人行懸索橋驗收性荷載試驗

司 瑞 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

隨著我國經濟的快速發展，現有公路上的交通量日益增長，各種橋梁的建設也日漸增加，而因造價、工期、施工難度等各種因素的影響，施工質量成為工程建設的焦點。驗收性靜載試驗成為檢測設計是否安全、施工質量是否滿足規范及設計要求的重要手段，在此，本文以涇縣大唐陳村水力發電廠尾水吊橋為例，對人行懸索橋靜載試驗的步驟及操作技術作出分析。

1 工程概況

涇縣大唐陳村水力發電廠尾水吊橋主橋采用雙塔單跨柔性懸索橋形式，跨徑布置為11.5m（部分橋臺）+160m（凈跨）+11.5m（部分橋臺），橋面凈寬1.8m。主索在成橋狀態下的中跨垂跨比為1:23.53，主索中距2.3m，中跨設置吊桿，邊吊桿距橋塔中心線為5.0m，其余吊桿水平間距為2.5m。設計荷載：人群荷載1.0kN/㎡，基本風壓0.4kN/㎡，基本雪壓0.5kN/㎡。地震基本烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.05g。該懸索橋每根主索采用鋼纖維芯（GB8918-2006)6×37s+IWR的 B級鍍鋅鋼絲繩（Φ64mm，1960 級 ），吊桿采用Φ20/30mm的組合吊桿，材質為HPB300鋼筋，全橋共設61對吊桿。橋面系橫梁采用I20a，橋面索采用鋼纖維芯(GB8918-2006)6×37s+IWR的B級鍍鋅鋼絲繩（Φ22mm，1960級），橫向間距0.4m，橋面板為60mm厚樟子松防腐木板。抗風索采用鋼纖維芯(GB8918-2006)6×37s+IWR的B級鍍鋅鋼絲繩（Φ22mm，1960級），抗風拉索采用鋼纖維芯（GB8918-2006)6×37s+IWR的 B級鍍鋅鋼絲繩（Φ12mm，1960級）。橋塔采用鋼筋混凝土結構，基礎采用雙排群樁基礎。橋臺臺身、樁基礎采用C30混凝土，墊層采用C15混凝土。

2 試驗檢測內容

①主索在試驗荷載下的索力增量：索力是評價該柔性結構安全性和承載能力的一個重要指標，現場在兩邊跨索股安裝無線索力計，配自動采集系統、筆記本電腦進行數據采集分析；②橋跨控制載面在試驗荷載下的撓度及索塔塔頂縱橋向水平位移：變位是衡量橋梁結構實際剛度的一個重要指標，現場采用全站儀進行測量；③索塔裂縫觀測：試驗加載前，對索塔是否出現裂縫進行詳細的調查，若出現則在試驗過程中利用裂縫測寬儀等設備監測既有裂縫的變化情況，同時觀察是否有新的裂縫產生，并在試驗后進一步確認裂縫長度、深度和數量的發展情況。

3 加載實施方案

3.1 確定加載控制截面

利用Midas/civil 2019建立全橋有限元模型進行分析計算，得到該橋在人群荷載作用下負向撓度包絡圖如圖1。

相應的控制截面位置描述及控制效應內容見表1和圖2。

圖2 加載控制截面位置

3.2 加載工況設置及試驗效率

圖1 橋跨結構在人群荷載作用下的撓度包絡圖

加載控制截面位置及控制效應 表1

與加載控制效應相對應，該橋設置1個加載工況，加載重物按等效均布布載，該工況下所需測試的截面和內容如表2和圖3所示。

圖3 靜載試驗測試截面布置示意圖

采用有限元模型繪出該加載控制截面的撓度影響線圖，然后根據影響線圖確定試驗時等效均布荷載的位置和大小，為了保證試驗的有效性，應使該試驗加載工況的靜載試驗效率η滿足規范要求。該加載工況的試驗效率如下表3所示。

該工況靜載試驗效率η在規范允許的取值范圍內。

3.3 加載重物設置

結合計算以及考慮現場的加載設備，本次靜載試驗加載重物采用沙袋充當，采用均布布載。加載沙袋的具體參數見表4。

靜載試驗前，對所需沙袋準確裝載稱重，每袋重量應均勻，誤差不得超過5%。加載前以及加載過程中隨機對沙袋重量進行抽檢，抽檢結果基本滿足試驗要求。

加載工況設置詳表 表2

試驗效率 表3

加載沙袋參數 表4

根據控制截面的位移影響線，試驗等效均布荷載縱橋向布置情況如圖4所示，橫橋向采用對稱均勻布置。

圖4 試驗等效均布荷載布置示意圖（單位：cm）

3.4 測點布置

3.4.1 索力測點

該橋靜載試驗索力測試截面為兩邊跨4根主索的跨中截面，采用無線遙測振動（索力）測試分析系統進行測試，主要測試邊跨主索在試驗荷載作用下的索力增量和受力性能。

3.4.2 撓度測點

該橋靜載試驗撓度測試截面為L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8 八等分截面，通過全站儀對設置在橋面鋼橫梁的反光片測點進行觀測，以掌握橋跨測試截面的變位規律和受力性能。

3.4.3 塔頂縱橋向水平位移測點

通過全站儀采用無棱鏡模式對兩側塔頂中心線位置進行觀測，以掌握其縱橋向水平變位情況。

4 試驗結果分析

4.1 索力增量測試結果

本次靜載試驗分4級加載，結合計算分析各級加載所產生的索力增量較小，為提高測試精度，此次只對2級、4級加載后的索力增量進行測試，具體實測結果及對比分析如表5。

通過上述數據分析可知，在加載工況作用下，該橋邊跨各索段索力校驗系數在0.56～0.72之間，均在規范規定的范圍內（≤1），表明該橋跨結構主索整體強度能夠滿足設計人群荷載的運營要求。實測索力校驗系數較規范給出的常值范圍偏小，主要是由于該橋橋面采用索結構作為傳力體系，進而提高了橋跨結構的強度儲備。

邊跨各索段索力增量實測與理論對比分析結果 表5

塔頂縱橋向水平位移實測與理論對比分析結果（單位：mm） 表6

橋跨八等分截面撓度實測與理論對比分析結果（單位：cm） 表7

4.2 塔頂縱橋向水平位移測試結果

現場通過全站儀對各級荷載作用下兩側塔頂縱橋向水平位移進行測試，具體實測結果及對比分析如表6。

通過上述數據分析可知，在加載工況作用下，該橋兩側塔頂縱橋向水平位移校驗系數分別為0.73、0.74，均在規范規定的范圍內（≤1），表明該橋跨結構索塔整體剛度能夠滿足設計人群荷載的運營要求。

4.3 撓度測試結果

現場通過全站儀對各級荷載作用下橋跨八等分截面的撓度進行測試，具體實測結果及對比分析如表7。

在各級荷載作用下，對稱截面的實測撓度數據較為吻合，但各截面實測變位規律與計算結果有一定偏差；各測試截面撓度校驗系數在1.22～2.49之間，均超過了規范規定的范圍（≤1），表明該橋跨結構豎向剛度不滿足設計人群荷載的運營要求。

4.4 其他觀測結果

試驗加載前未發現各構件有明顯的裂縫，試驗加載過程中未觀測到新的裂縫產生；同時也未發生其它結構損壞，影響橋梁結構安全和正常使用。

5 檢測結果分析

①加載過程中發現實測撓度超過計算值且變位規律與計算結果有一定偏差后立即暫停加載并查找原因：結合前期檢測結果及加載過程中索塔變形、索力增量分析得出該情況與端部較多吊桿松動有關。

②實測索力校驗系數較規范給出的常值范圍偏小，主要是由于該橋橋面采用了索結構作為傳力體系，進而提高了橋跨結構的強度儲備。

③吊桿安裝質量偏差、抗風索松弛均對橋跨結構的整體剛度有一定影響。