葉毅，任陽(yáng)陽(yáng)，鄧余杰，陳鵬飛，郭琦

(1.西安建筑科技大學(xué) a.土木工程學(xué)院；b.結(jié)構(gòu)工程與抗震教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710055；2. 浙江交工集團(tuán)股份有限公司，杭州 310051)

吊索是自錨式懸索橋主纜與加勁梁之間傳遞荷載的關(guān)鍵受力構(gòu)件[1]。在橋梁的運(yùn)營(yíng)期間，由于環(huán)境腐蝕和交變應(yīng)力的耦合作用，高應(yīng)力狀態(tài)下的吊索易發(fā)生損傷甚至斷裂[2-4]。近年來(lái)，在役橋梁逐漸進(jìn)入維修加固期，纜索體系橋梁的吊索損傷隱患突增，嚴(yán)重影響大橋的運(yùn)營(yíng)安全[5]。針對(duì)拉吊索瞬斷對(duì)剩余構(gòu)件動(dòng)力沖擊效應(yīng)的影響規(guī)律，一些學(xué)者開(kāi)展了研究并取得了一定的研究成果。

Ruiz-Teran等[6]對(duì)斜拉橋拉索瞬斷后剩余構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，拉索的動(dòng)力放大系數(shù)DAF(動(dòng)力響應(yīng)增量/靜力響應(yīng)增量)存在大于2的情況，超出當(dāng)時(shí)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的最值；Wolff等[7]針對(duì)斜拉索的破斷動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，采用動(dòng)力放大系數(shù)DAF進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算具有一定的可行性，但仍建議采用動(dòng)力時(shí)程方法分析關(guān)鍵吊索的動(dòng)力效應(yīng)；Cai等[8]對(duì)斜拉橋拉索破斷的非線性反應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)相鄰兩根拉索的同時(shí)斷裂會(huì)引起其他拉索屈服和塑性變形；葉毅等[9]通過(guò)研究自錨式吊拉協(xié)作體系的端吊索破斷對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響，發(fā)現(xiàn)吊索瞬斷引起的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及纜索系統(tǒng)內(nèi)力在其靜態(tài)效應(yīng)附近劇烈振蕩并逐漸穩(wěn)定于靜態(tài)效應(yīng)；邱文亮等[10]比較了自錨式懸索橋在不同吊索形式下單根吊索破斷后橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)規(guī)律，驗(yàn)證了采用雙吊索可以大幅度降低斷索后橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)方法的研究，已有學(xué)者進(jìn)行嘗試，并取得了較理想的成果。黃維平等[11]發(fā)現(xiàn)，砌體結(jié)構(gòu)模型在配重不足的條件下可以用量綱分析法或方程法推導(dǎo)其動(dòng)力相似關(guān)系；項(xiàng)貽強(qiáng)等[12]針對(duì)斜拉橋等組合體系橋梁結(jié)構(gòu)，基于剛度相似原理，提出了結(jié)構(gòu)中存在兩種彈性模量相似比時(shí)的模型設(shè)計(jì)與制作方法。洪彧等[13]總結(jié)了橋梁模型試驗(yàn)的研究進(jìn)展，對(duì)纜索系統(tǒng)模型試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)性的介紹，但仍缺乏對(duì)斷索工況下橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力過(guò)程試驗(yàn)研究。

由于大跨度橋梁縮尺模型試驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)、動(dòng)力相似關(guān)系復(fù)雜，關(guān)于自錨式懸索橋的橋梁斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)的研究大都側(cè)重于理論算法以及數(shù)值模擬分析，缺乏模型試驗(yàn)對(duì)理論分析結(jié)果的驗(yàn)證和支撐，進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試對(duì)明晰實(shí)際斷索時(shí)的動(dòng)力沖擊效應(yīng)及其程度具有一定實(shí)際意義。筆者基于某在役混凝土自錨式懸索橋，在滿足“剛度相似且應(yīng)變相等”[12]的要求下，根據(jù)試驗(yàn)條件對(duì)理想縮尺模型參數(shù)進(jìn)行部分調(diào)整，設(shè)計(jì)并制作了一座1∶80縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行試驗(yàn)。將縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)值模型進(jìn)行對(duì)比分析和驗(yàn)證，對(duì)典型吊索破斷后剩余吊桿內(nèi)力重分布的沖擊效應(yīng)進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

以某在役混凝土自錨式懸索橋?yàn)楣こ瘫尘?，橋長(zhǎng)330 m，跨徑布置為15 m+70 m+160 m+70 m+15 m，中跨主纜垂跨比為1/6。在縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮試驗(yàn)所要達(dá)成的目的并忽略次要參數(shù)進(jìn)行分析。試驗(yàn)中按照幾何相似和剛度相似的原則對(duì)模型構(gòu)件截面和形式進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。主梁截面簡(jiǎn)化為體內(nèi)布置鋼絲網(wǎng)的帶肋C15混凝土板，板厚23 mm，板寬360 mm，吊索錨固區(qū)板厚增至40 mm；橋梁錨固跨簡(jiǎn)化為梁上重力式壓塊。主纜橫截面積為28.26 mm2，其鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1 960 MPa；吊索橫截面積為0.68 mm2，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 670 MPa；主纜和吊索均采用無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度進(jìn)行索力控制。吊索沿順橋向以62.5 mm等間距布置，吊索上端采用馬蹄形索夾與主纜連接，下端采用螺桿與主梁錨固，吊索編號(hào)沿順橋向依次為L(zhǎng)1#～L55#和R1#～R55#，縮尺模型結(jié)構(gòu)尺寸及吊索編號(hào)如圖1所示。

圖1 自錨式懸索橋立面布置圖(單位：mm)

縮尺試驗(yàn)實(shí)際模型的設(shè)計(jì)與制作面臨的主要問(wèn)題是縮尺后構(gòu)件尺寸過(guò)小和理想模型所用的材料容重過(guò)大。由于混凝土的特性決定了設(shè)計(jì)尺寸過(guò)小的構(gòu)件無(wú)法澆筑，試驗(yàn)中按照“等效剛度相似”的原則對(duì)模型構(gòu)件截面形式進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)處理。針對(duì)縮尺模型材料容重不足的問(wèn)題，對(duì)主梁和主纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行配重處理。對(duì)于縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膸缀纬叽缢鶎?dǎo)致的難以足額配重的問(wèn)題，考慮到縮尺模型試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證斷索后橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力行為特征，縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭髁旱呐渲夭捎闷淅碚撝档?/10進(jìn)行試驗(yàn)。按照上述方案建立自錨式懸索橋測(cè)試結(jié)構(gòu)體系的縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，同時(shí)，建立相對(duì)應(yīng)的有限元數(shù)值模型，以進(jìn)行理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，自錨式懸索橋縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D2所示。

圖2 自錨式懸索橋試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

2 吊索破斷對(duì)剩余吊索的影響

為確定縮尺模型試驗(yàn)中采用的斷索工況，針對(duì)原橋結(jié)構(gòu)，采用數(shù)值模擬的方式對(duì)各損傷工況下剩余吊索的變化情況進(jìn)行分析。采用ANSYS分析軟件建立自錨式懸索橋三維有限元模型，利用Beam4單元模擬主梁和索塔，利用Link10單元模擬主纜和吊索[14]，主梁與橋塔均選用C50混凝土。模型中的主梁采用魚(yú)骨梁的形式進(jìn)行模擬。模型縱向主刺的截面特性按自錨式懸索橋的實(shí)際主梁截面確定；主刺兩側(cè)為剛性臂，用于模擬主梁與吊索之間的連接，以起到傳遞荷載的作用。塔架底部采用固結(jié)約束，吊索和主纜的初始應(yīng)力通過(guò)賦值初始應(yīng)變施加。吊索動(dòng)力破斷分析采用瞬態(tài)分析方式進(jìn)行：首先，定義結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析所需的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，包括分析方法、Rayleigh阻尼系數(shù)等；其次，在結(jié)構(gòu)上施加重力加速度，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行自重作用下的靜力分析；然后，依據(jù)吊索的具體破斷工況，借助ANSYS中的“單元生死”功能，在0.002 s內(nèi)將對(duì)應(yīng)吊索單元進(jìn)行“殺死”，并進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力分析；最后，利用時(shí)間歷程后處理器提取各類響應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)吊索破斷后結(jié)構(gòu)應(yīng)變能變化和吊索位置等情況，選取L6#、L12#、L13#、L20#號(hào)吊索作為研究對(duì)象進(jìn)行分析。

2.1 單根吊索破斷

圖3給出了在L6#吊索發(fā)生瞬斷后10 s內(nèi)剩余吊索的應(yīng)力響應(yīng)時(shí)程情況?？梢?jiàn)，L6#吊索瞬斷后，與其相鄰的兩三根吊索的應(yīng)力劇烈振蕩后趨于穩(wěn)定，而其他吊索的應(yīng)力則無(wú)明顯變化。

圖3 L6#破斷時(shí)剩余吊索的響應(yīng)時(shí)程

圖4中給出了在單根吊索破斷工況下破斷側(cè)部分剩余吊索的應(yīng)力變化值。結(jié)合圖3、圖4可知，單根吊索破斷后，僅破斷側(cè)與破斷吊索同跨相鄰兩三根吊索的應(yīng)力增量較大且與之緊鄰吊索最為顯著，說(shuō)明隨著與破斷吊索距離的增加，剩余吊索的應(yīng)力響應(yīng)急劇減弱。同時(shí)可以看出，僅與破斷吊索同跨相鄰的吊索動(dòng)力響應(yīng)變化峰值增量與靜力響應(yīng)變化值差距較大，而其動(dòng)力響應(yīng)變化穩(wěn)定值增量則與靜力響應(yīng)變化值相近。如L6#吊索瞬斷工況下，L5#和L7#吊索應(yīng)力的動(dòng)力響應(yīng)變化峰值增量分別為372.4、382.55 MPa。與其靜力響應(yīng)變化值174.87、158.12 MPa相比，其動(dòng)力響應(yīng)增量明顯較大，說(shuō)明與破斷吊索相鄰的剩余吊索在吊索瞬斷工況下的動(dòng)力沖擊效應(yīng)顯著。

圖4 單根吊索破斷時(shí)破斷側(cè)剩余吊索應(yīng)力變化值

對(duì)比各單根吊索損傷工況下的剩余吊索應(yīng)力變化情況可知：L20#吊索瞬斷時(shí)，L19#吊索應(yīng)力變化峰值增量為394.7 MPa(增幅99.7%)；而L12#吊索瞬斷時(shí)，L11#吊索應(yīng)力變化峰值增量為230.2 MPa(增幅58.1%)，說(shuō)明不同位置吊索破斷引起的沖擊效應(yīng)不同。對(duì)比兩根與橋塔緊鄰的吊索破斷后剩余吊索的應(yīng)力變化情況可知：L12#吊索瞬斷時(shí)，L11#吊索應(yīng)力變化峰值增量為230.2 MPa(增幅58.1%)；而L13#吊索僅增加了16.59 MPa(增幅4.7%)；同樣，L13#吊索瞬斷時(shí)，L14#吊索應(yīng)力增幅為70.9%，而L12#吊索僅為2.9%。表明吊索破斷僅對(duì)與之同跨同側(cè)的相鄰吊索產(chǎn)生影響。

2.2 相鄰兩根吊索破斷

圖5中給出了相鄰兩根吊索相繼破斷后，破斷側(cè)剩余吊索的應(yīng)力變化情況。

圖5 相鄰兩根吊索相繼破斷時(shí)剩余吊索應(yīng)力增量

L6#和L7#吊索相繼破斷時(shí)，L5#和L8#吊索應(yīng)力動(dòng)力響應(yīng)變化峰值增幅分別為163.0%和173.4%，其靜力響應(yīng)增幅僅為87.3%和76.4%，且其動(dòng)力響應(yīng)變化穩(wěn)定值增幅與靜力響應(yīng)相近；L12#和L11#吊索相繼破斷時(shí)，僅與其同跨的L10#吊索應(yīng)力增幅達(dá)131.4%。表明相鄰兩根吊索破斷存在動(dòng)力沖擊效應(yīng)隨傳播距離的增加而急劇減弱的現(xiàn)象，且僅對(duì)與之同跨同側(cè)相鄰吊索有較大影響。同時(shí)，相鄰兩根吊索破斷引起的剩余吊索動(dòng)力沖擊效應(yīng)更劇烈。

3 試驗(yàn)方案

3.1 加載方案

運(yùn)用吊索破斷試驗(yàn)驗(yàn)證不同吊索破斷工況下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的動(dòng)力放大效應(yīng)和差異特征。

測(cè)試工況設(shè)置如表1所示。模型試驗(yàn)分為吊索完全損傷靜力效應(yīng)試驗(yàn)和斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)試驗(yàn)兩部分，吊索完全損傷靜力效應(yīng)試驗(yàn)是為了驗(yàn)證靜力斷索后其余結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)比各斷索工況試驗(yàn)值與理論計(jì)算值，驗(yàn)證縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c縮尺數(shù)值模型的吻合性，吊索靜力完全損傷測(cè)試工況采用緩慢放松吊索下部錨固裝置進(jìn)行模擬。斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)試驗(yàn)是為了通過(guò)實(shí)際測(cè)試來(lái)驗(yàn)證斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)規(guī)律，并通過(guò)引入沖擊效應(yīng)和斷索敏感性的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)進(jìn)行分析，吊索瞬斷測(cè)試工況采用剪刀瞬間切斷對(duì)應(yīng)吊索的方式進(jìn)行模擬。

表1 吊索破斷效應(yīng)試驗(yàn)的荷載工況

3.2 測(cè)試裝置布置

如圖6(a)、(b)所示，依據(jù)吊索和主纜的力學(xué)特點(diǎn)設(shè)置各索力測(cè)試系統(tǒng)。吊索動(dòng)態(tài)拉力是通過(guò)串聯(lián)在吊索中的S型拉壓力傳感器測(cè)得，主纜拉力采用穿心式壓力傳感器在主纜錨固構(gòu)造處測(cè)得。由于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀通道數(shù)的限制，吊索拉力測(cè)試的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)選擇破斷吊索附近響應(yīng)較為劇烈的部分作為采集對(duì)象，即當(dāng)Li#吊索破斷時(shí)，吊索拉力測(cè)試裝置布置在Li-3#、Li-2#、Li-1#、Li+1#、Li+2#、Li+3#、Ri-1#、Ri#和Ri+1#吊索處。測(cè)試系統(tǒng)能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)索力。如圖6(c)所示，主梁撓度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采用拾振器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測(cè)試位置主要布置于各跨跨中以及破斷吊索處。

圖6 測(cè)試裝置

4 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

在吊索張拉過(guò)程中，基于自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，選取了各跨跨中、橋塔兩側(cè)、中跨1/4處等10個(gè)典型位置的吊索并設(shè)置拉力測(cè)試裝置來(lái)測(cè)量成橋狀態(tài)下各吊索的拉力值，并利用縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)應(yīng)的數(shù)值模型分析成橋狀態(tài)下各吊索拉力的理論值。

由表2可知，縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ透鳒y(cè)點(diǎn)的拉力實(shí)測(cè)值與其對(duì)應(yīng)的數(shù)值模型拉力理論值較為接近，誤差為1.36%～4.03%，說(shuō)明試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱髋c數(shù)值模型吻合良好。

表2 成橋狀態(tài)下吊索拉力實(shí)測(cè)值和理論值

4.1 吊索完全損傷靜力效應(yīng)試驗(yàn)

吊索完全損傷靜力效應(yīng)試驗(yàn)中拉力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比情況如圖7所示，由圖可知，靜力斷索實(shí)測(cè)值與理論值間的誤差均在5.5%以下，且拉力變化規(guī)律相同。L6#吊索靜力完全損傷工況下，L5#和L7#吊索的拉力增量分別為10.581、10.496 N，其他測(cè)點(diǎn)吊索的拉力增量則小于1 N；L20#吊索發(fā)生靜力完全損傷時(shí)具有類似規(guī)律。該現(xiàn)象表明：吊索的靜力完全損傷只對(duì)破斷側(cè)與其相鄰的吊索拉力具有較大影響。L12#吊索靜力完全損傷工況下，L11#吊索的拉力增量為29.740 N，而L13#吊索的拉力無(wú)明顯變化；L13#吊索靜力完全損傷工況也具有類似規(guī)律。該現(xiàn)象進(jìn)一步表明：與損傷吊索同跨的破斷側(cè)吊索主要參與了損傷后吊索拉力的重分布，該規(guī)律與原橋靜力完全損傷的理論分析結(jié)果相符，驗(yàn)證了縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌錅y(cè)試的合理性。

圖7 吊索完全損傷靜力效應(yīng)試驗(yàn)的吊索拉力實(shí)測(cè)與理論值

4.2 斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)試驗(yàn)

斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)試驗(yàn)是通過(guò)測(cè)試相鄰幾根吊索拉力的實(shí)時(shí)變化值來(lái)研究縮尺模型中吊索的動(dòng)力響應(yīng)變化規(guī)律。工況2-1～2-4探討了單根吊索瞬斷工況下剩余吊索的響應(yīng)規(guī)律，其索力增量如圖8所示。L6#吊索瞬斷工況下，L5#和L7#吊索拉力的動(dòng)力響應(yīng)穩(wěn)定值增量與靜力響應(yīng)相近，而動(dòng)力響應(yīng)峰值增量顯著大于靜力響應(yīng)；L20#吊索瞬斷時(shí)表現(xiàn)相同。L12#吊索瞬斷工況下，與其同跨相鄰的L11#吊索拉力大幅度增加，而與其鄰跨的L13#吊索的拉力變化甚微；L13#吊索瞬斷時(shí)表現(xiàn)相同。結(jié)果表明：吊索發(fā)生瞬斷，沖擊作用僅在破斷側(cè)與其同跨緊鄰的吊索產(chǎn)生內(nèi)力重分布效應(yīng)，而對(duì)其余吊索影響甚微。斷索沖擊效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果與上文中的理論分析相比，影響范圍縮小至與破斷吊索緊鄰的吊索，但依然滿足其相應(yīng)的吊索內(nèi)力重分布和沖擊效應(yīng)規(guī)律。

圖8 斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)試驗(yàn)的吊索拉力增量

工況2-5～2-11探討了多根吊索瞬斷對(duì)剩余吊索內(nèi)力的影響。為定量分析斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)，引入動(dòng)力沖擊系數(shù)DIF(動(dòng)力響應(yīng)值/斷索前響應(yīng)值)和動(dòng)力放大系數(shù)DAF(動(dòng)力響應(yīng)增量/靜力響應(yīng)增量)[15]作為沖擊效應(yīng)和斷索敏感性的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將各工況下的構(gòu)件對(duì)斷索的響應(yīng)值進(jìn)行分析和比較，探究自錨式懸索橋構(gòu)件在突然斷索工況下的動(dòng)力沖擊效應(yīng)。DIF可以用來(lái)描述動(dòng)力沖擊作用引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化的程度，反映動(dòng)力沖擊效應(yīng)的影響程度。DAF可用來(lái)反映剩余吊索對(duì)斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)的敏感性，DAF越大，表明構(gòu)件對(duì)斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)越敏感。為定量分析斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)的大小，將各瞬斷工況下緊鄰吊索的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)列于表3。

表3 各瞬斷工況下相鄰吊索的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

由表3可知，不同區(qū)段的吊索破斷引起的沖擊效應(yīng)不同，相鄰兩根吊索相繼破斷的動(dòng)力沖擊效應(yīng)更為顯著。同時(shí)，與瞬斷吊索緊鄰的兩根吊索中較長(zhǎng)者的DIF值和DAF值均較大，其動(dòng)力沖擊效應(yīng)和敏感性更高。這是由于這兩根吊索均與主纜和主梁連接，其耦合效應(yīng)使得在內(nèi)力重分布時(shí)較長(zhǎng)的吊索具有較大的動(dòng)力沖擊效應(yīng)和較高的敏感性。

總的來(lái)看，與瞬斷吊索緊鄰的吊索拉力的動(dòng)力放大系數(shù)最大值DAFmax均超過(guò)了1.5，其中部分?jǐn)嗨鞴r下大于PTI(the Post-Tensioning Institute)針對(duì)斜拉橋推薦的限值2.0[16]，吊索內(nèi)力對(duì)斷索的動(dòng)力響應(yīng)明顯?，F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[17]要求一般公路懸索橋吊索抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算的銷接式吊索材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)取2.2，現(xiàn)有大型懸索橋的安全系數(shù)普遍取值為3以上。在斷索動(dòng)力沖擊效應(yīng)試驗(yàn)中，單吊索破斷時(shí)相鄰吊索的動(dòng)態(tài)拉力響應(yīng)峰值普遍為斷索前拉力的2倍，即動(dòng)力沖擊系數(shù)最大值DIFmax維持在2左右，相鄰兩根吊索相繼破斷更是普遍達(dá)到2.5，自錨式懸索橋吊索的安全儲(chǔ)備明顯降低。自錨式懸索橋吊索的瞬斷對(duì)相鄰吊索的安全構(gòu)成了一定威脅，如果在吊索破斷的同時(shí)，相鄰吊索存在腐蝕、疲勞損傷等所引起的承載力下降現(xiàn)象，突然斷索可能會(huì)引起相鄰吊索相繼斷裂，進(jìn)而有可能引起更多吊索斷裂，甚至全橋垮塌。

4.3 主梁撓度和主纜錨固力的測(cè)試

在進(jìn)行索力測(cè)試的同時(shí)，采用穿心式壓力計(jì)和拾振器對(duì)主纜錨固力和主梁撓度進(jìn)行測(cè)試。主梁撓度測(cè)試中各測(cè)點(diǎn)從左向右編號(hào)依次為A～E，如圖1所示。表4中給出了主梁在各工況下?lián)隙鹊淖兓闆r。

表4 各瞬斷工況下主梁撓度測(cè)量值

各斷索工況下主梁撓度增量大小的規(guī)律大致為：中跨跨中位置處最大，其次為中跨1/4位置處，最小處為邊跨跨中。中跨兩根吊索相繼破斷工況下主梁撓度的增量最大值僅為0.117 mm，這是由于自錨式懸索橋采用剛性主梁，主梁剛度承擔(dān)了斷索作用下的部分彎矩。同時(shí)，縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹骼|拉力變化幅值僅為5%，吊索破斷對(duì)主纜和主梁的影響較低。

5 結(jié)論

基于相似理論，設(shè)計(jì)并制作了某在役自錨式懸索橋的縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并通過(guò)對(duì)比模型吊索完全損傷的試驗(yàn)測(cè)試值和其有限元數(shù)值模型的分析預(yù)測(cè)值，驗(yàn)證模型試驗(yàn)的合理性。通過(guò)對(duì)橋梁模型在不同斷索工況下吊索的力學(xué)響應(yīng)測(cè)試與分析，探索了自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律和動(dòng)力沖擊效應(yīng)，得到以下結(jié)論：

1)斷索會(huì)引起與破斷吊索相鄰區(qū)域內(nèi)吊索的動(dòng)態(tài)內(nèi)力重分布，與破斷吊索緊鄰的吊索動(dòng)力沖擊效應(yīng)明顯。不同區(qū)段吊索破斷引起的沖擊效應(yīng)不同，相鄰兩根吊索相繼破斷的動(dòng)力沖擊效應(yīng)更為顯著。

2)吊索瞬斷工況下，與瞬斷吊索相鄰的兩根吊索中較長(zhǎng)者的DIF值和DAF值均較大，其動(dòng)力沖擊效應(yīng)更顯著、沖擊作用敏感性更高。相鄰吊索的動(dòng)態(tài)拉力響應(yīng)峰值較斷索前普遍會(huì)達(dá)到2倍以上，DIFmax最大可達(dá)2.54倍?，F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求一般公路懸索橋吊索抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算的銷接式吊索材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)取2.2，而對(duì)于自錨式懸索橋而言，吊索的安全儲(chǔ)備明顯較低。

3)建議自錨式懸索橋吊索在設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮吊索瞬斷時(shí)產(chǎn)生的沖擊效應(yīng)并提高吊索的能力需求比，增加相應(yīng)吊索的安全儲(chǔ)備，可適當(dāng)增大安全系數(shù)至2.5以上，在運(yùn)營(yíng)階段加強(qiáng)對(duì)相鄰吊索的實(shí)時(shí)聯(lián)合監(jiān)測(cè)。