單索面矮塔斜拉橋靜載試驗研究

摘要 為研究單索面矮塔斜拉橋的主橋在跨越446 m跨徑條件下的受力情況，以實際工程項目為例，跨徑組合為118 m

+210 m+118 m單索面矮塔斜拉橋，對其進行輪式軸壓不低于15.2 t的靜力載荷試驗，分析主塔縱橋向位移、主梁的縱向位移、索力、主梁混凝土應變以及主梁撓度實際測試值與理論計算分析值之間的差異，驗證所設計橋型的靜力承載能力及結構的安全性。

關鍵詞 斜拉橋;單索面;矮塔;靜載試驗

中圖分類號 U446.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0096-03

引言

在我國公路水運工程建設飛速發展的前提下，大跨徑公路橋梁越來越常見。隨著預應力理論的發展，鋼材等材料性能的逐步提升，預應力混凝土結構橋梁在我國廣泛建設。預應力混凝土連續梁結構具有較好的跨越能力，常常在跨越大江大河、溝壑山谷中使用。但隨著跨徑的增長，大跨徑結構常常存在腹板開裂、跨中下撓和非荷載裂縫增長等問題。斜拉橋是為了解決大跨徑預應力混凝土連續箱梁跨中下撓的一種組合結構，相較于普通變截面連續箱梁橋，斜拉橋通過斜拉索的拉索力，具有更大的跨越能力，同時能夠通過調節斜拉索的拉索力緩解上述問題。

該文以四川省某座單索面矮塔斜拉橋荷載試驗項目為依托，用Midas Civil有限元分析軟件建立模型，得到結構在靜力荷載作用下的控制截面撓度、應力（應變）理論值等信息，并將實測值與理論值進行比對分析，從而驗證橋梁結構性能是否滿足設計荷載要求。

1 項目概述

橋梁主橋是118 m+210 m+118 m的單索面矮塔斜拉橋，主梁斷面用單箱三室，C60混凝土，墩梁塔固結。跨中位置梁高3.4 m，支點位置梁高7.6 m，從中支點橫梁起104.5 m范圍內，梁高按二次拋物線變化。箱梁頂板寬是31.5 m，懸臂板長4.75 m，箱梁底板寬16.7～19.4 m，厚度按二次拋物線變化，邊室斜腹板與豎直面的夾角為21°。主塔高30 m，采用實心矩形截面，布置在中央分隔帶上，并與主梁固接。全橋共54根斜拉索，采用單索面，雙排扇形布置于中央分隔帶上。大橋的立面圖如圖1所示。

2 橋梁靜力荷載試驗

2.1 主要測試內容

（1）主梁試驗控制截面應力（應變）和變形。

（2）主梁在試驗荷載作用下的最大縱向和豎向位移。

（3）主塔控制截面的應變和在試驗載荷作用下的最大縱向水平位移。

（4）拉索在試驗荷載作用下的最大拉力及索力增量。

2.2 主要測試截面

主梁中跨跨中最大正彎矩截面（J1截面）、主跨墩頂最大負彎矩截面（J2截面）、主塔塔頂縱橋向最大水平位移與塔腳最大彎矩截面（J3截面）、主跨跨中附近拉索最大拉力增量截面（J4截面）為控制截面。

2.3 有限元分析模型

有限元分析模型的建立基于以下幾點假設：

（1）斜拉索用僅受拉的桁架單元來模擬。

（2）箱梁及塔、墩等主要構件均采用梁單元模擬。

（3）主梁與拉索間用剛性連接的方式來模擬，產生協同位移。模型如圖2所示。大橋主橋活載計算內力圖和索力增量圖如圖3和圖4所示。

2.4 試驗效率

經計算，得到各工況的效率系數為0.87～0.95，符合《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21—01—2015）[1]中交（竣）工驗收荷載試驗ηq宜在0.85～1.05之間的要求，具體見表1。

2.5 測點布置

（1）應變測點：在測試截面J1～J2處布置28片電阻應變計（不含溫度補償片）。溫度補償：粘貼在與測試結構相同材質、相同測試環境條件下的非受力部位。詳見圖5。

（2）撓度測點：在撓度試驗截面橫向左右側各布置一個測點，共布置22個測點。撓度的試驗截面有左邊跨的1/2截面，中間跨的1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8截面，右邊跨的1/4、1/2、3/4截面，具體試驗截面位置如圖6所示。同時，選取右邊跨大樁號側墩頂伸縮縫截面進行主梁縱向變形觀測。主塔塔頂的水平變位測點布置在右側主塔塔頂，在塔頂大小樁號側各布設1個測點，共計2個測點。

2.6 試驗結果

（1）位移和撓度：經檢測，控制截面的實測位移和撓度均小于計算值，工況1校驗系數介于0.56～0.71之間，最大實測相對殘余變形為11.1%;工況2校驗系數介于0.61～0.72之間，最大實測相對殘余變形為9.6%;工況3校驗系數介于0.60～0.71之間，最大實測相對殘余變形為6.3%;工況4校驗系數介于0.59～0.72之間，最大實測相對殘余變形為6.5%;工況5校驗系數介于0.64～0.70之間，最大實測相對殘余變形為7.9%;工況6校驗系數介于0.62～0.72之間，最大實測相對殘余變形為8.3%，滿足《規范》[1]要求。

（2）應力（應變）：試驗荷載作用下，各截面的實測應力值總體處于正常狀態，J1截面最大正彎矩應變校驗系數為0.56～0.89，應變校驗系數均值為0.71，最大實測相對殘余應變為10.34%;J2截面最大正彎矩校驗系數為0.58～0.90，應變校驗系數均值為0.73，最大實測相對殘余應變為10.34%，滿足《規范》[2]要求。

（3）斜拉索索力檢測結果：工況7、8滿載作用下，拉索最大拉索力增量分別為138 kN、126 kN，校驗系數為0.69、0.67，滿足《規范》[3]要求。

3 結論

通過對該單索面矮塔斜拉橋進行靜載試驗，得出以下結論：

（1）評價試驗是否準確的前提條件：應分析現場施工工序及方法，準確模擬索與梁體之間、塔柱與梁體之間的連接方式，施加設計活載，獲得較為真實的理論計算值。

（2）分析索力、應變、撓度實測值與理論值之間的差異，表明所設計橋型安全、合理。

參考文獻

[1]公路橋梁荷載試驗規程： JTG/T J21—01—2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.

[2]公路橋涵設計通用規范： JTG D60—2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.

[3]城市橋梁檢測與評定技術規范： CJJ/T 233—2015[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2015.

收稿日期：2022-01-27

作者簡介：付元元（1991—），女，本科，工程師，從事工程檢測和咨詢工作。