烏蘇大橋靜載試驗(yàn)研究

權(quán)冬波

(黑龍江省工程質(zhì)量道橋檢測(cè)中心有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

烏蘇大橋靜載試驗(yàn)研究

權(quán)冬波

(黑龍江省工程質(zhì)量道橋檢測(cè)中心有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

依托實(shí)際工程，烏蘇大橋(主橋采用獨(dú)塔單索面塔梁墩固結(jié)支撐體系混合式結(jié)合梁的結(jié)構(gòu)形式)竣工荷載試驗(yàn)檢測(cè)，通過(guò)把試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析相結(jié)合，來(lái)確定橋梁的實(shí)際工作狀態(tài)、橋梁實(shí)際的承載能力。

靜載試驗(yàn)；獨(dú)塔斜拉橋；承載能力

1 橋梁概況及研究?jī)?nèi)容

黑龍江省撫遠(yuǎn)縣烏蘇大橋及其引道全長(zhǎng)6 405 km，其中主橋長(zhǎng)280 m，引橋長(zhǎng)1 320 m。其中，引橋采用跨徑為40 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，主橋采用獨(dú)塔單索面塔梁墩固結(jié)支撐體系混合式結(jié)合梁的結(jié)構(gòu)形式。橋梁全寬26.5 m，橋面布置采用雙向共四車道。引橋共分為兩幅，其中單幅橋面寬11.75 m，為單向共兩車道，主橋主梁采用單箱雙室截面，底板水平設(shè)置，頂板設(shè)置2%的雙向橫坡，腹板采用直腹板，主梁采用帶大挑臂的鋼箱結(jié)合橋面板的斷面，鋼箱寬5.0 m，挑臂長(zhǎng)10.75 m，橋面板全寬10.75 m。斜拉索梁上錨點(diǎn)采用鋼錨箱錨固在鋼箱內(nèi)。鋼箱采用工廠分節(jié)段制造，現(xiàn)場(chǎng)全斷面焊接的方式。除端挑臂采用鋼箱形式外，其余挑臂均采用變高度工字形鋼梁的形式。

本次靜載試驗(yàn)要根據(jù)規(guī)范規(guī)定的荷載試驗(yàn)效率來(lái)確定加載荷載和加載工況。主要測(cè)點(diǎn)的選取要根據(jù)每個(gè)工況對(duì)應(yīng)的不同截面的最不利位置進(jìn)行布置。橋跨結(jié)構(gòu)的校驗(yàn)系數(shù)是由不同試驗(yàn)工況下橋梁結(jié)構(gòu)控制截面的實(shí)測(cè)撓度和應(yīng)變與理論值的相比所得，由此確定橋梁的實(shí)際承載力，為相應(yīng)各級(jí)管理、養(yǎng)護(hù)部門的工作提供可靠的信息

2 靜載試驗(yàn)方案

(1)斜拉索編號(hào)說(shuō)明

為了測(cè)量和分析比較每一根索的索力，對(duì)每一根斜拉索進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)規(guī)則如下：撫遠(yuǎn)側(cè)為F，黑瞎子島側(cè)為H，下游側(cè)為X，上游側(cè)為S，撫遠(yuǎn)上游側(cè)最短索為FS-1，最長(zhǎng)索為FS-13；撫遠(yuǎn)下游側(cè)最短索為FX-1，最長(zhǎng)索為FX-13；黑瞎子島上游側(cè)最短索為HS-1，最長(zhǎng)索為HS-13，黑瞎子島下游側(cè)最短索為HX-1，最長(zhǎng)索為HX-13。

(2)主橋控制斷面和測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力特性，共選取7個(gè)控制斷面進(jìn)行靜載試驗(yàn)。斷面選擇，以結(jié)構(gòu)受力的不利控制斷面為主，同時(shí)輔以典型常規(guī)試驗(yàn)截面，以達(dá)到反映結(jié)構(gòu)受力的狀況為原則。就該橋的概況及結(jié)構(gòu)形式，初步確定典型控制斷面情況見(jiàn)圖2。

(3)靜力試驗(yàn)加載工況

靜載試驗(yàn)采用340 kN載重汽車加載，試驗(yàn)各工況下所需要加載車輛的數(shù)量，將根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活荷載產(chǎn)生的某工況下的最不利效應(yīng)值按下式所定原則等效換算而得，保證荷載試驗(yàn)效率在0.95到1.05之間。對(duì)主橋靜載試驗(yàn)主要進(jìn)行以下幾個(gè)工況的加載，如表1所示。

表1 公路-Ⅰ級(jí)加載試驗(yàn)計(jì)算值及荷載效率

3 靜載試驗(yàn)方案結(jié)果

(1)索力測(cè)試結(jié)果

通過(guò)振動(dòng)傳感器測(cè)量斜拉索的固有頻率來(lái)間接計(jì)算斜拉索的索力。斜拉索的固有頻率處在低頻區(qū)域 (0.5～20 Hz)，因此選用壓電式低頻加速度傳感器。本次索力測(cè)試采用長(zhǎng)沙金碼的索力動(dòng)測(cè)儀進(jìn)行索力測(cè)試。

表2 部分索力對(duì)比

注：F-表示撫遠(yuǎn)側(cè)。

圖1 撫遠(yuǎn)側(cè)索力測(cè)試結(jié)果圖

由上圖可以看出：斜拉索索力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)索力值接近，并且每并排兩根斜拉索索力實(shí)測(cè)值大小接近，說(shuō)明烏蘇大橋的斜拉索索力值偏差較小，與設(shè)計(jì)值吻合較好，表明結(jié)構(gòu)整體受力平衡。

(2)各個(gè)工況作用下主橋受力狀況分析

表3第二跨最大正彎矩中載S1截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

測(cè)點(diǎn)編號(hào)測(cè)點(diǎn)位置實(shí)測(cè)值(με)計(jì)算值(με)校驗(yàn)系數(shù)殘余值(με)殘余度YZ1箱梁內(nèi)側(cè)頂板(剪力滯測(cè)點(diǎn))-67-870.7700%YZ9上游側(cè)腹板距離底緣320cm-76-870.87-11%YZ11上游側(cè)腹板距離底緣139cm1541900.8132%YZ13上游側(cè)腹板距離底緣10cm2853450.8300%YZ14中間腹板頂緣-48-600.8000%YZ15中間腹板距離下緣165cm1201420.8511%YZ16中間腹板下緣2663450.7700%YZ26混凝土板距離懸臂端部605cm15420.7500%

圖2 第二跨最大正彎矩中載S1截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖

在試驗(yàn)荷載作用下主跨主梁最大正彎矩中載應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.75～0.88，在斜拉橋校驗(yàn)系數(shù)常見(jiàn)值0.72～1.00范圍內(nèi)，小于規(guī)范規(guī)定值1.0要求，這說(shuō)明該橋上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；該橋在試驗(yàn)荷載工況下腹板測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變?cè)谘亓焊叻较蚧境示€性分布，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在工作時(shí)基本符合平截面假定；主梁殘余應(yīng)變均小于20%，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在卸載后有良好的彈性恢復(fù)能力。因此可以得出該橋上部結(jié)構(gòu)正截面抗彎拉強(qiáng)度可滿足公路-Ⅰ級(jí)荷載使用要求。

表4 第二跨最大正彎矩中載主塔偏位數(shù)據(jù)分析

塔頂偏位數(shù)據(jù)分析：

在斜拉橋中主梁和索塔軸線的空間位置至關(guān)重要，因?yàn)樗梢耘袆e斜拉橋是否處于正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。很多因素都會(huì)引起主梁和索塔軸線位置的變化，例如溫度變化、混凝土徐變等。通過(guò)對(duì)斜拉橋索塔、主梁軸線的檢測(cè)，能提供判斷橋梁營(yíng)運(yùn)質(zhì)量的依據(jù)。通過(guò)對(duì)斜拉橋索塔、主梁軸線的檢測(cè)，能提供判斷橋梁營(yíng)運(yùn)質(zhì)量的依據(jù)。在主跨主梁最大正彎矩偏載作用下，實(shí)測(cè)塔頂縱橫橋向偏位值為2.5 cm、0 cm， 理論值為4.7 cm、0 cm，校驗(yàn)系數(shù)為0.53，偏位實(shí)測(cè)值均小于計(jì)算值，滿足校驗(yàn)系數(shù)常見(jiàn)范圍0.47～1.00。主塔整體抗彎剛度滿足公路-Ⅰ級(jí)荷載使用要求。

表5 第二跨最大撓度中載撓度數(shù)據(jù)分析

圖3 下游外緣撓度測(cè)點(diǎn)曲線圖

撓度數(shù)據(jù)分析：

該橋在試驗(yàn)荷載作用下，各試驗(yàn)跨跨中截面各梁的實(shí)測(cè)撓度外均小于理論計(jì)算值，表明該橋結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求；該橋在試驗(yàn)荷載作用下?lián)隙刃ｒ?yàn)系數(shù)在0.81～0.95范圍內(nèi)，符合斜拉橋常規(guī)值0.72～1.0，表明該橋梁結(jié)構(gòu)剛度良好；結(jié)構(gòu)的殘余變形都在20%以內(nèi)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在卸載后有較好的彈性恢復(fù)能力。

表6 第二跨最大撓度中載主塔偏位數(shù)據(jù)分析

在斜拉橋中主梁和索塔軸線的空間位置至關(guān)重要，因?yàn)樗梢耘袆e斜拉橋是否處于正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。很多因素都會(huì)引起主梁和索塔軸線位置的變化，例如溫度變化、混凝土徐變等。通過(guò)對(duì)斜拉橋索塔、主梁軸線的檢測(cè)，能提供判斷橋梁營(yíng)運(yùn)質(zhì)量的依據(jù)。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)烏蘇大橋靜載試驗(yàn)可得到如下結(jié)論：

(1)成橋狀態(tài)索力與設(shè)計(jì)索力數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，全橋52根斜拉索索力與設(shè)計(jì)索力吻合良好，說(shuō)明結(jié)構(gòu)整體受力平衡。

(2)在試驗(yàn)荷載作用下該橋上部結(jié)構(gòu)剛度滿足公路-Ⅰ級(jí)荷載使用要求。箱梁上、下緣及腹板應(yīng)變實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算值吻合良好，該橋扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。各實(shí)測(cè)應(yīng)變數(shù)據(jù)變化和理論計(jì)算分布相一致，結(jié)構(gòu)整體工作性能較好；主塔整體抗彎剛度和上部結(jié)構(gòu)正截面抗彎強(qiáng)度可滿足公路-Ⅰ級(jí)荷載使用要求。實(shí)測(cè)扭轉(zhuǎn)角度小于理論扭轉(zhuǎn)角度，卸載后恢復(fù)良好。在各工況試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測(cè)索力變化線形與理論變化較為一致，表明該橋索力分布較為均勻。

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合分析評(píng)定烏蘇大橋承載能力可滿足公路-Ⅰ級(jí)荷載使用要求，可以正常投入使用。

[1] 李海，張哲，劉春城.沈陽(yáng)市公和斜拉橋靜載試驗(yàn)分析[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，(5).

[2] 曾特新.大跨徑斜拉橋荷載試驗(yàn)及靜動(dòng)力分析[J].湖南交通科技，2005，(3).

[3] 宋敬杰.斜拉橋檢測(cè)中的靜載試驗(yàn)研究[J].交通世界(運(yùn)輸.車輛)，2013，(1).

U442

C

1008-3383(2017)08-0169-03

2016-11-12

權(quán)冬波(1986-)，男，工程師，主要從事橋梁檢測(cè)工作。