每一加載工況依據某一試驗項目為主，兼顧其他檢驗項目。

工況1：中跨L/2 截面S1在最不利荷載作用下最大正彎矩及撓度的中載、偏載試驗。

工況2：中跨L/4 截面S2在最不利荷載作用下最大正彎矩及撓度的中載、偏載試驗。

工況3：塔梁交接處箱梁截面S3在最不利荷載作用下最大負彎矩的中載試驗。

工況4：22#主塔根截面S7、最不利荷載作用下最大正彎矩的中載試驗，22#主塔頂截面S8最不利荷載作用下最大縱向位移的中載試驗。

工況5：中跨跨中附近ZJ18#、ZJ19#、CJ18#、CJ19#斜拉索在最不利荷載作用下的最大索力增量中載、偏載試驗。

各加載工況下的荷載效率系數如表1 所示。

表1 各測試控制斷面荷載效率系數表

4 測試結果及分析

4.1 主梁撓度數據分析

各工況滿載試驗荷載作用下S1、S2截面撓度校驗系數如表2 所示。

表2 各截面撓度校驗系數表

在試驗荷載作用下各截面測點撓度校驗系數介于0.82～0.93 之間，各測點撓度校驗系數均小于1，工況1 試驗荷載作用下鋼箱梁變形如圖1 所示，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01—2015）的相關規定。

圖1 工況1 試驗荷載作用下鋼箱梁變形圖

中跨跨中截面S1對稱及偏心加載，鋼箱梁撓度變化規律與理論計算一致，大橋處于彈性工作狀態。撓度實測值與理論值的比值分別在0.75～0.94、0.83～0.98 之間，實測值小于理論計算值。S1斷面在滿載情況下的實測撓度值分別為754mm、804mm，工況2 試驗荷載作用下鋼箱梁變形如圖2 所示，滿足規范要求。

圖2 工況2 試驗荷載作用下鋼箱梁變形圖

中跨L/4 截面S2對稱及偏心加載，鋼箱梁撓度變化規律與理論計算一致，大橋處于彈性工作狀態。撓度實測值與理論值的比值分別在0.72～0.92、0.65～0.99 之間，實測值小于理論計算值。

4.2 主梁應力數據分析

各工況滿載試驗荷載作用下各截面應變校驗系數如表3、表4、表5、表6 所示。

表3 S1 截面應變校驗系數表

表5 S3 截面應變校驗系數表

表6 S7 截面應變校驗系數表

在正彎矩工況試驗荷載作用下，中跨S1截面箱梁底板應變校驗系數介于0.58～0.93 之間，中跨S2截面箱梁底板應變校驗系數介于0.84～1.03 之間；在負彎矩工況試驗荷載作用下，主塔塔頂S3截面箱梁頂板應變校驗系數介于0.74～1.00 之間；主塔塔根S7截面應變校驗系數介于0.43～1.08 之間。

4.3 索力校驗系數

各工況滿載試驗荷載作用下斜拉索索力增量校驗系數如表7 所示。

表7 各工況下實測索力增量校驗系數表

各工況下索力增量校驗系數介于0.96～1.00 之間，各測點校驗系數均小于1，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01—2015）的相關規定。

5 結論

第一，在試驗荷載作用下，主梁及主塔變形以及主梁應力對稱性良好，整體橋梁結構受力均衡。

第二，在試驗荷載作用下，主梁及主塔各控制截面的撓度實測值均小于理論計算結果，撓度校驗系數均小于1，介于0.82～0.93 之間，橋梁結構剛度滿足設計要求。

第三，在試驗荷載作用下，主梁及主塔各測試截面的應力測試值均小于理論計算結果，應力校驗系數均小于1，介于0.58～1.00 之間，橋梁結構強度滿足設計要求。