大跨度人行懸索橋靜載試驗技術研究

賈 恒（山東鐵正工程試驗檢測中心有限公司，山東 濟南 250014）

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大跨度人行懸索橋靜載試驗技術研究

賈 恒
（山東鐵正工程試驗檢測中心有限公司，山東 濟南 250014）

摘 要：本文結合天蒙旅游區人行懸索橋橋梁靜荷載試驗項目，介紹了雙鏈雙塔大跨度人行懸索橋的靜荷載試驗的內容和方法，可為以后類似工程荷載試驗提供參考。

關鍵詞：橋梁工程；懸索橋；靜荷載試驗；橋梁檢測

1 橋梁工程概況

天蒙旅游區人行索橋位于臨沂市費縣北部天蒙景區內，跨越山谷連接望海樓和玉皇頂兩個景點。本橋為主跨420m的單跨吊索橋，跨徑組成為38+420+ 47.5m，橋面縱坡為1.0%和-1.0%，橋梁概貌如圖1所示。主纜在成橋狀態下的中跨垂跨比為1∶12，兩根主纜中心距為3.5m，主梁下方兩側設置抗風纜。主梁由橫梁和縱梁組成，上面鋪設混凝土橋面板。主梁在索塔中心線處設置伸縮縫，索塔處主梁下方設置豎向支座，主梁梁端側向設置抗風支座。

主梁由下部的橫梁和上部縱梁構成，全寬4.0m，人行道寬度2.4m。下部橫梁采用28b工字鋼，橫梁順橋向間距3.0m。橫梁與橫梁之間設置由100×100×12mm角鋼組成的“X”撐進行加勁，以提高主梁剛度和穩定性。橫梁上部設置4道縱梁，縱梁采用20b工字鋼，與橫梁通過焊接連接。主梁在索塔處設有豎向支座，支座采用250×250×74mm矩形板式支座。

吊索橫向間距3.5m，下端錨頭采用承壓式連接，錨固于欄桿外側橫梁處；橫梁端部開孔，用于錨固抗風拉索的上端錨頭。橋面板采用10cm厚混凝土板，上面鋪設3mm鋪裝。橋面板通過高強螺栓與縱梁連接。為改善結構的抗風性能，在縱梁和橋面板高度位置設置風嘴。欄桿立柱采用規格為60×80×5mm的矩形無縫鋼管，通過立柱底座與橫梁焊接連接，立柱間采用通透性良好的鋼絲網。立柱同時作為支撐，用于固定欄桿扶手。伸縮縫采用560mm梳齒型伸縮縫。在主厚鋼板，形成伸縮縫預留槽。

圖1

2 靜荷載試驗檢測的主要內容

根據沂蒙山天蒙旅游區人行索橋的結構特點，靜荷載試驗的主要內容為：主梁撓度檢測、主塔塔頂偏位檢測、主纜撓度檢測、主梁應力應變檢測。

3 靜載試驗的方法

3.1 加載程序

根據本工程的設計荷載等級為400kg/m2，本試驗以400×1008=403200kg，約400t作為控制荷載，按照標準荷載的方式進行加載。根據現場實際情況，采用沙袋模擬加載。根據試驗荷載加載分級原則，結合實際工程情況，為了全面了解橋梁各部位以及整體的響應參數隨荷載增加而發生變化的情況，此次加載采用分級加載、分級卸載的方式進行，共分五級逐次加載，五次逐次卸載。具體加載、卸載順序以及效率見表1。為了檢測橋梁的偏載情況，在分級加載時，第一級荷載加至橋面的一側，二級荷載加至另一側，五級荷載交叉堆載。

3.2 主梁撓度測試

3.2.1 測點布置

首先根據主梁在荷載作用的撓度包絡圖，確定撓度測試斷面為L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8處，即橫截面1、3、5、7、9、11、13、15、17，在實際測量中，為方便記錄位置，選取最靠近理論計算控制斷面的吊索作為參照物，并系紅色布條作標記，選取吊索根部的螺栓作為實際觀測點，主梁控制斷面示意圖如圖2所示，撓度測點布置示意圖如圖3所示。

3.2.2 測量儀器

采用Dini 03電子水準儀搭配銦鋼條碼尺進行撓度測量，測量度在±0.3mm/km以內，最小讀數為：0.01mm。

3.2.3 測量程序

主梁撓度測試采用水準法，利用電子水準儀讀取觀測點上銦鋼條碼尺水平高程，通過計算加載前后高程差計算撓度。靜力測試開始之前以及靜力測試過程中每進行一級加載都要對撓度觀測點進行觀測，根據加載前后觀測所得的高程差計算出加載過程中撓度差，并與理論計算值進行對比，如果出現較大的偏差或波動，應馬上中止靜載試驗并檢查試驗過程，查找問題進行改正；當撓度出現明顯變化時，必要時應終止加載試驗。

3.3 主塔塔頂偏位觀測

3.3.1 測點布置

主塔撓度測點布置橋塔頂部，并在橋塔頂部粘貼反射片以方便全站儀進行觀察。

3.3.2 測量儀器

主塔撓度測試采用瑞士徠卡TS09PLUS全站儀檢測。該全站儀測角精度為1″，測距精度為1+1ppm，通過多測回觀測點位中誤差不超過±1.5mm。

3.3.3 測量程序

由于主塔高度過高，為避免障礙物視線阻擋，可采用中間設站的三角高程測量方法。在本次測試中，通過對比加載前后，觀測點塔頂與控制點的高程差計算撓度。

3.4 主纜撓度測試

3.4.1 測點布置

主纜的測點布置參考主梁撓度的測點布置，即測點布置在主梁測點所在吊索與主纜交界的索夾，并在此處粘貼反射片，主纜的測點布置示意圖如圖4所示。

3.4.2 測量儀器

主纜撓度的測量儀器與主塔撓度的測量儀器相同，均為瑞士徠卡TS09PLUS全站儀。

3.4.3 測量過程

主纜撓度的測量方法與主塔撓度的測量方法相同，均采用似水準法，具體步驟見主塔撓度測量步驟。

3.5 主梁應力應變測試

根據結構受力特點，確定應變測試斷面塔腳、L/2、L/8、L/4、3L/8、5L/8、3L/4、7L/8，即圖5所示斷面1、3、5、7、9、11、13、15、17。

3.5.1 測點布置

根據主梁受力特點，測點布置選擇在測試斷面的四根縱梁和最靠近測試斷面的橫梁跨中，數碼應變計的方向沿著縱梁和主梁方向粘貼，總共需要45個數碼應變計。

表1 人行吊橋加載卸載順序及試驗效率

圖2 主梁控制斷面示意圖

圖3 撓度測點布置示意圖

圖4 主纜測點布置示意圖

圖5 應變測試斷面測點布置示意圖

3.5.2 測量儀器

主梁橫斷面的應變測試使用的儀器為JMZX-212型表面智能數碼弦式應變計和綜合測試儀。應變計需要安裝在主梁應變測試點，綜合測試用于度數，在進行應變測試時，弦式應變計的應變量程為±1500με，應變測量精度為2.5% F.S.（1με）。

3.5.3 測量程序

首先在規定的觀測點安裝應變計。應變計的安裝方法有三種：焊接安裝，膨脹螺栓安裝，以及膠粘安裝。前兩種安裝方法適于長期測試，最后一種安裝方式適合臨時監測。根據本次測試臨時性的特點，安裝方式選為膠粘安裝。膠粘安裝的安裝步驟如下所述：

①基座緊固在應變計兩端；

②調整調節螺母將應變值調整在1500με左右。若結構體受力變形較大，受壓應將初始應變調整在2800με，受拉則調整在800με左右。

③將被測結構表面用粗紗布做打平處理（若為非鋼結構應用絞磨機將表面做打平處理后進行），再用丙酮將粘結面抹干凈。若采用強力膠粘劑（302丙烯酸酯膠等）粘貼時，按A、B雙管1∶1的比例混合攪勻后（攪拌一分鐘以上），將膠液均勻涂抹在應變計與被測結構點的粘接面，膠層不宜太厚，否則影響測試效果，然后將應變計粘貼在結構體表面，常溫下指壓5～15分鐘（防止膠粘劑固化過程中應變計移位）后，用膠將安裝基座四周抹實。

④膠完全固化3小時后，將應變計上的調節螺母完全旋松，用小鐵錘輕擊左右端，防止螺母虛假鎖死。測量應變值應穩定，否則要重新安裝。

應該注意根據結構要求選定測試點與測力方向，要求應變計與受力方向相同（與應變計軸線平行）。應變計完全穩定后（可通過觀測應變值變化情況了解），根據綜合測試儀說明書中，調零操作進行，使綜合測試儀測量顯示中“差值”為零，并記錄下顯示中“應變”的值，并按“保存”鍵保存。登記好每個測試點安裝的應變計編號，并保存好記錄資料。

使用應變計的測試可以了解結構體應變即變形）情況，通過結構體的彈性模量可以計算出結構體的應力。通常方式為應變計安裝完成、結構體穩定后讀取應變計的初值，隨后當結構體被施力或其他情況影響，再讀取應變計的測量值。此時差值=（測量值-初值）即為結構體的應變情況，該差值包括了所有影響結構體變形的因素。

結論

對大跨度人行懸索橋的靜荷載試驗充分地檢測了大跨度人行懸索橋梁的結構承載能力。通過不同荷載情況下的橋梁變形和結構應力測試，進行一步檢測成橋后的結構剛度和各種荷載情況下的穩定情況。通過對比檢測數據，使原橋梁工程的設計和施工質量以及評價工程結構具有可靠性，測試橋梁當前工作狀態，鑒定橋梁結構工程的實際承載能力，評價工程施工的總體質量，為工程運營、養護和使用提供了必要的技術資料。

由于本橋為大跨度人行懸索橋，并位于兩山的山頂，沒有行車的道路，荷載的運輸與加載非常困難，但通過實施合理的技術與措施，順利且圓滿地完成了本橋的荷載試驗，并達到了預期的結果。本檢測方法具有很好的推廣應用價值。

參考文獻

［1］郝天之，賈艷領，蔣國富.大跨徑懸索橋靜載試驗變形分析［J］.城市建設理論研究：電子版，2011（22）.

中圖分類號：U448

文獻標識碼：A