雙塔雙索面半漂浮體系大跨度斜拉橋靜載試驗(yàn)研究

陳善彬

（中交路橋華東工程有限公司，上海 200120）

1 工程概況

某跨江大橋主橋?yàn)橹骺?36m 的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，邊跨設(shè)置輔助墩，其跨徑布置為86+229+636+229+86=1266m，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為五跨連續(xù)半漂浮體系。主梁為流線型扁平鋼箱梁，中心線處內(nèi)輪廓梁高3.5m，鋼箱梁全寬33.5m，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)16m，重2750kg。其中，索塔區(qū)梁段5 個(gè)，最大重量2600kg，斜拉索1 對(duì)[1]。主跨合龍梁段長(zhǎng)10m，起吊重量1700kg，過渡墩、輔助墩異型梁段最大起吊重量3050kg。索塔采用“H”形，索塔總高度194.6m，底部設(shè)置2.5m 高的塔座[2]。

2 計(jì)算有限元模型

采用橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS/Civil，建立主橋空間桿系有限元模型，共計(jì)有326 個(gè)梁?jiǎn)卧?52 個(gè)拉索單元及651 個(gè)節(jié)點(diǎn)。主橋鋼箱梁的測(cè)點(diǎn)應(yīng)變采用桿系全橋模型與局部空間模型相結(jié)合的計(jì)算方法。桿系全橋有限元模型由MIDAS/Civil 軟件建立計(jì)算，局部空間有限元模型由ANSYS 軟件建立計(jì)算[3]。

3 試驗(yàn)實(shí)施方法

測(cè)定在最不利荷載工況下橋梁結(jié)構(gòu)各控制部位的應(yīng)力、變形及索力[4]。

3.1 測(cè)試項(xiàng)目

一是鋼箱梁撓度：相應(yīng)加載工況下，測(cè)試鋼箱梁的豎向變形。

二是索塔塔頂變位：相應(yīng)加載工況下，測(cè)試21#、22#塔頂順橋向最大變位。

三是應(yīng)力測(cè)試：對(duì)應(yīng)加載工況下，測(cè)試各控制截面應(yīng)力。

四是斜拉索索力增量：相應(yīng)加載工況下，選擇上下游ZJ18#、ZJ19#、CJ18#、CJ19#及CA18#、CA19#[5]。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

一是鋼箱梁（橋面）撓度測(cè)點(diǎn)：在上下游兩側(cè)鋼箱梁風(fēng)嘴底面布置中跨與次邊跨16 個(gè)截面的撓度測(cè)試點(diǎn)，共36 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

二是索塔塔頂變位測(cè)點(diǎn)：在21#、22#塔頂中心線位置。

三是靜應(yīng)力測(cè)點(diǎn)：在鋼箱梁截面頂、底板布設(shè)沿鋼箱梁縱向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)兼顧頂、底板及相應(yīng)位置的“U”形加勁肋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。S1～S6箱梁截面及主塔塔根截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示，共計(jì)152 個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，主塔布置24 個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)[6]。

四是斜拉索索力增量：各測(cè)試工況下，在典型截面（中跨跨中）進(jìn)行索力增量測(cè)試。

3.3 加載工況

盡量用最少的加載車輛數(shù)量達(dá)到最大的試驗(yàn)荷載效率，是加載工況布置的主要原則；每一加載工況依據(jù)某一試驗(yàn)項(xiàng)目為主，兼顧其他檢驗(yàn)項(xiàng)目。

工況1：中跨L/2 截面S1在最不利荷載作用下最大正彎矩及撓度的中載、偏載試驗(yàn)。

工況2：中跨L/4 截面S2在最不利荷載作用下最大正彎矩及撓度的中載、偏載試驗(yàn)。

工況3：塔梁交接處箱梁截面S3在最不利荷載作用下最大負(fù)彎矩的中載試驗(yàn)。

工況4：22#主塔根截面S7、最不利荷載作用下最大正彎矩的中載試驗(yàn)，22#主塔頂截面S8最不利荷載作用下最大縱向位移的中載試驗(yàn)。

工況5：中跨跨中附近ZJ18#、ZJ19#、CJ18#、CJ19#斜拉索在最不利荷載作用下的最大索力增量中載、偏載試驗(yàn)。

各加載工況下的荷載效率系數(shù)如表1 所示。

表1 各測(cè)試控制斷面荷載效率系數(shù)表

4 測(cè)試結(jié)果及分析

4.1 主梁撓度數(shù)據(jù)分析

各工況滿載試驗(yàn)荷載作用下S1、S2截面撓度校驗(yàn)系數(shù)如表2 所示。

表2 各截面撓度校驗(yàn)系數(shù)表

在試驗(yàn)荷載作用下各截面測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)介于0.82～0.93 之間，各測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，工況1 試驗(yàn)荷載作用下鋼箱梁變形如圖1 所示，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）的相關(guān)規(guī)定。

圖1 工況1 試驗(yàn)荷載作用下鋼箱梁變形圖

中跨跨中截面S1對(duì)稱及偏心加載，鋼箱梁撓度變化規(guī)律與理論計(jì)算一致，大橋處于彈性工作狀態(tài)。撓度實(shí)測(cè)值與理論值的比值分別在0.75～0.94、0.83～0.98 之間，實(shí)測(cè)值小于理論計(jì)算值。S1斷面在滿載情況下的實(shí)測(cè)撓度值分別為754mm、804mm，工況2 試驗(yàn)荷載作用下鋼箱梁變形如圖2 所示，滿足規(guī)范要求。

圖2 工況2 試驗(yàn)荷載作用下鋼箱梁變形圖

中跨L/4 截面S2對(duì)稱及偏心加載，鋼箱梁撓度變化規(guī)律與理論計(jì)算一致，大橋處于彈性工作狀態(tài)。撓度實(shí)測(cè)值與理論值的比值分別在0.72～0.92、0.65～0.99 之間，實(shí)測(cè)值小于理論計(jì)算值。

4.2 主梁應(yīng)力數(shù)據(jù)分析

各工況滿載試驗(yàn)荷載作用下各截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)如表3、表4、表5、表6 所示。

表3 S1 截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)表

表5 S3 截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)表

表6 S7 截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)表

在正彎矩工況試驗(yàn)荷載作用下，中跨S1截面箱梁底板應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.58～0.93 之間，中跨S2截面箱梁底板應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.84～1.03 之間；在負(fù)彎矩工況試驗(yàn)荷載作用下，主塔塔頂S3截面箱梁頂板應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.74～1.00 之間；主塔塔根S7截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.43～1.08 之間。

4.3 索力校驗(yàn)系數(shù)

各工況滿載試驗(yàn)荷載作用下斜拉索索力增量校驗(yàn)系數(shù)如表7 所示。

表7 各工況下實(shí)測(cè)索力增量校驗(yàn)系數(shù)表

各工況下索力增量校驗(yàn)系數(shù)介于0.96～1.00 之間，各測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）的相關(guān)規(guī)定。

5 結(jié)論

第一，在試驗(yàn)荷載作用下，主梁及主塔變形以及主梁應(yīng)力對(duì)稱性良好，整體橋梁結(jié)構(gòu)受力均衡。

第二，在試驗(yàn)荷載作用下，主梁及主塔各控制截面的撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算結(jié)果，撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，介于0.82～0.93 之間，橋梁結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

第三，在試驗(yàn)荷載作用下，主梁及主塔各測(cè)試截面的應(yīng)力測(cè)試值均小于理論計(jì)算結(jié)果，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于1，介于0.58～1.00 之間，橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。