門廣鑫

遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng) 110015

一、工程概況

某斜拉橋采用梭型獨(dú)塔式結(jié)構(gòu)，其跨徑組合為140m+110m，鋼—混凝土混合主梁，索塔結(jié)構(gòu)形狀為曲線塔柱交匯而成的立體梭形，塔柱在橋面以上部分采用的是鋼箱結(jié)構(gòu)形式，橋面下則采用的混凝土結(jié)構(gòu)形式，在索塔中心線兩側(cè)30米內(nèi)的主梁結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)，余下部分則為鋼箱梁結(jié)構(gòu)。橋梁全寬32.3m（包括兩側(cè)風(fēng)嘴）。斜拉索在140m的橋跨內(nèi)錨索區(qū)位于箱梁中心線兩側(cè)共3m范圍內(nèi)，共26根斜拉索；在110m橋跨內(nèi)錨索區(qū)位于箱梁兩側(cè)各2m范圍內(nèi)，共26根斜拉索。主梁結(jié)構(gòu)與塔柱采用固結(jié)形式，該橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為城-A級(jí)，雙向4車道，設(shè)計(jì)行車速度為60km/h。

二、橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

通過對(duì)該橋的靜動(dòng)載試驗(yàn)，達(dá)到以下目的：

（1）對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施靜力荷載試驗(yàn)：測(cè)量橋跨結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面的應(yīng)力（應(yīng)變）、撓度（位移），計(jì)算、評(píng)價(jià)各參數(shù)的校驗(yàn)系數(shù)，確定實(shí)際承載能力；

（2）對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力載荷試驗(yàn)：測(cè)量該橋的結(jié)構(gòu)振型、自有頻率、橋梁的沖擊系數(shù)、振動(dòng)阻尼比等，評(píng)估橋梁的動(dòng)力性能。

三、橋梁的靜力載荷試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 模型建立

利用空間有限元軟件midas civil對(duì)該橋進(jìn)行受力分析，鋼箱梁、索塔采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，全橋共劃分350個(gè)梁?jiǎn)卧?51個(gè)節(jié)點(diǎn)，斜拉索采用桿單元模擬，有限元離散模型如下圖。

斜拉橋有限元模型圖

3.2 靜載試驗(yàn)工況

（1）主跨距橋塔中心線79.5m截面在最不利活載作用下最大正彎矩工況；

（2）邊跨距橋塔中心線59m截面在最不利活載作用下最大正彎矩工況；

（3）主梁塔梁固結(jié)段距離橋塔中心線9m截面處的最大負(fù)彎矩工況；

（4）橋梁主塔塔頂最大變形工況；

（5）索塔的塔腳截面（主塔與橋面交接處截面）在最不利活載作用下最大彎矩工況；

（6）主跨7#拉索及邊跨6#拉索的最大拉力試驗(yàn)工況。

3.3 靜力荷載試驗(yàn)的測(cè)試點(diǎn)布置

（1）主梁結(jié)構(gòu)的測(cè)試點(diǎn)布置方案：

應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的布置方案

在主跨距橋塔中心線79.5m截面、在邊跨距橋塔中心線59m截面，共2個(gè)測(cè)試截面布置正彎矩測(cè)點(diǎn)；在邊跨距橋塔中心線9m截面，共1個(gè)測(cè)試截面布置負(fù)彎矩測(cè)點(diǎn)。每個(gè)正彎矩測(cè)試截面橫向均勻布設(shè)7個(gè)測(cè)試點(diǎn)，負(fù)彎矩測(cè)試截面橫向均勻布設(shè)4個(gè)測(cè)點(diǎn)；全橋共計(jì)18個(gè)應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)點(diǎn)。

主梁撓度測(cè)點(diǎn)布置方案

在主跨距橋塔中心線79.5m截面、在邊跨距橋塔中心線59m截面、共2個(gè)主梁截面布置撓度測(cè)點(diǎn)，由于橋下河流影響，采用懸垂法受限制，因此選擇在橋面布點(diǎn)，使用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量，每個(gè)截面橫向平均布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)10個(gè)撓度測(cè)試點(diǎn)位。

（2）橋梁塔柱的測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在主塔與橋面交接處橋塔截面右側(cè)各布置1個(gè)應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)點(diǎn)，共2個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；在主塔塔頂處設(shè)置1個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，共1個(gè)位移測(cè)點(diǎn)。

（3）橋梁斜拉索的索力測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)該橋拉索工況，選擇主跨7#拉索和邊跨6#進(jìn)行索力變化檢測(cè)，共4個(gè)索力測(cè)點(diǎn)。

3.4 橋梁靜載試驗(yàn)的施加效率

靜力載荷試驗(yàn)的加載方式采用雙后軸渣土車作為試驗(yàn)的等代載荷，各試驗(yàn)工況加載效率見表1。

斜拉橋靜載試驗(yàn)荷載效率表 表1

四、橋梁的動(dòng)力載荷試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

動(dòng)力載荷試驗(yàn)主要是研究和分析橋跨結(jié)構(gòu)在自然激勵(lì)作用下的振動(dòng)特性，以及在強(qiáng)迫振動(dòng)（跑車時(shí)）下的動(dòng)力響應(yīng)形態(tài)。針對(duì)該橋梁的動(dòng)力載荷試驗(yàn)，方案設(shè)計(jì)擬采用脈動(dòng)試驗(yàn)（固有頻率、振型）、跑車試驗(yàn)（沖擊系數(shù)）來(lái)獲取橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特性結(jié)果，進(jìn)而評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

4.1 脈動(dòng)試驗(yàn)（模態(tài)分析）

采用自然激勵(lì)方法進(jìn)行脈動(dòng)試驗(yàn)，該橋是通過布置在橋跨結(jié)構(gòu)上的拾振傳感器來(lái)采集橋梁結(jié)構(gòu)在自然脈動(dòng)和所處環(huán)境條件下的振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而分析橋梁結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)，獲取橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)。

脈動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)的布設(shè)：在橋梁的主跨、邊跨的八分點(diǎn)處橋面兩側(cè)均布置豎直振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，共34點(diǎn)，參考點(diǎn)選在主跨跨中附近。

4.2 跑車試驗(yàn)（沖擊系數(shù)）

用一輛靜力荷載試驗(yàn)的載重渣土車分別以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h的速度行駛在橋面上，橋跨結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同幅值的結(jié)構(gòu)自振，在加載車輛逐漸駛離橋后橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)作無(wú)附加質(zhì)量的自然衰減振動(dòng)，利用時(shí)域分析曲線的豎向振動(dòng)形態(tài)，按下式則可計(jì)算出橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)（1+μ）。

五、結(jié)語(yǔ)

斜拉橋結(jié)構(gòu)屬于特殊橋梁結(jié)構(gòu)形式，受力情況較復(fù)雜，通過靜動(dòng)載試驗(yàn)明確橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用狀態(tài)，對(duì)于斜拉橋的交工驗(yàn)收或日常養(yǎng)護(hù)都是十分必要的。為了能夠順利、準(zhǔn)確地完成特殊結(jié)構(gòu)橋梁的靜動(dòng)載試驗(yàn)，則要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)資料、數(shù)據(jù)制定詳盡的檢測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)過程的預(yù)判和控制。