張明文

（1.浙江省交通運輸科學研究院，浙江 杭州 310006；2.浙江交科交通科技有限公司，浙江 杭州 310006）

隨著我國公路水運基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，公路橋梁工程從建設(shè)條件良好的平原地區(qū)不斷深入到建設(shè)條件差的高壓山區(qū)環(huán)境當中，不僅要跨越大江大河，也要跨越山谷；因此大型橋梁的建設(shè)必不可少，大跨徑公路橋梁越來越常見。如此多的大跨徑橋梁不僅在戰(zhàn)時面臨嚴重威脅；即使在平時，由于地震、山洪、泥石流等自然災(zāi)害引起的船撞橋梁，也會造成橋梁損毀，出現(xiàn)交通中斷的情況，如青海省果洛州瑪多縣發(fā)生的7.4級地震，造成西麗高速瑪多縣境內(nèi)的野馬灘大橋和野馬灘2號大橋發(fā)生坍塌，廣東九江大橋、浙江金塘大橋、四川紅東橋等或因船舶撞擊、水毀、車輛燃燒等造成橋梁的局部損毀或整體損壞而坍塌。根據(jù)以往經(jīng)驗，損毀橋梁的修復(fù)時間短則幾月、長則一兩年；在短時間內(nèi)架通橋梁，滿足交通應(yīng)急需要，對保證戰(zhàn)時軍隊物資運輸及平時社會秩序正常運轉(zhuǎn)具有十分重要的意義。

基于ZB-200型貝雷改進的直塔裝配式斜拉鋼橋[1]最大跨徑已從60 m發(fā)展到102 m，但還不足以應(yīng)對當今諸多跨徑102 m以上橋梁的應(yīng)急需要。本文研究非對稱結(jié)構(gòu)人字形斜塔橋裝配式斜拉鋼橋，跨越能力可以達到130 m并滿足不低于履帶式荷載50 t、輪式軸壓13 t以下的各種車輛通行要求[2]，以補充跨徑在102～130 m橋梁的應(yīng)急需要。

1 橋型設(shè)計

在原跨徑102 m的斜拉裝配式公路鋼橋的基礎(chǔ)上，優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)建方式，提高整體安裝效率，增大結(jié)構(gòu)的適用范圍和靈活性，提出兩種結(jié)構(gòu)方案，比選出一種可用于日后大范圍推廣使用的新型裝配式公路橋梁。

1）直塔方案：全長231.65 m，塔高42.672 m。見圖1。

圖1 直塔大跨徑斜拉裝配式公路鋼橋

2）斜塔方案：全長182.88 m，塔高39.837 m。人字形斜塔，主塔長42.672 m、輔塔長32.220 m，輔塔輔助橋塔施工。見圖2。

圖2 人字形斜塔大跨徑斜拉裝配式公路鋼橋

通過對適用性、構(gòu)件總量、施工效率、受力性能、技術(shù)先進性等指標的對比分析[3]，得出人字形斜塔方案各方面均更優(yōu)于直塔方案。見表1。

表1 橋型方案對比

2 荷載測試

2.1 試驗方法

靜載試驗采用一輛六軸285、457、637、724.5 kN加載車進行分級加載[4]。靜載應(yīng)力采用應(yīng)變傳感器和數(shù)據(jù)采集儀進行測試和數(shù)據(jù)采集，主梁撓度和主塔偏位采用小棱鏡與全站儀配合進行測試采集。見圖3和表2。

圖3 加載車

表2 加載車主要參數(shù) kN

動載試驗是利用Midas civil 2015有限元軟件對試驗橋進行三維建模，以獲得理論分析動力特性數(shù)據(jù)，作為試驗結(jié)果對比。橋梁材料性能、尺寸、約束等模擬假定與靜載模型一致。見圖4。

圖4 橋梁豎向振型

通過使用一輛15 t加載車，無障礙進行2 000次試驗激振橋梁，采集振動信號并分析得到實測動力參數(shù)。

2.2 測點布設(shè)

主要測試鋼橋主塔的位移、索力，主梁撓度以及鋼橋各處塔梁的應(yīng)力。在主塔塔頂側(cè)面布設(shè)一個測點，用全站儀觀測主塔位移；采用壓力環(huán)進行索力監(jiān)測；在主梁ZB-200型貝雷桁架豎桿位置用連通管布設(shè)撓度測點、全橋共布10個[5]；鋼橋塔、梁的應(yīng)力監(jiān)測采用基于霍爾效應(yīng)的高精度數(shù)碼傳感器，測點具體位置見圖5和圖6。

圖5 桁架主梁撓度豎桿測點位置

圖6 貝雷各處應(yīng)力監(jiān)控點布置

2.3 測試過程

加載車輛向陸地側(cè)行駛，主跨加載7個工況，主要測試懸河跨構(gòu)件；邊跨加載2個工況，主要測試邊跨最大索力工況的邊跨構(gòu)件。見圖7。

圖7 靜載試驗加載工況

為盡量詳細的測試鋼橋性能，靜載試驗測試從陸地側(cè)開始，以16 m左右加載一次，以加載車第1軸P1為控制軸加載，每次加載均測試主梁相關(guān)斷面各測點應(yīng)力、撓度、索力及主塔縱橫向偏位情況。

對637 kN加載車分別進行正載和偏載的加載。加載車為3軸濠樂牌半拖車+3軸通華牌半掛車進行，共分285、457、637、724.5 kN四級加載。見圖8。

圖8 正載橫向布置

3 測試結(jié)果分析

3.1 靜載試驗位移

主梁和塔在加載724.5 kN正載時，位移最大。見表3。

表3 四級加載正載最大位移測試結(jié)果

3.2 靜載試驗索力

在724.5 kN正載和637 kN偏載過程中，測點索力校驗系數(shù)基本均在0.7～1.3之間。見表4。

表4 724.5 kN正載和637 kN偏載最大索力測試結(jié)果

3.3 靜載試驗應(yīng)力

在724.5 kN正載和637 kN偏載過程中，各工況貝雷桁架最大應(yīng)力見表5。

表5 四級加載正載各桿件最大應(yīng)力測試結(jié)果

續(xù)表5

3.4 動載

實測本橋動載試驗頻率與理論計算值比較見表6。

表6 動力特性分析

由表6可見，本橋動載試驗中豎向一階基頻實測值較理論計算基頻低，說明實測結(jié)果反映的結(jié)構(gòu)豎向剛度比計算結(jié)果反映的豎向剛度小，實測阻尼比也處于正常狀態(tài)。

4 結(jié)論與建議

1）主梁各主要撓度測點的實測值和理論值規(guī)律一致，橋梁實際工作狀態(tài)與設(shè)計較一致。

2）在724.5 kN重車正載作用下，主梁的豎向最大撓度實測值為388.1 mm，滿足JTGT 3365-01—2020《公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范》平板掛車或履帶車規(guī)定的L/400×1.2=388.6（mm）限值要求。

3）主塔縱向偏位四級加載時位移校驗系數(shù)基本0.9～1.0，主塔剛度與理論計算值一致。

4）斜拉索的實測值和理論值規(guī)律一致，斜拉索工作狀態(tài)與設(shè)計較一致，索力校驗系數(shù)基本1.1～1.3。

5）實測應(yīng)力與理論應(yīng)力變化規(guī)律基本吻合，主梁應(yīng)力校驗系數(shù)基本＜1.0。

6）動載實測結(jié)構(gòu)基頻小于理論基頻，實測阻尼比為0.064～0.08。

本橋存在部分測點的實測撓度和索力略大于設(shè)計期望值，分析認為主要原因是本橋設(shè)計由節(jié)段構(gòu)件拼接而成，銷接、支撐、“一分三”斜拉索等都較難用橋梁分析軟件真實的模擬，同時加載車輛位置、測試儀器本身等存在一些無法完全消除的誤差，但實測撓度和應(yīng)力在規(guī)范允許的橋梁撓度限值和鋼材應(yīng)力容許值范圍內(nèi)。

綜上所述，本橋型的設(shè)計可以滿足公路-Ⅱ等級的應(yīng)急使用，但考慮到每次應(yīng)急搶險時架設(shè)場地條件、施工人員素質(zhì)均有所差異，基于本次荷載試驗的測試分析，針對本橋及相同結(jié)構(gòu)在設(shè)計和實際長期應(yīng)用時還需采取相對保守的措施，以提高橋梁運行的安全系數(shù)。