人行懸索橋驗(yàn)收性荷載試驗(yàn)

司 瑞 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)有公路上的交通量日益增長(zhǎng)，各種橋梁的建設(shè)也日漸增加，而因造價(jià)、工期、施工難度等各種因素的影響，施工質(zhì)量成為工程建設(shè)的焦點(diǎn)。驗(yàn)收性靜載試驗(yàn)成為檢測(cè)設(shè)計(jì)是否安全、施工質(zhì)量是否滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的重要手段，在此，本文以涇縣大唐陳村水力發(fā)電廠尾水吊橋?yàn)槔?，?duì)人行懸索橋靜載試驗(yàn)的步驟及操作技術(shù)作出分析。

1 工程概況

涇縣大唐陳村水力發(fā)電廠尾水吊橋主橋采用雙塔單跨柔性懸索橋形式，跨徑布置為11.5m（部分橋臺(tái)）+160m（凈跨）+11.5m（部分橋臺(tái)），橋面凈寬1.8m。主索在成橋狀態(tài)下的中跨垂跨比為1:23.53，主索中距2.3m，中跨設(shè)置吊桿，邊吊桿距橋塔中心線為5.0m，其余吊桿水平間距為2.5m。設(shè)計(jì)荷載：人群荷載1.0kN/㎡，基本風(fēng)壓0.4kN/㎡，基本雪壓0.5kN/㎡。地震基本烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。該懸索橋每根主索采用鋼纖維芯（GB8918-2006)6×37s+IWR的 B級(jí)鍍鋅鋼絲繩（Φ64mm，1960 級(jí) ），吊桿采用Φ20/30mm的組合吊桿，材質(zhì)為HPB300鋼筋，全橋共設(shè)61對(duì)吊桿。橋面系橫梁采用I20a，橋面索采用鋼纖維芯(GB8918-2006)6×37s+IWR的B級(jí)鍍鋅鋼絲繩（Φ22mm，1960級(jí)），橫向間距0.4m，橋面板為60mm厚樟子松防腐木板?？癸L(fēng)索采用鋼纖維芯(GB8918-2006)6×37s+IWR的B級(jí)鍍鋅鋼絲繩（Φ22mm，1960級(jí)），抗風(fēng)拉索采用鋼纖維芯（GB8918-2006)6×37s+IWR的 B級(jí)鍍鋅鋼絲繩（Φ12mm，1960級(jí)）。橋塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用雙排群樁基礎(chǔ)。橋臺(tái)臺(tái)身、樁基礎(chǔ)采用C30混凝土，墊層采用C15混凝土。

2 試驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容

①主索在試驗(yàn)荷載下的索力增量：索力是評(píng)價(jià)該柔性結(jié)構(gòu)安全性和承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)在兩邊跨索股安裝無(wú)線索力計(jì)，配自動(dòng)采集系統(tǒng)、筆記本電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析；②橋跨控制載面在試驗(yàn)荷載下的撓度及索塔塔頂縱橋向水平位移：變位是衡量橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度的一個(gè)重要指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)采用全站儀進(jìn)行測(cè)量；③索塔裂縫觀測(cè)：試驗(yàn)加載前，對(duì)索塔是否出現(xiàn)裂縫進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，若出現(xiàn)則在試驗(yàn)過(guò)程中利用裂縫測(cè)寬儀等設(shè)備監(jiān)測(cè)既有裂縫的變化情況，同時(shí)觀察是否有新的裂縫產(chǎn)生，并在試驗(yàn)后進(jìn)一步確認(rèn)裂縫長(zhǎng)度、深度和數(shù)量的發(fā)展情況。

3 加載實(shí)施方案

3.1 確定加載控制截面

利用Midas/civil 2019建立全橋有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算，得到該橋在人群荷載作用下負(fù)向撓度包絡(luò)圖如圖1。

相應(yīng)的控制截面位置描述及控制效應(yīng)內(nèi)容見(jiàn)表1和圖2。

圖2 加載控制截面位置

3.2 加載工況設(shè)置及試驗(yàn)效率

圖1 橋跨結(jié)構(gòu)在人群荷載作用下的撓度包絡(luò)圖

加載控制截面位置及控制效應(yīng) 表1

與加載控制效應(yīng)相對(duì)應(yīng)，該橋設(shè)置1個(gè)加載工況，加載重物按等效均布布載，該工況下所需測(cè)試的截面和內(nèi)容如表2和圖3所示。

圖3 靜載試驗(yàn)測(cè)試截面布置示意圖

采用有限元模型繪出該加載控制截面的撓度影響線圖，然后根據(jù)影響線圖確定試驗(yàn)時(shí)等效均布荷載的位置和大小，為了保證試驗(yàn)的有效性，應(yīng)使該試驗(yàn)加載工況的靜載試驗(yàn)效率η滿足規(guī)范要求。該加載工況的試驗(yàn)效率如下表3所示。

該工況靜載試驗(yàn)效率η在規(guī)范允許的取值范圍內(nèi)。

3.3 加載重物設(shè)置

結(jié)合計(jì)算以及考慮現(xiàn)場(chǎng)的加載設(shè)備，本次靜載試驗(yàn)加載重物采用沙袋充當(dāng)，采用均布布載。加載沙袋的具體參數(shù)見(jiàn)表4。

靜載試驗(yàn)前，對(duì)所需沙袋準(zhǔn)確裝載稱重，每袋重量應(yīng)均勻，誤差不得超過(guò)5%。加載前以及加載過(guò)程中隨機(jī)對(duì)沙袋重量進(jìn)行抽檢，抽檢結(jié)果基本滿足試驗(yàn)要求。

加載工況設(shè)置詳表 表2

試驗(yàn)效率 表3

加載沙袋參數(shù) 表4

根據(jù)控制截面的位移影響線，試驗(yàn)等效均布荷載縱橋向布置情況如圖4所示，橫橋向采用對(duì)稱均勻布置。

圖4 試驗(yàn)等效均布荷載布置示意圖（單位：cm）

3.4 測(cè)點(diǎn)布置

3.4.1 索力測(cè)點(diǎn)

該橋靜載試驗(yàn)索力測(cè)試截面為兩邊跨4根主索的跨中截面，采用無(wú)線遙測(cè)振動(dòng)（索力）測(cè)試分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試邊跨主索在試驗(yàn)荷載作用下的索力增量和受力性能。

3.4.2 撓度測(cè)點(diǎn)

該橋靜載試驗(yàn)撓度測(cè)試截面為L(zhǎng)/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8 八等分截面，通過(guò)全站儀對(duì)設(shè)置在橋面鋼橫梁的反光片測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，以掌握橋跨測(cè)試截面的變位規(guī)律和受力性能。

3.4.3 塔頂縱橋向水平位移測(cè)點(diǎn)

通過(guò)全站儀采用無(wú)棱鏡模式對(duì)兩側(cè)塔頂中心線位置進(jìn)行觀測(cè)，以掌握其縱橋向水平變位情況。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 索力增量測(cè)試結(jié)果

本次靜載試驗(yàn)分4級(jí)加載，結(jié)合計(jì)算分析各級(jí)加載所產(chǎn)生的索力增量較小，為提高測(cè)試精度，此次只對(duì)2級(jí)、4級(jí)加載后的索力增量進(jìn)行測(cè)試，具體實(shí)測(cè)結(jié)果及對(duì)比分析如表5。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析可知，在加載工況作用下，該橋邊跨各索段索力校驗(yàn)系數(shù)在0.56～0.72之間，均在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)（≤1），表明該橋跨結(jié)構(gòu)主索整體強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)人群荷載的運(yùn)營(yíng)要求。實(shí)測(cè)索力校驗(yàn)系數(shù)較規(guī)范給出的常值范圍偏小，主要是由于該橋橋面采用索結(jié)構(gòu)作為傳力體系，進(jìn)而提高了橋跨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度儲(chǔ)備。

邊跨各索段索力增量實(shí)測(cè)與理論對(duì)比分析結(jié)果 表5

塔頂縱橋向水平位移實(shí)測(cè)與理論對(duì)比分析結(jié)果（單位：mm） 表6

橋跨八等分截面撓度實(shí)測(cè)與理論對(duì)比分析結(jié)果（單位：cm） 表7

4.2 塔頂縱橋向水平位移測(cè)試結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)全站儀對(duì)各級(jí)荷載作用下兩側(cè)塔頂縱橋向水平位移進(jìn)行測(cè)試，具體實(shí)測(cè)結(jié)果及對(duì)比分析如表6。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析可知，在加載工況作用下，該橋兩側(cè)塔頂縱橋向水平位移校驗(yàn)系數(shù)分別為0.73、0.74，均在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)（≤1），表明該橋跨結(jié)構(gòu)索塔整體剛度能夠滿足設(shè)計(jì)人群荷載的運(yùn)營(yíng)要求。

4.3 撓度測(cè)試結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)全站儀對(duì)各級(jí)荷載作用下橋跨八等分截面的撓度進(jìn)行測(cè)試，具體實(shí)測(cè)結(jié)果及對(duì)比分析如表7。

在各級(jí)荷載作用下，對(duì)稱截面的實(shí)測(cè)撓度數(shù)據(jù)較為吻合，但各截面實(shí)測(cè)變位規(guī)律與計(jì)算結(jié)果有一定偏差；各測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)在1.22～2.49之間，均超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的范圍（≤1），表明該橋跨結(jié)構(gòu)豎向剛度不滿足設(shè)計(jì)人群荷載的運(yùn)營(yíng)要求。

4.4 其他觀測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)加載前未發(fā)現(xiàn)各構(gòu)件有明顯的裂縫，試驗(yàn)加載過(guò)程中未觀測(cè)到新的裂縫產(chǎn)生；同時(shí)也未發(fā)生其它結(jié)構(gòu)損壞，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全和正常使用。

5 檢測(cè)結(jié)果分析

①加載過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)撓度超過(guò)計(jì)算值且變位規(guī)律與計(jì)算結(jié)果有一定偏差后立即暫停加載并查找原因：結(jié)合前期檢測(cè)結(jié)果及加載過(guò)程中索塔變形、索力增量分析得出該情況與端部較多吊桿松動(dòng)有關(guān)。

②實(shí)測(cè)索力校驗(yàn)系數(shù)較規(guī)范給出的常值范圍偏小，主要是由于該橋橋面采用了索結(jié)構(gòu)作為傳力體系，進(jìn)而提高了橋跨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度儲(chǔ)備。

③吊桿安裝質(zhì)量偏差、抗風(fēng)索松弛均對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)的整體剛度有一定影響。