永寧黃河公路大橋主橋靜載試驗(yàn)研究

馬國(guó)峰

（1.銀川市公路管理處 2.銀川市交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站）

斜拉橋是一種獨(dú)特的橋梁，本文對(duì)永寧黃河公路大橋主橋的靜載試驗(yàn)進(jìn)行了研究，為今后類似橋梁的靜載試驗(yàn)提供參考和依據(jù)。

1 斜拉橋在我國(guó)的發(fā)展

斜拉橋是一種新型的組合式橋梁結(jié)構(gòu)，具有外形美觀，成本經(jīng)濟(jì)，技術(shù)先進(jìn)，社會(huì)認(rèn)可度高，跨度大等特點(diǎn)。

中國(guó)斜拉橋的建設(shè)起步較晚，發(fā)展速度較快。目前已建成有200多座斜拉橋，其中27座跨越400多米。斜拉橋的數(shù)量正在增加，并且穿越的能力逐漸增加。

為了減輕橋梁的重量，斜拉橋的建筑材料也朝著輕質(zhì)化，高性能和耐腐蝕的方向發(fā)展。

2 橋梁荷載試驗(yàn)及其重要性

橋梁荷載試驗(yàn)是測(cè)試橋梁整體承載力和使用的有效手段和方法。目前，隨著公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，新技術(shù)、新工藝、新材料和新方法被廣泛應(yīng)用于橋梁施工中。大跨度橋梁的數(shù)量逐年增加。為了確定新橋的整體性能，需要通過橋梁荷載試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)橋梁的安全性能。進(jìn)而可以為新建橋梁后續(xù)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)和舊橋的改建提供依據(jù)。因此，橋梁荷載試驗(yàn)越來(lái)越顯示出極其重要的作用。

目前橋梁檢查是在項(xiàng)目實(shí)施的全過程中進(jìn)行的，如勘察，設(shè)計(jì)，施工和缺陷責(zé)任期的混凝土試驗(yàn)、超聲波及反射波等試驗(yàn)都已經(jīng)很成熟，使用范圍也較廣。荷載試驗(yàn)可以達(dá)到橋梁綜合測(cè)試的目的。

橋梁載荷試驗(yàn)分為靜載和動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)是對(duì)正在使用中的橋梁結(jié)構(gòu)或者模擬結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的支承，對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按設(shè)計(jì)荷載或等效荷載進(jìn)行加載，觀察靜態(tài)載荷下結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)歷程。靜載荷下測(cè)試結(jié)構(gòu)的性能有強(qiáng)度、剛度和抗裂性等基本性能，并測(cè)試結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理。主要分析應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等試驗(yàn)結(jié)果與荷載之間的關(guān)系，再依據(jù)有關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)定，判定結(jié)構(gòu)靜載下的工作性能和使用狀態(tài)。

橋梁動(dòng)載試驗(yàn)一般通過移動(dòng)車輛載荷進(jìn)行，主要確定橋梁在車輛載荷作用下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力、動(dòng)態(tài)撓度、加速度、動(dòng)態(tài)應(yīng)變等動(dòng)態(tài)參數(shù)。

橋梁荷載試驗(yàn)的重要性主要如下：①用于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量。②完善橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)，促進(jìn)新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的不斷創(chuàng)新。③評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。④掌握研究橋梁的工作性能。

3 靜載試驗(yàn)的目的

靜載試驗(yàn)的結(jié)果綜合反映橋梁的施工質(zhì)量，可以分析結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度是否滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，并判定橋梁的承載能力，可以作為交竣工驗(yàn)收的依據(jù)。

4 永寧黃河公路大橋的基本概況

本文是以永寧黃河公路大橋主橋?yàn)檠芯繉?duì)象，介紹了交工驗(yàn)收前的荷載試驗(yàn)，并以部分試驗(yàn)結(jié)果為例進(jìn)行了分析，得出結(jié)論。以下為該工程項(xiàng)目的基本概況。

該橋是由中鐵十六局集團(tuán)有限公司承建，是銀川市繞城大通道的重要樞紐工程，是寧夏和黃河上游首座雙塔雙索面斜拉橋。主橋位于永寧縣東部，距靈武市下橋村第五隊(duì)以西約500m跨徑組合為（110+260+110m）。

全橋總長(zhǎng)3.743km，橋?qū)?3.5m，下部結(jié)構(gòu)為塔式橋墩+薄壁墩，基礎(chǔ)采用鉆孔樁，設(shè)計(jì)速度80km/h。

5 永寧黃河公路大橋主橋靜載試驗(yàn)

5.1 靜載試驗(yàn)主要測(cè)試項(xiàng)目

①主梁控制截面在試驗(yàn)載荷下的撓度；②塔頂截面在試驗(yàn)載荷下的水平位移；③主梁在試驗(yàn)載荷下的縱向漂移；④主梁控制截面在試驗(yàn)載荷下的應(yīng)變；⑤塔底截面在試驗(yàn)載荷下的應(yīng)變；⑥斜拉索在試驗(yàn)載荷下的索力增量。

5.2 靜載試驗(yàn)加載工況設(shè)計(jì)

（1）測(cè)試截面的確定，本試驗(yàn)利用Midas橋梁結(jié)構(gòu)分析程序，計(jì)算時(shí)采用設(shè)計(jì)荷載加載，該橋橫向設(shè)計(jì)為6個(gè)行車道。通過活載下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖，可以確定每個(gè)測(cè)試部分，見示意圖1、表1。

圖1 最不利活載作用下全橋彎矩包絡(luò)示意圖

表1 部分測(cè)試截面部分測(cè)試項(xiàng)目表

（2）測(cè)點(diǎn)布設(shè)。

①應(yīng)力加載測(cè)點(diǎn)布設(shè)采用橫向?qū)ΨQ布置。②靜載試驗(yàn)是采用35t荷載車輛進(jìn)行等效加載。③部分工況（以工況1為例）

工況1：截面2-2最大正彎矩加載、截面3-3最大豎向位移加載試驗(yàn)。

測(cè)試項(xiàng)目：加載前、加載后及卸載后截面2-2應(yīng)變、主梁豎向位移?？v向加載位置如示意圖2所示。

圖2 工況1車輛縱向加載示意圖（單位：cm）

5.3 部分試驗(yàn)結(jié)果分析與評(píng)定

工況1作用下主梁的局部撓度數(shù)據(jù)分析如表2所示。撓度以向上為正、向下為負(fù)。

表2 工況1作用下主梁撓度數(shù)據(jù)分析表

試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定：

（1）測(cè)得的撓度值和撓度校準(zhǔn)系數(shù)符合規(guī)范要求，主梁結(jié)構(gòu)剛度符合設(shè)計(jì)要求。

（2）塔架縱向位移測(cè)量值符合計(jì)算和規(guī)范要求，主塔結(jié)構(gòu)剛度符合設(shè)計(jì)要求。

（3）通過各工況的位移控制截面測(cè)試，測(cè)得的卸載后結(jié)果為結(jié)構(gòu)的相對(duì)殘余變形滿足規(guī)范規(guī)定和要求，結(jié)構(gòu)彈性較好。

（4）在試驗(yàn)前后及過程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)外觀進(jìn)行觀測(cè)對(duì)比，無(wú)新增裂縫及其他病害，試驗(yàn)過程中裂縫長(zhǎng)、寬均無(wú)明顯變化。

（5）在試驗(yàn)前后及過程中通過外觀檢測(cè)，該橋沒有裂縫增加，也未發(fā)現(xiàn)其他病害，試驗(yàn)中的裂縫未曾發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)度和寬度方向的延伸擴(kuò)展。

6 小結(jié)

綜上所述，本文以永寧黃河公路大橋主橋的荷載試驗(yàn)展開研究、分析。靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，在靜載荷作用下，橋梁的剛度和強(qiáng)度等力學(xué)性能和彈性工作狀態(tài)滿足規(guī)范要求。該橋荷載試驗(yàn)的順利完成，對(duì)于促進(jìn)寧夏本地檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展和施工水平的提高具有不可估量的作用。