大跨度鋼箱梁懸索橋靜載試驗(yàn)研究

岳洪武

（內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰024000）

1 工程概述

該橋梁工程采用808m 單跨簡(jiǎn)支鋼箱梁懸索橋；主纜計(jì)算跨徑為（190+808+260）m，矢跨比為1:10。主梁采用鋼箱梁，加勁梁高3.0m，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距12.0m；主塔采用門(mén)式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔基為承臺(tái)樁基礎(chǔ)；南岸錨碇采用隧道式錨碇，北岸錨碇采用框架重力式錨碇。

主橋加勁梁采用流線型扁平鋼箱梁，單箱單室。橋軸線處梁內(nèi)凈高3.0m，橋面雙向2.0%橫坡，鋼箱梁全寬39.6m（橫向兩吊索之間的間距為34.0m），鋼箱梁采用Q345D。

成橋靜載試驗(yàn)的目的在于了解橋梁結(jié)構(gòu)承載能力狀況，通過(guò)對(duì)跨度橋跨結(jié)構(gòu)的測(cè)定，采集在試驗(yàn)荷載的受力下其橋梁控制截面產(chǎn)生的應(yīng)力和撓度，再與原設(shè)定的理論計(jì)算值進(jìn)行比較，得出跨度橋梁的實(shí)際橋跨結(jié)構(gòu)在受力作用下的控制截面應(yīng)力與撓度值是符合原設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，以此測(cè)算出跨度橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力性能。

2 靜載試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施方法

靜載試驗(yàn)主要對(duì)結(jié)構(gòu)控制截面的強(qiáng)度、剛度、變形協(xié)調(diào)性、混凝土抗裂性等進(jìn)行測(cè)試，集中體現(xiàn)為控制截面主梁應(yīng)力、主梁各控制截面撓度、主纜各控制點(diǎn)撓度、主梁縱向漂移與支座、伸縮縫變形一致性、主塔偏位、關(guān)鍵吊索索力增量、主塔應(yīng)變和混凝土開(kāi)裂狀態(tài)觀測(cè)等。

2.1 靜載試驗(yàn)內(nèi)容與方法

在靜載試驗(yàn)的荷載作用下，采集跨度橋梁的主梁和主纜的控制截面受力后的應(yīng)力和變形情況，主塔在受力作用下的控制截面的應(yīng)力情況，主塔塔頂位置產(chǎn)生的縱向水平位移量，吊索承受的最大拉力，以及拉索產(chǎn)生的索力增量。跨度鋼箱梁在靜載試驗(yàn)下采集的測(cè)試布置見(jiàn)圖1，靜載加載作用過(guò)程中選擇進(jìn)行分級(jí)靜載加載。根據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)在作用力下的受力情況以及產(chǎn)生數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)該橋選取12 各控制截面進(jìn)行荷載試驗(yàn)。

圖1 靜載試驗(yàn)控制截面布置圖

2.2 試驗(yàn)荷載設(shè)計(jì)

跨度鋼箱梁懸索橋靜載試驗(yàn)中在測(cè)算荷載持荷時(shí)，選擇單輛卡車(chē)（三軸載重約35 t 汽車(chē)）作為參考的等效荷載物，汽車(chē)稱重時(shí)，需要將精確范圍控制在±5%以內(nèi)，在靜力試驗(yàn)過(guò)程中，可對(duì)設(shè)計(jì)活載進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬，并采集其作用時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)力值。該橋靜載試驗(yàn)各控制截面的控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 靜力試驗(yàn)荷載效率1

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)該橋的兩階段施工圖設(shè)計(jì)文件，采用橋梁領(lǐng)域?qū)I(yè)軟件Midas Civil 有限元模擬分析程序（考慮恒載幾何非線性）對(duì)大橋整體進(jìn)行理論分析，如圖2 所示。主纜及吊索采用桁架單元模擬，主梁和索塔采用梁?jiǎn)卧M，支座按實(shí)際位置及約束條件進(jìn)行模擬，該橋有限元模型共劃分935 個(gè)單元（包括桁架單元、梁?jiǎn)卧鍐卧?50 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖2 懸索橋三維空間有限元模型

3.1 應(yīng)變結(jié)果分析

試驗(yàn)荷載作用下，該橋主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.30～0.99 之間；主橋索塔應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)控制范圍在0.42～0.92。在取消卸載后主橋過(guò)載整體作用應(yīng)變能夠恢復(fù)正常，在各荷載作用下，所布設(shè)的主要控制測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的殘余應(yīng)變控制在20%以內(nèi)，橋梁主梁始終處于應(yīng)變彈性狀態(tài)，各項(xiàng)控制截面的荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)均符合公路I 級(jí)汽車(chē)荷載的要求。

3.2 撓度結(jié)果分析

試驗(yàn)荷載作用下，該橋主梁最大彈性撓度為66 車(chē)工況下L/2 截面，彈性撓度為1459.1mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)控制范圍0.72～0.98；主纜最大彈性撓度為36 車(chē)工況下L/4、L/2 截面，彈性撓度為1496.2mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.82～0.99 之間。試驗(yàn)荷載卸載后橋梁整體撓度能夠恢復(fù)正常，所布設(shè)的主要控制測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的殘余應(yīng)變控制在20%以內(nèi)，橋梁主梁始終處于應(yīng)變彈性狀態(tài)，各項(xiàng)控制截面的剛度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：各橋跨項(xiàng)剛度指標(biāo)均符合公路I 級(jí)汽車(chē)荷載的要求。

3.3 主塔偏位分析

在主塔塔頂最大縱向位移工況（66 車(chē)）作用下，主塔塔頂水平變位實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值對(duì)比：塔頂水平偏位以小樁號(hào)向大樁號(hào)方向?yàn)檎粗疄樨?fù)（表2）。

表2 滿載工況主塔水平偏位檢測(cè)結(jié)果

由主塔塔頂水平變位實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值比較可以看出，在主塔塔頂最大縱向位移工況（66 車(chē)）作用下，小樁號(hào)岸左肢彈性偏位為93.6mm，小樁號(hào)岸右肢彈性偏位為92.7mm，小樁號(hào)岸主塔水平偏位校驗(yàn)系數(shù)在0.99～1.00 之間。大樁號(hào)岸左肢彈性偏位為-103.7mm，大樁號(hào)岸右肢彈性偏位為-105.5mm，大樁號(hào)岸主塔水平偏位校驗(yàn)系數(shù)在0.98～0.99 之間。說(shuō)明鋼筋混凝土主塔水平抗彎剛度較大，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 縱向位移分析

主梁縱漂采用鋼卷尺在小樁號(hào)岸伸縮縫處進(jìn)行伸縮縫伸縮量、支座滑移測(cè)量。空載時(shí)讀取初始數(shù)據(jù)，在加載過(guò)程中，采用鋼卷尺測(cè)量伸縮縫的滑移量。主梁縱向位移以小樁號(hào)向大樁號(hào)方向?yàn)檎粗疄樨?fù)。

由檢測(cè)結(jié)果可以看出，在主梁縱漂工況（36 車(chē)）作用下，小樁號(hào)岸伸縮縫最大變形量為229mm，小于主梁縱漂理論值359.6mm，主梁縱漂校驗(yàn)系數(shù)在0.60～0.64之間。支座最大縱向位移量為228mm，最大豎向變位為0.36mm。伸縮縫及支座變形協(xié)調(diào)性較好。

3.5 索力結(jié)果分析

在吊索索力增量工況（18 車(chē)）下，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分別選取DG8、DG17、DG50吊索進(jìn)行吊索索力增量測(cè)試。（吊索根據(jù)小樁號(hào)向大樁號(hào)方向依次編號(hào)）由檢測(cè)結(jié)果得出，在吊索索力增大增量工況（18 車(chē)） 下，左側(cè)（上游側(cè)）DSL17 吊索最大索力增量為160.15kN，振動(dòng)法檢測(cè)索力增量校驗(yàn)系數(shù)在0.56～0.97 之間。

4 結(jié)論

試驗(yàn)荷載作用下，主橋主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.30～0.99 之間；主橋索塔應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.42～0.92 之間，滿足設(shè)計(jì)要求；主橋主梁最大彈性撓度為66 車(chē)工況下L/2 截面，彈性撓度為1459.1mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.72～0.98 之間；主纜最大彈性撓度為36 車(chē)工況下L/4、L/2 截面，彈性撓度為1496.2mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.82～0.99 之間，滿足設(shè)計(jì)要求；小樁號(hào)岸主塔水平偏位校驗(yàn)系數(shù)在0.99～1.00 之間，滿足設(shè)計(jì)要求；小樁號(hào)岸伸縮縫最大變形量為228mm，小于主梁縱漂理論值359.6mm，主梁縱漂校驗(yàn)系數(shù)在0.60～0.64 之間，小樁號(hào)岸支座最大縱向位移量為228mm，實(shí)際測(cè)出橋跨縱漂實(shí)際值符合工程設(shè)計(jì)要求，主橋?qū)崪y(cè)變形恢復(fù)和協(xié)調(diào)性均達(dá)到設(shè)計(jì)要求；振動(dòng)法檢測(cè)索力增量的校驗(yàn)系數(shù)0.56～0.97，滿足設(shè)計(jì)要求。

該工程橋跨結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下，始終處于彈性受力狀態(tài)，主梁、主塔、主纜的強(qiáng)度和剛度性能良好，受力狀況合理，橋跨結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)的要求。