大跨度人行懸索橋靜載試驗(yàn)技術(shù)研究

賈 恒（山東鐵正工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

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大跨度人行懸索橋靜載試驗(yàn)技術(shù)研究

賈 恒
（山東鐵正工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

摘 要：本文結(jié)合天蒙旅游區(qū)人行懸索橋橋梁靜荷載試驗(yàn)項(xiàng)目，介紹了雙鏈雙塔大跨度人行懸索橋的靜荷載試驗(yàn)的內(nèi)容和方法，可為以后類似工程荷載試驗(yàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；懸索橋；靜荷載試驗(yàn)；橋梁檢測(cè)

1 橋梁工程概況

天蒙旅游區(qū)人行索橋位于臨沂市費(fèi)縣北部天蒙景區(qū)內(nèi)，跨越山谷連接望海樓和玉皇頂兩個(gè)景點(diǎn)。本橋?yàn)橹骺?20m的單跨吊索橋，跨徑組成為38+420+ 47.5m，橋面縱坡為1.0%和-1.0%，橋梁概貌如圖1所示。主纜在成橋狀態(tài)下的中跨垂跨比為1∶12，兩根主纜中心距為3.5m，主梁下方兩側(cè)設(shè)置抗風(fēng)纜。主梁由橫梁和縱梁組成，上面鋪設(shè)混凝土橋面板。主梁在索塔中心線處設(shè)置伸縮縫，索塔處主梁下方設(shè)置豎向支座，主梁梁端側(cè)向設(shè)置抗風(fēng)支座。

主梁由下部的橫梁和上部縱梁構(gòu)成，全寬4.0m，人行道寬度2.4m。下部橫梁采用28b工字鋼，橫梁順橋向間距3.0m。橫梁與橫梁之間設(shè)置由100×100×12mm角鋼組成的“X”撐進(jìn)行加勁，以提高主梁剛度和穩(wěn)定性。橫梁上部設(shè)置4道縱梁，縱梁采用20b工字鋼，與橫梁通過(guò)焊接連接。主梁在索塔處設(shè)有豎向支座，支座采用250×250×74mm矩形板式支座。

吊索橫向間距3.5m，下端錨頭采用承壓式連接，錨固于欄桿外側(cè)橫梁處；橫梁端部開(kāi)孔，用于錨固抗風(fēng)拉索的上端錨頭。橋面板采用10cm厚混凝土板，上面鋪設(shè)3mm鋪裝。橋面板通過(guò)高強(qiáng)螺栓與縱梁連接。為改善結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能，在縱梁和橋面板高度位置設(shè)置風(fēng)嘴。欄桿立柱采用規(guī)格為60×80×5mm的矩形無(wú)縫鋼管，通過(guò)立柱底座與橫梁焊接連接，立柱間采用通透性良好的鋼絲網(wǎng)。立柱同時(shí)作為支撐，用于固定欄桿扶手。伸縮縫采用560mm梳齒型伸縮縫。在主厚鋼板，形成伸縮縫預(yù)留槽。

圖1

2 靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)的主要內(nèi)容

根據(jù)沂蒙山天蒙旅游區(qū)人行索橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，靜荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容為：主梁撓度檢測(cè)、主塔塔頂偏位檢測(cè)、主纜撓度檢測(cè)、主梁應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)。

3 靜載試驗(yàn)的方法

3.1 加載程序

根據(jù)本工程的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為400kg/m2，本試驗(yàn)以400×1008=403200kg，約400t作為控制荷載，按照標(biāo)準(zhǔn)荷載的方式進(jìn)行加載。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用沙袋模擬加載。根據(jù)試驗(yàn)荷載加載分級(jí)原則，結(jié)合實(shí)際工程情況，為了全面了解橋梁各部位以及整體的響應(yīng)參數(shù)隨荷載增加而發(fā)生變化的情況，此次加載采用分級(jí)加載、分級(jí)卸載的方式進(jìn)行，共分五級(jí)逐次加載，五次逐次卸載。具體加載、卸載順序以及效率見(jiàn)表1。為了檢測(cè)橋梁的偏載情況，在分級(jí)加載時(shí)，第一級(jí)荷載加至橋面的一側(cè)，二級(jí)荷載加至另一側(cè)，五級(jí)荷載交叉堆載。

3.2 主梁撓度測(cè)試

3.2.1 測(cè)點(diǎn)布置

首先根據(jù)主梁在荷載作用的撓度包絡(luò)圖，確定撓度測(cè)試斷面為L(zhǎng)/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8處，即橫截面1、3、5、7、9、11、13、15、17，在實(shí)際測(cè)量中，為方便記錄位置，選取最靠近理論計(jì)算控制斷面的吊索作為參照物，并系紅色布條作標(biāo)記，選取吊索根部的螺栓作為實(shí)際觀測(cè)點(diǎn)，主梁控制斷面示意圖如圖2所示，撓度測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖3所示。

3.2.2 測(cè)量?jī)x器

采用Dini 03電子水準(zhǔn)儀搭配銦鋼條碼尺進(jìn)行撓度測(cè)量，測(cè)量度在±0.3mm/km以內(nèi)，最小讀數(shù)為：0.01mm。

3.2.3 測(cè)量程序

主梁撓度測(cè)試采用水準(zhǔn)法，利用電子水準(zhǔn)儀讀取觀測(cè)點(diǎn)上銦鋼條碼尺水平高程，通過(guò)計(jì)算加載前后高程差計(jì)算撓度。靜力測(cè)試開(kāi)始之前以及靜力測(cè)試過(guò)程中每進(jìn)行一級(jí)加載都要對(duì)撓度觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)加載前后觀測(cè)所得的高程差計(jì)算出加載過(guò)程中撓度差，并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，如果出現(xiàn)較大的偏差或波動(dòng)，應(yīng)馬上中止靜載試驗(yàn)并檢查試驗(yàn)過(guò)程，查找問(wèn)題進(jìn)行改正；當(dāng)撓度出現(xiàn)明顯變化時(shí)，必要時(shí)應(yīng)終止加載試驗(yàn)。

3.3 主塔塔頂偏位觀測(cè)

3.3.1 測(cè)點(diǎn)布置

主塔撓度測(cè)點(diǎn)布置橋塔頂部，并在橋塔頂部粘貼反射片以方便全站儀進(jìn)行觀察。

3.3.2 測(cè)量?jī)x器

主塔撓度測(cè)試采用瑞士徠卡TS09PLUS全站儀檢測(cè)。該全站儀測(cè)角精度為1″，測(cè)距精度為1+1ppm，通過(guò)多測(cè)回觀測(cè)點(diǎn)位中誤差不超過(guò)±1.5mm。

3.3.3 測(cè)量程序

由于主塔高度過(guò)高，為避免障礙物視線阻擋，可采用中間設(shè)站的三角高程測(cè)量方法。在本次測(cè)試中，通過(guò)對(duì)比加載前后，觀測(cè)點(diǎn)塔頂與控制點(diǎn)的高程差計(jì)算撓度。

3.4 主纜撓度測(cè)試

3.4.1 測(cè)點(diǎn)布置

主纜的測(cè)點(diǎn)布置參考主梁撓度的測(cè)點(diǎn)布置，即測(cè)點(diǎn)布置在主梁測(cè)點(diǎn)所在吊索與主纜交界的索夾，并在此處粘貼反射片，主纜的測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖4所示。

3.4.2 測(cè)量?jī)x器

主纜撓度的測(cè)量?jī)x器與主塔撓度的測(cè)量?jī)x器相同，均為瑞士徠卡TS09PLUS全站儀。

3.4.3 測(cè)量過(guò)程

主纜撓度的測(cè)量方法與主塔撓度的測(cè)量方法相同，均采用似水準(zhǔn)法，具體步驟見(jiàn)主塔撓度測(cè)量步驟。

3.5 主梁應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試

根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，確定應(yīng)變測(cè)試斷面塔腳、L/2、L/8、L/4、3L/8、5L/8、3L/4、7L/8，即圖5所示斷面1、3、5、7、9、11、13、15、17。

3.5.1 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)主梁受力特點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置選擇在測(cè)試斷面的四根縱梁和最靠近測(cè)試斷面的橫梁跨中，數(shù)碼應(yīng)變計(jì)的方向沿著縱梁和主梁方向粘貼，總共需要45個(gè)數(shù)碼應(yīng)變計(jì)。

表1 人行吊橋加載卸載順序及試驗(yàn)效率

圖2 主梁控制斷面示意圖

圖3 撓度測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖4 主纜測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖5 應(yīng)變測(cè)試斷面測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.5.2 測(cè)量?jī)x器

主梁橫斷面的應(yīng)變測(cè)試使用的儀器為JMZX-212型表面智能數(shù)碼弦式應(yīng)變計(jì)和綜合測(cè)試儀。應(yīng)變計(jì)需要安裝在主梁應(yīng)變測(cè)試點(diǎn)，綜合測(cè)試用于度數(shù)，在進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試時(shí)，弦式應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變量程為±1500με，應(yīng)變測(cè)量精度為2.5% F.S.（1με）。

3.5.3 測(cè)量程序

首先在規(guī)定的觀測(cè)點(diǎn)安裝應(yīng)變計(jì)。應(yīng)變計(jì)的安裝方法有三種：焊接安裝，膨脹螺栓安裝，以及膠粘安裝。前兩種安裝方法適于長(zhǎng)期測(cè)試，最后一種安裝方式適合臨時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)本次測(cè)試臨時(shí)性的特點(diǎn)，安裝方式選為膠粘安裝。膠粘安裝的安裝步驟如下所述：

①基座緊固在應(yīng)變計(jì)兩端；

②調(diào)整調(diào)節(jié)螺母將應(yīng)變值調(diào)整在1500με左右。若結(jié)構(gòu)體受力變形較大，受壓應(yīng)將初始應(yīng)變調(diào)整在2800με，受拉則調(diào)整在800με左右。

③將被測(cè)結(jié)構(gòu)表面用粗紗布做打平處理（若為非鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用絞磨機(jī)將表面做打平處理后進(jìn)行），再用丙酮將粘結(jié)面抹干凈。若采用強(qiáng)力膠粘劑（302丙烯酸酯膠等）粘貼時(shí)，按A、B雙管1∶1的比例混合攪勻后（攪拌一分鐘以上），將膠液均勻涂抹在應(yīng)變計(jì)與被測(cè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的粘接面，膠層不宜太厚，否則影響測(cè)試效果，然后將應(yīng)變計(jì)粘貼在結(jié)構(gòu)體表面，常溫下指壓5～15分鐘（防止膠粘劑固化過(guò)程中應(yīng)變計(jì)移位）后，用膠將安裝基座四周抹實(shí)。

④膠完全固化3小時(shí)后，將應(yīng)變計(jì)上的調(diào)節(jié)螺母完全旋松，用小鐵錘輕擊左右端，防止螺母虛假鎖死。測(cè)量應(yīng)變值應(yīng)穩(wěn)定，否則要重新安裝。

應(yīng)該注意根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選定測(cè)試點(diǎn)與測(cè)力方向，要求應(yīng)變計(jì)與受力方向相同（與應(yīng)變計(jì)軸線平行）。應(yīng)變計(jì)完全穩(wěn)定后（可通過(guò)觀測(cè)應(yīng)變值變化情況了解），根據(jù)綜合測(cè)試儀說(shuō)明書(shū)中，調(diào)零操作進(jìn)行，使綜合測(cè)試儀測(cè)量顯示中“差值”為零，并記錄下顯示中“應(yīng)變”的值，并按“保存”鍵保存。登記好每個(gè)測(cè)試點(diǎn)安裝的應(yīng)變計(jì)編號(hào)，并保存好記錄資料。

使用應(yīng)變計(jì)的測(cè)試可以了解結(jié)構(gòu)體應(yīng)變即變形）情況，通過(guò)結(jié)構(gòu)體的彈性模量可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力。通常方式為應(yīng)變計(jì)安裝完成、結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定后讀取應(yīng)變計(jì)的初值，隨后當(dāng)結(jié)構(gòu)體被施力或其他情況影響，再讀取應(yīng)變計(jì)的測(cè)量值。此時(shí)差值=（測(cè)量值-初值）即為結(jié)構(gòu)體的應(yīng)變情況，該差值包括了所有影響結(jié)構(gòu)體變形的因素。

結(jié)論

對(duì)大跨度人行懸索橋的靜荷載試驗(yàn)充分地檢測(cè)了大跨度人行懸索橋梁的結(jié)構(gòu)承載能力。通過(guò)不同荷載情況下的橋梁變形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試，進(jìn)行一步檢測(cè)成橋后的結(jié)構(gòu)剛度和各種荷載情況下的穩(wěn)定情況。通過(guò)對(duì)比檢測(cè)數(shù)據(jù)，使原橋梁工程的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量以及評(píng)價(jià)工程結(jié)構(gòu)具有可靠性，測(cè)試橋梁當(dāng)前工作狀態(tài)，鑒定橋梁結(jié)構(gòu)工程的實(shí)際承載能力，評(píng)價(jià)工程施工的總體質(zhì)量，為工程運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)和使用提供了必要的技術(shù)資料。

由于本橋?yàn)榇罂缍热诵袘宜鳂颍⑽挥趦缮降纳巾?，沒(méi)有行車的道路，荷載的運(yùn)輸與加載非常困難，但通過(guò)實(shí)施合理的技術(shù)與措施，順利且圓滿地完成了本橋的荷載試驗(yàn)，并達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。本檢測(cè)方法具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］郝天之，賈艷領(lǐng)，蔣國(guó)富.大跨徑懸索橋靜載試驗(yàn)變形分析［J］.城市建設(shè)理論研究：電子版，2011（22）.

中圖分類號(hào)：U448

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A