某人行懸索橋靜載試驗評定分析

劉 恒 涂文祥 彭銳升

(湖南高速鐵路職業技術學院鐵道工程學院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

人行吊橋的歷史悠久，由于其構造簡單、受力明確、跨越能力強、造型美觀等特點，在公園和景區修建的越來越多。為了保證行人和橋梁的安全，必須要對橋梁結構承載能力進行評定。

靜載試驗是采用其他的物體進行堆載使結構控制位置的效應等效于設計荷載作用下的效應，通過測試得出的實測值與設計值之間的關系來判定結構承載能力的方法，檢測結果比較直觀，是一種常用的橋梁檢測方法。目前，針對一般公路橋梁的靜載試驗研究比較多，國家也出臺了相關規范，但對于人行吊橋靜載試驗尚無相應的規范。

1 工程概況

1.1 總體布置

某公園人行吊橋主橋為雙塔雙索面單跨懸索橋，主跨52 m，跨越人工湖，引橋為鋼筋混凝土簡支梁橋。全橋布置兩根主纜，主纜橫向間距2.5 m，矢高5.2 m，垂跨比1/10，主纜曲線方程y=4fx(l-x)/l2。橋面線形為拋物線形式，跨中預拱度0.5 m，跨中橋面與主纜距離2.4 m。橋面全寬2.8 m，其中兩側吊索錨固區和欄桿各寬0.15 m，人行道凈寬2.2 m。橋梁立面和橫斷面布置見圖1。

1.2 主要材料特性

索塔為鋼筋混凝土結構，混凝土標號為C40，彈性模量為3.25×104MPa，抗壓設計強度18.4 MPa，抗拉設計強度1.65 MPa。

主纜由3φ40(8×36WS+1WR)的鋼芯瓦林吞鋼絲繩組成，其公稱抗拉強度為1 870 MPa。彈性模量為2.1×105MPa。

吊索采用直徑為16 mm的Q235B碳素結構鋼熱軋鋼棒，彈性模量為2.06×105MPa，抗拉強度設計值190 MPa。

加勁梁橫橋向布置為100×48×48×5.3槽鋼，立放，縱橋向間距2 m，采用高強螺栓錨固于每對吊桿之下。縱向等間距布置三道80×43×43×5.0槽鋼錨固于橫向槽鋼之上，橫放。槽鋼采用Q235鋼材，彈性模量為2.06×105MPa，抗拉強度設計值190 MPa。

1.3 其他設計參數

設計荷載：專用人行橋，人群荷載3.5 kN/m2；設計洪水頻率：1/100；地震基本烈度：6度，峰值加速度：<0.05g；風壓：0.35 kPa。

2 靜載試驗

2.1 有限元計算模型

采用橋梁結構有限元分析軟件MIDAS Civil建模計算分析。索塔、加勁梁采用梁單元，主纜、吊索采用只受拉桁架單元，塔底基礎、錨碇采用固結方式模擬。橋梁有限元模型見圖2。

2.2 試驗加載方案

按照設計人群荷載3.5 kN/m2進行計算布載，采用在橋面壓水箱加載的方式模擬人群荷載進行試驗加載。滿載時加載用水共計46.2 t，水深0.35 m，均勻對稱布置于橋面全長凈寬范圍處，靜載試驗效率系數1.00。為保證加載質量，防止橋面縱坡和橋面變形引起水匯聚于跨中，每隔約2 m～3 m設置隔艙，現場采用分級、對稱加載的方式往每個隔艙內均勻注水。試驗時分三級加載，分兩級卸載，每一級加水達到預定荷載后穩定20 min，再測讀各測點讀數。各級水位及水量見表1。

表1 荷載分級表

2.3 測點布置

參照公路和城市橋梁相關規范，根據橋梁在人群活載作用下(不考慮沖擊)的受力特點，確定加勁梁和索塔塔頂各控制截面在荷載作用下的變形測點。加勁梁撓度測點分別布置在橋梁兩側測試跨的跨中(1/2L)，四分點(1/4L，3/4L)，八分點(1/8L，3/8L，5/8L，7/8L)支點位置。撓度測試采用高精度水準儀測量。索塔塔頂水平位移測點分別布置在橋梁東西兩側索塔塔頂位置。索塔塔頂水平位移測試采用免棱鏡全站儀測量。各測點布置示意圖見圖3。

2.4 靜載試驗結果分析

加勁梁各測點撓度測試結果見表2。各加載等級下加勁梁各測點撓度實測值和滿載時理論值比較見圖4。索塔塔頂水平位移測試結果見表3。

表2 加勁梁各測點撓度測試結果 mm

3 結論

表3 索塔塔頂水平位移測試結果 mm

本次靜載試驗滿載時效率系數為1.00。各級荷載作用下測點變形實測值與理論值變化規律基本一致，實際狀況較好。滿載時，各測點校驗系數均小于1，說明該橋工作狀況良好，具有足夠的安全儲備。卸載后，各測點殘余值均小于20%，說明該橋基本處于彈性工作狀態，結構受力合理。在試驗荷載作用下，橋梁結構未出現裂縫，結合面未出現開裂滑移現象，表明橋梁抗裂性能較好，結構承載能力滿足正常使用要求。本文針對人行吊橋的特點進行了靜載試驗，通過靜載試驗分析確定橋梁結構的承載能力，為以后類似工程研究提供借鑒和參考。