郭燕培 （成都理工大學，四川 成都 610059）

1 引 言

在大跨度斜拉橋中，為了增強結構的整體剛度，改善結構的受力狀況，以及減少塔頂的水平位移、塔的彎矩和主梁內力，在大跨斜拉橋的邊跨設置輔助墩，是一個非常有效的方法[1]。李延強等[2]通過BP神經網絡研究并提出了基于最敏感斜拉索張力指標的斜拉橋主梁損傷識別方法；熊文等[3]以運營階段實測索力作為跟蹤目標對主梁剛度退化的程度與位置進行識別；李延強[4]提出了一種最敏感索力指標和神經網絡相結合的斜拉橋主梁損傷識別方法；董曉馬等[5]提出了基于柔度矩陣的斜拉索損傷識別方法；鐘儒勉等[6]提出了基于多尺度模型修正的結合梁斜拉橋損傷識別方法。從文獻調研中可以看出，現(xiàn)階段的斜拉橋損傷識別的研究雖然方法眾多，但是研究對象仍是主要聚焦在主梁或者索力方面，對于輔助墩的損傷識別研究較為稀少。

2 工程概況

2.1 背景工程

鄱陽湖大橋是江西省九江市至景德鎮(zhèn)高速公路上的一座特大橋，跨越鄱陽湖的湖口地段，南側是鄱陽湖，北側是長江。橋梁全長3799m，橋面寬27.5m，為雙向四車道，設計時速100km。整座大橋橫跨在鄱陽湖湖面上，是國家高速（G56杭瑞高速公路）的重要東西向運輸通道，該大橋于2000年11月建成通車，主橋全長636m，主橋跨境布置為65+123+318+131m的四跨預應力混凝土大、小塔雙索面斜拉橋。主橋采用橋塔分離式，在主塔下橫梁上設置豎向支座的半漂浮結構體系，高塔（九江岸）邊跨輔助墩頂設有拉壓支座。

此橋選用受力性能較好的扇形索塔布置，主塔采用花瓶型結構，大小塔不對稱布置，拉索共計152根。主孔結構為65+123+318+131m四跨預應力混凝土大、小塔雙索面斜拉橋，主梁施工采用前支點掛籃施工，主梁截面如圖1。

圖1 主梁斷面

2.2 86號下游輔助墩損傷狀況

根據鄱陽湖大橋輔助墩損傷時的現(xiàn)場檢測，下游側抗壓支座上鋼板錨固螺栓脫落失效，導致支座脫空，退出工作；由于荷載作用下引起主梁偏位，脫落的螺栓與支座墊石混凝土發(fā)生擠壓，導致墊石混凝土破損；同時支座整體向下游偏位。而與下游側支座相比，上游側支座上鋼板與主梁錨固良好，螺栓未發(fā)生脫落現(xiàn)象，但支座已發(fā)生偏轉和旋轉，推測支座內部已經產生了較大的內力。

此時可以測得損傷后的索力變化，如表1所示。

鄱陽湖大橋損傷前后索力對比 表1

此時，對于斜拉橋這種超靜定結構，拉壓支座的失效對其結構受力體系會產生較大的變化，因此應當引起重視。

3 模型的建立與修正

3.1 模型的建立

此模型采用Midas civil軟件進行建模分析，結構形式采用單主梁的脊骨梁模型，此模型的特點是主梁的剛度與質量系統(tǒng)都可以還原實際橋梁，但不能考慮主梁約束扭轉剛度的影響，此次僅使用橋梁的索力與其他受力狀態(tài)的分析，因此單主梁模型的缺點可以忽略[10]。

根據斜拉索的特性，采用只受拉的桁架單元。采用剛性連接模擬斜拉索與主梁的連接位置，確保拉索錨固位置的準確性。使用軟件中的未知荷載系數法，對模型的索力進行修正，將模型索力與實際成橋數據進行對比，并且基于成橋后的位移進行修正，得到與實際成橋狀態(tài)相似的模型。

此斜拉橋中塔柱、上塔柱和橫梁為等截面，用梁單元模擬，下塔柱為變截面，采用變截面梁單元進行模擬，并將主梁與橋塔進行剛性連接，以模擬實際的成橋狀態(tài)。

輔助墩則是直接用約束進行模擬，在輔助墩位置設置豎直約束與橫向約束，因為此處只需要考慮輔助墩對斜拉橋的約束效應，并不考慮與土層的作用和樁基礎的效應。

隋唐五代時期，人們繼承了前代的用法，凡是“尚巧”一定與技巧、技藝等相聯(lián)系。如隋代江總《為陳六宮謝表》“愧纏艷粉，無情拂鏡，愁縈巧黛，息意臨窗”[20](P4070)，贊美宮中女子善于妝扮?？梢哉f，這一用法，自隋唐到宋代，人們的“尚巧”觀念都是基于對制作、創(chuàng)作方面的工藝、技能等方面的肯定和推崇，是單純從技術、技能方面來言說的。比照本文前述所引用的唐宋時期“尚拙”問題的文獻，亦可對此有較為充分的理解。

3.2 模型的修正

按照3.1節(jié)中的索力調整的方法，可以得出成橋索力，并且與實際的索力相對比。

可得出，模型索力與成橋索力數值相差不超過10%，說明此時模型狀態(tài)與實際橋梁狀態(tài)雖有差別，但是此誤差已在容許范圍內，故忽略該誤差對本文的影響。

4 損傷識別

4.1 最敏感索力的確定

此處模擬的損傷為斜拉橋86號下游輔助墩（位于SA15下游拉索附近）損傷，因輔助墩此處為豎向約束與橫向約束所代替，模擬損傷只需將此處的約束取消，保持在未損傷狀態(tài)下的成橋受力狀態(tài)，即可得出此時的損傷狀態(tài)下的成橋索力。

在軟件中進行損傷狀態(tài)下的成橋模擬，可以得出損傷狀態(tài)下成橋后的索力狀態(tài)，并且與未損傷狀態(tài)的索力作對比，結果如表3所示。

模型索力與實測索力對比結果 表2

損傷狀態(tài)索力與未損傷狀態(tài)索力對比結果 表3

表3中可以看出，在SA15下游處的索力變化最大，且距輔助墩越近，索力受到輔助墩損傷影響越大，即可以得出SA15下游索力為輔助墩損傷的最敏感索力。

4.2 輔助墩豎向位移與最敏感索力的擬合

為了研究輔助墩豎向位移與最敏感索力的關系，首先得到橋梁監(jiān)測數據，如表4所示。

輔助墩位移與最敏感索力數據 表4

使用OriginPro軟件對其進行線性擬合，使用參數Y代表輔助墩豎向位移，F(xiàn)代表最敏感索力大小，結果如圖2所示。

圖2 輔助墩豎向位移與索力擬合結果

可以得出擬合公式：

此處可以得出輔助墩豎向位移與最敏感索力的關系公式，可以運用在健康監(jiān)測系統(tǒng)中，通過最敏感索力的變化得出輔助墩的位移變化，來快速判斷出輔助墩是否出現(xiàn)損傷。

5 結論

本文以我國鄱陽湖大橋輔助墩損傷為背景，運用軟件進行有限元建模，得出了輔助墩豎向位移與最敏感索力的擬合關系，以此來進行輔助墩的損傷識別，得到的結論如下：

①在斜拉橋損傷模型中，運用模型修正法配合現(xiàn)場橋梁監(jiān)測數據可以得到與現(xiàn)實力學性能相近的模型；

②在鄱陽湖大橋中，輔助墩損傷的最敏感索力為最近的拉索索力，在橋梁監(jiān)測中，可以通過最敏感索力的變化規(guī)律，來更快地識別輔助墩損傷；

③在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中，輔助墩位移指示器數值較大的情況下，可以通過最敏感索力的變化來辨別是否是輔助墩位移指示器出現(xiàn)故障所導致的現(xiàn)象。