烏蘇大橋靜載試驗研究

權冬波

(黑龍江省工程質量道橋檢測中心有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

烏蘇大橋靜載試驗研究

權冬波

(黑龍江省工程質量道橋檢測中心有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

依托實際工程，烏蘇大橋(主橋采用獨塔單索面塔梁墩固結支撐體系混合式結合梁的結構形式)竣工荷載試驗檢測，通過把試驗數據和理論分析相結合，來確定橋梁的實際工作狀態、橋梁實際的承載能力。

靜載試驗；獨塔斜拉橋；承載能力

1 橋梁概況及研究內容

黑龍江省撫遠縣烏蘇大橋及其引道全長6 405 km，其中主橋長280 m，引橋長1 320 m。其中，引橋采用跨徑為40 m預應力混凝土小箱梁連續梁結構，主橋采用獨塔單索面塔梁墩固結支撐體系混合式結合梁的結構形式。橋梁全寬26.5 m，橋面布置采用雙向共四車道。引橋共分為兩幅，其中單幅橋面寬11.75 m，為單向共兩車道，主橋主梁采用單箱雙室截面，底板水平設置，頂板設置2%的雙向橫坡，腹板采用直腹板，主梁采用帶大挑臂的鋼箱結合橋面板的斷面，鋼箱寬5.0 m，挑臂長10.75 m，橋面板全寬10.75 m。斜拉索梁上錨點采用鋼錨箱錨固在鋼箱內。鋼箱采用工廠分節段制造，現場全斷面焊接的方式。除端挑臂采用鋼箱形式外，其余挑臂均采用變高度工字形鋼梁的形式。

本次靜載試驗要根據規范規定的荷載試驗效率來確定加載荷載和加載工況。主要測點的選取要根據每個工況對應的不同截面的最不利位置進行布置。橋跨結構的校驗系數是由不同試驗工況下橋梁結構控制截面的實測撓度和應變與理論值的相比所得，由此確定橋梁的實際承載力，為相應各級管理、養護部門的工作提供可靠的信息

2 靜載試驗方案

(1)斜拉索編號說明

為了測量和分析比較每一根索的索力，對每一根斜拉索進行編號，編號規則如下：撫遠側為F，黑瞎子島側為H，下游側為X，上游側為S，撫遠上游側最短索為FS-1，最長索為FS-13；撫遠下游側最短索為FX-1，最長索為FX-13；黑瞎子島上游側最短索為HS-1，最長索為HS-13，黑瞎子島下游側最短索為HX-1，最長索為HX-13。

(2)主橋控制斷面和測點布置

根據該橋的結構特點和受力特性，共選取7個控制斷面進行靜載試驗。斷面選擇，以結構受力的不利控制斷面為主，同時輔以典型常規試驗截面，以達到反映結構受力的狀況為原則。就該橋的概況及結構形式，初步確定典型控制斷面情況見圖2。

(3)靜力試驗加載工況

靜載試驗采用340 kN載重汽車加載，試驗各工況下所需要加載車輛的數量，將根據設計標準活荷載產生的某工況下的最不利效應值按下式所定原則等效換算而得，保證荷載試驗效率在0.95到1.05之間。對主橋靜載試驗主要進行以下幾個工況的加載，如表1所示。

表1 公路-Ⅰ級加載試驗計算值及荷載效率

3 靜載試驗方案結果

(1)索力測試結果

通過振動傳感器測量斜拉索的固有頻率來間接計算斜拉索的索力。斜拉索的固有頻率處在低頻區域 (0.5～20 Hz)，因此選用壓電式低頻加速度傳感器。本次索力測試采用長沙金碼的索力動測儀進行索力測試。

表2 部分索力對比

注：F-表示撫遠側。

圖1 撫遠側索力測試結果圖

由上圖可以看出：斜拉索索力實測值與設計索力值接近，并且每并排兩根斜拉索索力實測值大小接近，說明烏蘇大橋的斜拉索索力值偏差較小，與設計值吻合較好，表明結構整體受力平衡。

(2)各個工況作用下主橋受力狀況分析

表3第二跨最大正彎矩中載S1截面測點應變數據分析

測點編號測點位置實測值(με)計算值(με)校驗系數殘余值(με)殘余度YZ1箱梁內側頂板(剪力滯測點)-67-870.7700%YZ9上游側腹板距離底緣320cm-76-870.87-11%YZ11上游側腹板距離底緣139cm1541900.8132%YZ13上游側腹板距離底緣10cm2853450.8300%YZ14中間腹板頂緣-48-600.8000%YZ15中間腹板距離下緣165cm1201420.8511%YZ16中間腹板下緣2663450.7700%YZ26混凝土板距離懸臂端部605cm15420.7500%

圖2 第二跨最大正彎矩中載S1截面測點應變理論計算值與實測值對比圖

在試驗荷載作用下主跨主梁最大正彎矩中載應變校驗系數為0.75～0.88，在斜拉橋校驗系數常見值0.72～1.00范圍內，小于規范規定值1.0要求，這說明該橋上部結構強度滿足設計要求；該橋在試驗荷載工況下腹板測點實測應變在沿梁高方向基本呈線性分布，說明結構在工作時基本符合平截面假定；主梁殘余應變均小于20%，說明結構在卸載后有良好的彈性恢復能力。因此可以得出該橋上部結構正截面抗彎拉強度可滿足公路-Ⅰ級荷載使用要求。

表4 第二跨最大正彎矩中載主塔偏位數據分析

塔頂偏位數據分析：

在斜拉橋中主梁和索塔軸線的空間位置至關重要，因為它可以判別斜拉橋是否處于正常運營狀態。很多因素都會引起主梁和索塔軸線位置的變化，例如溫度變化、混凝土徐變等。通過對斜拉橋索塔、主梁軸線的檢測，能提供判斷橋梁營運質量的依據。通過對斜拉橋索塔、主梁軸線的檢測，能提供判斷橋梁營運質量的依據。在主跨主梁最大正彎矩偏載作用下，實測塔頂縱橫橋向偏位值為2.5 cm、0 cm， 理論值為4.7 cm、0 cm，校驗系數為0.53，偏位實測值均小于計算值，滿足校驗系數常見范圍0.47～1.00。主塔整體抗彎剛度滿足公路-Ⅰ級荷載使用要求。

表5 第二跨最大撓度中載撓度數據分析

圖3 下游外緣撓度測點曲線圖

撓度數據分析：

該橋在試驗荷載作用下，各試驗跨跨中截面各梁的實測撓度外均小于理論計算值，表明該橋結構剛度滿足設計要求；該橋在試驗荷載作用下撓度校驗系數在0.81～0.95范圍內，符合斜拉橋常規值0.72～1.0，表明該橋梁結構剛度良好；結構的殘余變形都在20%以內，說明結構在卸載后有較好的彈性恢復能力。

表6 第二跨最大撓度中載主塔偏位數據分析

在斜拉橋中主梁和索塔軸線的空間位置至關重要，因為它可以判別斜拉橋是否處于正常運營狀態。很多因素都會引起主梁和索塔軸線位置的變化，例如溫度變化、混凝土徐變等。通過對斜拉橋索塔、主梁軸線的檢測，能提供判斷橋梁營運質量的依據。

4 結 論

通過對烏蘇大橋靜載試驗可得到如下結論：

(1)成橋狀態索力與設計索力數據進行對比分析，全橋52根斜拉索索力與設計索力吻合良好，說明結構整體受力平衡。

(2)在試驗荷載作用下該橋上部結構剛度滿足公路-Ⅰ級荷載使用要求。箱梁上、下緣及腹板應變實測結果與理論計算值吻合良好，該橋扭轉剪應力滿足設計要求。各實測應變數據變化和理論計算分布相一致，結構整體工作性能較好；主塔整體抗彎剛度和上部結構正截面抗彎強度可滿足公路-Ⅰ級荷載使用要求。實測扭轉角度小于理論扭轉角度，卸載后恢復良好。在各工況試驗荷載作用下，實測索力變化線形與理論變化較為一致，表明該橋索力分布較為均勻。

結合試驗數據，綜合分析評定烏蘇大橋承載能力可滿足公路-Ⅰ級荷載使用要求，可以正常投入使用。

[1] 李海，張哲，劉春城.沈陽市公和斜拉橋靜載試驗分析[J].北華大學學報(自然科學版)，2003，(5).

[2] 曾特新.大跨徑斜拉橋荷載試驗及靜動力分析[J].湖南交通科技，2005，(3).

[3] 宋敬杰.斜拉橋檢測中的靜載試驗研究[J].交通世界(運輸.車輛)，2013，(1).

U442

C

1008-3383(2017)08-0169-03

2016-11-12

權冬波(1986-)，男，工程師，主要從事橋梁檢測工作。