150m提籃式鋼系桿拱橋荷載試驗研究

李劭暉

（上海市政工程設(shè)計研究總院，上海市 200092）

1 工程概況

川楊河橋位于上海市浦東新區(qū)規(guī)劃沿浦路上，跨越川楊河，由上海市政工程設(shè)計研究總院設(shè)計和施工總承包。該橋西側(cè)為川楊河匯入黃浦江的入口處，主橋為一座提籃式鋼系桿拱橋，跨徑為152 m，寬40.5 m（見圖1）。主橋拱肋采用2片提籃式變高度矩形截面鋼箱拱，拱頂距橋面29 m，矢跨比1/5.5，拱軸線在平面內(nèi)為二次拋物線，其橫向傾角為18°，拱肋截面高度由拱頂2.4 m漸變至拱腳3.3m，寬度為1.8m，壁厚為30mm。拱頂橫撐采用扁箱的板式結(jié)構(gòu)，兩邊呈弧形，中間開橢圓孔。全橋吊桿共23對，吊桿間距為6.0m。

鋼梁由主縱梁、次縱梁、橫梁和橋面板組成，主縱梁為變高度矩形截面，底寬4.0m，高1.675～1.755 m；次縱梁和橫梁均為工字形截面，次縱梁底寬為0.65m，高度為1.919m，橫梁底寬為0.72m，高度為1.755～2.0m，橫梁縱向間距3.0m。

2 靜載試驗

2.1 加載方案及試驗效率

本橋設(shè)計荷載等級為城-A級，人群荷載根據(jù)實際加載長度按《城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ77-98）取值。靜載試驗主要是檢驗主橋在接近設(shè)計荷載的基本試驗荷載作用下，橋梁的變形及主要受力構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)，也稱基本荷載試驗，一般要求試驗荷載在結(jié)構(gòu)主要控制截面上所產(chǎn)生的效應(yīng)與設(shè)計荷載所產(chǎn)生的相應(yīng)效應(yīng)接近，其接近程度采用試驗荷載效率系數(shù)表示，一般要求靜載效率系數(shù)范圍在0.8～1.05。

實際試驗工況9個，分別是主梁和主拱跨中及四分點最大正彎矩、主梁和主拱四分點最大負(fù)彎矩、主拱拱腳最大正彎矩、橫梁最大正彎矩和吊桿最大索力工況，試驗時通過4個加載工況實現(xiàn)。

采用MIDAS2006進(jìn)行加載工況計算，圖2為全橋單元劃分。按照內(nèi)力等效的原則，采用13輛每輛總重35 t的三軸載重貨車作為試驗荷載，前軸重7 t，中軸和后軸為14 t，前中軸距為4 m，中后軸距為1.4m，輪距為1.8m，圖3～圖5給出了3個主要的加載工況車位布置，主要的工況的荷載效率系數(shù)列于表1中，可見本次試驗的荷載效率滿足規(guī)范要求。

2.2 測點布置

本次試驗主要測試主梁、主拱及橫梁的變形和應(yīng)力：分別在主梁及主拱的跨中點、四分點和拱腳布置應(yīng)力和變形測試斷面；選取主橋四分點斷面處的橫梁測試應(yīng)力和變形。結(jié)構(gòu)變形采用自動全站儀觀測，結(jié)構(gòu)應(yīng)力采用電阻應(yīng)變片和振弦應(yīng)力計測試。

表1 加載工況及荷載效率（kN·m）

測點布置見圖6～圖9。

2.3 靜載試驗結(jié)果及分析

為了檢驗試驗荷載作用下各截面測點的效應(yīng)實測值與相應(yīng)的計算值的差異，一般采用測點效應(yīng)校驗系數(shù)η進(jìn)行檢驗。

2.3.1 撓度校驗系數(shù)

加載工況1～3的變形校驗系數(shù)列于表2中，表2中測點編號與圖9對應(yīng)，以下?lián)蠟檎?，可見撓度校驗系?shù)最大值主梁為0.76，拱肋為0.81，均小于1。

表2 撓度校驗系數(shù)（撓度單位：mm）

2.3.2 應(yīng)力校驗系數(shù)

加載工況1～4下的主要測點校驗系數(shù)列于表3中，表3中應(yīng)力數(shù)據(jù)以受拉為正，在各工況試驗荷載作用下主要測點的應(yīng)力校驗系數(shù)最大值主梁為0.90，拱肋為0.83，橫梁為0.95。

因此，術(shù)前增加營養(yǎng)支持治療，改善患者自身營養(yǎng)狀況，降低患者體內(nèi)炎癥因子水平，選擇自體骨粒進(jìn)行移植，尤其是對于年齡較高和累及多個椎體的患者，可促進(jìn)胸腰椎結(jié)核手術(shù)患者的早期植骨融合，促進(jìn)術(shù)后康復(fù)。

2.3.3 殘余變形分析

在試驗過程中的實測殘余變形列于表4中，相對殘余變形不超過5%，可見結(jié)構(gòu)處于彈性工作范圍內(nèi)，此外殘余應(yīng)力實測結(jié)果也反映了相同的規(guī)律。

2.3.4 結(jié)構(gòu)變形特點和剛度

在試驗荷載作用下，3個主要加載工況下主梁的變形特點繪于圖10～圖12中，圖中撓度以下?lián)蠟檎芍總€工況下主梁控制點的撓度都小于相應(yīng)的理論值，變形曲線平順，沒有突變，和理論曲線吻合較好。

主梁及拱肋正負(fù)撓度絕對值之和最大值為123.7 mm，推算至城-A級荷載作用下的撓度為124.0 mm，為跨徑的L/1226，小于《鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（JTJ025-86）》所規(guī)定的L/800規(guī)范限值190.0 mm，表明主梁及拱肋豎向剛度良好，見表5。

表3 應(yīng)力校驗系數(shù)（應(yīng)力單位：MPa）

表4 殘余變形分析

表5 結(jié)構(gòu)剛度分析

2.3.5 活載索力增量

在靜載試驗前測試了所有吊桿恒載作用下的索力，靜載試驗時對加載區(qū)附近的吊桿索力進(jìn)行測試，由此可計算出試驗荷載作用下吊桿索力的增量。各工況試驗荷載作用下，實測吊桿靜活載索力與理論計算值基本一致，表6中給出了主梁和拱肋L/4最大負(fù)彎矩試驗工況時的索力增量。

表6 活載索力增量分析（單位：kN）

3 自振特性測試

橋梁空載工況下，受風(fēng)、地面微振等環(huán)境因素的影響，其所受的激勵是平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)寬帶隨機(jī)激勵，利用高精度的拾振器測試橋梁的隨機(jī)響應(yīng)信號，再通過隨機(jī)振動數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)就可以求得結(jié)構(gòu)的自振特性參數(shù)。本文采用隨機(jī)子空間法（SSI）進(jìn)行分析。

4 結(jié)論

（1）各控制斷面的試驗荷載效率為0.85～1.05，滿足規(guī)范要求。

（2）在各工況試驗荷載作用下主要測點的應(yīng)力校驗系數(shù)最大值主梁為0.90，拱肋為0.83，橫梁為0.95，表明主橋在正常使用極限狀態(tài)下滿足設(shè)計荷載的使用要求。

表7 自振特性實測結(jié)果

圖13 實測一階振型

圖14 計算一階振型

（3）在各工況試驗荷載作用下主要測點的相對殘余變形不超過5%，結(jié)構(gòu)處于彈性工作范圍內(nèi)，此外殘余應(yīng)力實測結(jié)果也反映了相同的規(guī)律。說明主橋具備較好的彈性回復(fù)能力。

（4）各工況試驗荷載作用下主梁和拱肋實測線形和理論線形趨勢一致，線形曲線光滑、無突變，且實測最大值均小于對應(yīng)的理論值，說明主橋整體性較好，符合設(shè)計要求。

（5）主梁及拱肋正負(fù)撓度絕對值之和最大值為124.0 mm，小于規(guī)范規(guī)定的撓度限值L/800=190.0 mm，因此主橋的剛度滿足規(guī)范規(guī)定的正常使用極限狀態(tài)要求。

（6）主橋豎向第一階自振頻率為0.873Hz，大于計算頻率；阻尼比為0.986%，處于正常范圍內(nèi)。

[1]諶潤水,胡釗芳.公路橋梁荷載試驗[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]李曉斌,夏招廣,蒲黔輝.安慶長江公路大橋靜動載試驗研究[J].公路交通科技,2007(2):73-76.

[3]許俊.斜拉索索力簡化計算中的精度分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報,2001(5):611-615.