孫競(jìng)飛 廖玉杰

關(guān)鍵詞：空間斜主纜;自錨式懸索橋;荷載試驗(yàn);承載能力

工程概況

太原迎賓橋主橋采用傾斜獨(dú)塔空間大角度雙索面吊桿空間斜主纜自錨式懸索橋，橋梁總長(zhǎng)420m，跨徑組合為86+155+93+86m。主橋的鋼主梁采用分幅式斷面，每幅鋼梁上寬1550mm，梁高450mm，兩幅橋之間設(shè)橫梁相接。主橋共有一個(gè)橋塔，橋塔高出橋面103m，全高107.5m（至梁底）。立面傾斜角度22.8°。塔頂設(shè)有主纜上錨點(diǎn)和背索上錨點(diǎn)。主橋共設(shè)有兩根主纜，布置在背跨范圍，主纜上方與塔頂相接，下方與主梁兩側(cè)相接，主纜抗拉強(qiáng)度1670MPa。主橋共設(shè)有22對(duì)吊桿，吊桿上方與主纜索夾相接，下方與鋼主梁邊橫梁上的耳板相接。吊桿抗拉強(qiáng)度1860MPa。

設(shè)計(jì)荷載為城—A級(jí)。

該橋效果圖見(jiàn)圖1.1。

模型建立

本試驗(yàn)采用空間有限元軟件Midas Civil對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析，其中主塔和梁為鋼結(jié)構(gòu)，基于其受力特性，采用梁?jiǎn)卧M，共計(jì)233個(gè)單元，考慮到主纜和吊桿只能受拉，不能受壓，故采用受拉索單元模擬，共計(jì)92個(gè)單元。有限元模型見(jiàn)圖2.1。

試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)特性以及《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）的要求，確定本次靜載荷載試驗(yàn)的工況、加載內(nèi)容和測(cè)試內(nèi)容。

靜載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

撓度測(cè)點(diǎn)布置

在梁體加載跨的4分點(diǎn)及相鄰跨跨中位置對(duì)應(yīng)橋面處各布置3個(gè)豎向撓度測(cè)點(diǎn);橋塔上、下游塔柱塔頂索鞍位置縱向位移測(cè)點(diǎn)，共布置2個(gè)。

測(cè)試截面及具體測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)附圖3.1.1。

應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

在梁體試驗(yàn)截面A-A、B-B、C-C、D-D、E-E各布置22個(gè)靜應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，橋塔試驗(yàn)截面G-G布置9個(gè)靜應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。

測(cè)試截面布置位置見(jiàn)附圖3.1.2，具體測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)附圖3.1.2～圖3.1.3。

靜載試驗(yàn)內(nèi)容

本次試驗(yàn)采用載重汽車(chē)（單車(chē)重84+168+168=420kN，軸距為3.8m+1.4m）充當(dāng)荷載。載重汽車(chē)的停放位置和數(shù)量，是根據(jù)荷載等效換算而得，具體方法是通過(guò)計(jì)算，使試驗(yàn)荷載作用下產(chǎn)生的最大效應(yīng)值與設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生最不利效應(yīng)值（含沖擊）之比介于0.85到1.05之間。

本橋設(shè)計(jì)荷載為“城—A級(jí)”，其產(chǎn)生的試驗(yàn)截面的控制內(nèi)力，進(jìn)行試驗(yàn)荷載設(shè)計(jì)，試驗(yàn)加載的效率系數(shù)見(jiàn)表3.2.1，加載附圖、加載方式見(jiàn)圖3.2.1～圖3.2.6。從表中可以看出，各工況作用下荷載效率系數(shù)介于0.88～1.02，處于0.85～1.05的范圍。

動(dòng)載試驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)試振型、頻率及阻尼比，反應(yīng)橋跨結(jié)構(gòu)自振特性;

無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)是橋面鋪裝層較好的狀況下，車(chē)速為5、10、20、30、40、50、60km/h時(shí)， 測(cè)試A-A、C-C、E-E截面的動(dòng)載響應(yīng)和沖擊系數(shù);

有障礙行車(chē)試驗(yàn)是橋面鋪裝層破損的狀況下，車(chē)速為5、10、15、20km/h時(shí)，測(cè)試 A-A、C-C、E-E截面的動(dòng)載響應(yīng)和沖擊系數(shù)。

A-A、C-C、E-E截面底面各布置4個(gè)動(dòng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。

檢測(cè)結(jié)果

靜載試驗(yàn)結(jié)果

靜載試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)的控制及觀測(cè)，卸載后梁體結(jié)構(gòu)未見(jiàn)明顯殘余應(yīng)變及變形;試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)其它異常情況。

撓度測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)跨結(jié)構(gòu)撓度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4.1.1。試驗(yàn)結(jié)果表明：撓度結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)介于0.73～0.91之間，加載作用下的相對(duì)殘余撓度均小于20%;在加載的荷載作用下，校驗(yàn)系數(shù)處于規(guī)范規(guī)定的合理范圍以?xún)?nèi)，表明試驗(yàn)的橋跨結(jié)構(gòu)剛度大于理論值，處于較好狀態(tài)。

應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

從表4.1.2可以看出A-A、B-B、C-C、D-D、E-E、G-G截面的應(yīng)變實(shí)測(cè)值及與計(jì)算值的比較情況。

試驗(yàn)結(jié)果表明：荷載作用下，梁體應(yīng)變結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)介于0.78～0.91之間，相對(duì)殘余應(yīng)變均小于20%，試驗(yàn)截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)處于規(guī)范規(guī)定的合理范圍以?xún)?nèi)，表明試驗(yàn)的橋跨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度儲(chǔ)備足夠，處于較好狀態(tài)。

主塔位移測(cè)試結(jié)果

B/C工況中載作用下，主塔縱向位移36.8mm，計(jì)算值為39.1mm，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)為0.94，相對(duì)殘余撓度小于20%;D/F/G/H工況中載作用下，主塔縱向位移為49.2mm，計(jì)算值為53.5mm，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)為0.92，相對(duì)殘余撓度小于20%;試驗(yàn)工況下位移結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)處于合理范圍。

主橋索力測(cè)試結(jié)果

H工況中載作用下，S7拉索索力增量為38.8kN，計(jì)算值為41.3kN，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)為0.94，試驗(yàn)工況下索力增量結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)處于合理范圍。

動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果

自振特性測(cè)試結(jié)果

自振特性的測(cè)試可以利用自然因素作為振源，測(cè)出橋梁結(jié)構(gòu)在自然因素作用下的響應(yīng)，求出橋梁的自振特性，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4.2.1，篇幅所限，僅列出前三階振型。

將采集的脈動(dòng)信號(hào)做FFT分析，與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算振型和實(shí)測(cè)振型基本一致，但實(shí)測(cè)的自振頻率略低，阻尼比無(wú)計(jì)算值，采用公式進(jìn)行估算，與同類(lèi)型橋梁進(jìn)行比較，實(shí)測(cè)阻尼比屬正常范圍，所以橋梁的自振特性較好。

激振測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)跨在不同車(chē)速下試驗(yàn)截面的沖擊系數(shù)（1+μ）曲線見(jiàn)圖4.2.1～圖4.2.2。

檢測(cè)結(jié)果表明：

A-A截面實(shí)測(cè)無(wú)障礙行車(chē)沖擊系數(shù)介于1.02～1.10之間，實(shí)測(cè)有障礙行車(chē)沖擊系數(shù)介于1.26～1.48之間、C-C截面實(shí)測(cè)無(wú)障礙行車(chē)沖擊系數(shù)介于1.02～1.06之間，實(shí)測(cè)有障礙行車(chē)沖擊系數(shù)介于1.11～1.22之間、E-E截面實(shí)測(cè)無(wú)障礙行車(chē)沖擊系數(shù)介于1.02～1.08之間，實(shí)測(cè)有障礙行車(chē)沖擊系數(shù)介于1.24～1.35之間，可見(jiàn)橋面鋪裝層破損時(shí)，汽車(chē)對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)的沖擊明顯增大;

沖擊系數(shù)總體呈現(xiàn)隨跨徑增大而減小的趨勢(shì);

通過(guò)與同類(lèi)型橋梁的比較發(fā)現(xiàn)，無(wú)障礙和有障礙行車(chē)的激振響應(yīng)屬于正常范圍。

檢測(cè)結(jié)論

通過(guò)靜載試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，撓度和應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值相比，規(guī)律基本吻合，說(shuō)明有限元分析模型很好地符合橋梁的實(shí)際特性。

靜載試驗(yàn)的校驗(yàn)系數(shù)沒(méi)有超出規(guī)范對(duì)該類(lèi)型橋梁的要求，說(shuō)明與理論值相比，實(shí)際的強(qiáng)度和剛度更高;殘余變形亦沒(méi)有超出規(guī)范對(duì)該類(lèi)型橋梁的要求，說(shuō)明加載作用下結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)。

計(jì)算振型和實(shí)測(cè)振型基本一致，但實(shí)測(cè)的自振頻率略低，實(shí)測(cè)阻尼比屬正常范圍，橋梁的自振特性較好。

橋面鋪裝層較好時(shí)，沖擊系數(shù)介于1.02～1.10之間，橋面鋪裝破損時(shí)，汽車(chē)對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)的沖擊明顯增大，增大至1.11～1.48之間，養(yǎng)護(hù)階段應(yīng)對(duì)橋面鋪裝狀況做好檢查，避免出現(xiàn)坑槽和石頭，降低車(chē)輛沖擊效應(yīng)。

沖擊系數(shù)總體呈現(xiàn)隨跨徑增大而減小的趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：

孫競(jìng)飛，男，出生于1988.02，工學(xué)碩士，工程師，就職于四川交大工程檢測(cè)咨詢(xún)有限公司，四川省成都市，郵編610036

文章標(biāo)題：太原迎賓橋荷載試驗(yàn)分析與評(píng)定