單索面矮塔斜拉橋靜載試驗研究

摘要 為研究單索面矮塔斜拉橋的主橋在跨越446 m跨徑條件下的受力情況，以實際工程項目為例，跨徑組合為118 m

+210 m+118 m單索面矮塔斜拉橋，對其進(jìn)行輪式軸壓不低于15.2 t的靜力載荷試驗，分析主塔縱橋向位移、主梁的縱向位移、索力、主梁混凝土應(yīng)變以及主梁撓度實際測試值與理論計算分析值之間的差異，驗證所設(shè)計橋型的靜力承載能力及結(jié)構(gòu)的安全性。

關(guān)鍵詞 斜拉橋;單索面;矮塔;靜載試驗

中圖分類號 U446.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0096-03

引言

在我國公路水運工程建設(shè)飛速發(fā)展的前提下，大跨徑公路橋梁越來越常見。隨著預(yù)應(yīng)力理論的發(fā)展，鋼材等材料性能的逐步提升，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)橋梁在我國廣泛建設(shè)。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)具有較好的跨越能力，常常在跨越大江大河、溝壑山谷中使用。但隨著跨徑的增長，大跨徑結(jié)構(gòu)常常存在腹板開裂、跨中下?lián)虾头呛奢d裂縫增長等問題。斜拉橋是為了解決大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁跨中下?lián)系囊环N組合結(jié)構(gòu)，相較于普通變截面連續(xù)箱梁橋，斜拉橋通過斜拉索的拉索力，具有更大的跨越能力，同時能夠通過調(diào)節(jié)斜拉索的拉索力緩解上述問題。

該文以四川省某座單索面矮塔斜拉橋荷載試驗項目為依托，用Midas Civil有限元分析軟件建立模型，得到結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下的控制截面撓度、應(yīng)力（應(yīng)變）理論值等信息，并將實測值與理論值進(jìn)行比對分析，從而驗證橋梁結(jié)構(gòu)性能是否滿足設(shè)計荷載要求。

1 項目概述

橋梁主橋是118 m+210 m+118 m的單索面矮塔斜拉橋，主梁斷面用單箱三室，C60混凝土，墩梁塔固結(jié)?？缰形恢昧焊?.4 m，支點位置梁高7.6 m，從中支點橫梁起104.5 m范圍內(nèi)，梁高按二次拋物線變化。箱梁頂板寬是31.5 m，懸臂板長4.75 m，箱梁底板寬16.7～19.4 m，厚度按二次拋物線變化，邊室斜腹板與豎直面的夾角為21°。主塔高30 m，采用實心矩形截面，布置在中央分隔帶上，并與主梁固接。全橋共54根斜拉索，采用單索面，雙排扇形布置于中央分隔帶上。大橋的立面圖如圖1所示。

2 橋梁靜力荷載試驗

2.1 主要測試內(nèi)容

（1）主梁試驗控制截面應(yīng)力（應(yīng)變）和變形。

（2）主梁在試驗荷載作用下的最大縱向和豎向位移。

（3）主塔控制截面的應(yīng)變和在試驗載荷作用下的最大縱向水平位移。

（4）拉索在試驗荷載作用下的最大拉力及索力增量。

2.2 主要測試截面

主梁中跨跨中最大正彎矩截面（J1截面）、主跨墩頂最大負(fù)彎矩截面（J2截面）、主塔塔頂縱橋向最大水平位移與塔腳最大彎矩截面（J3截面）、主跨跨中附近拉索最大拉力增量截面（J4截面）為控制截面。

2.3 有限元分析模型

有限元分析模型的建立基于以下幾點假設(shè)：

（1）斜拉索用僅受拉的桁架單元來模擬。

（2）箱梁及塔、墩等主要構(gòu)件均采用梁單元模擬。

（3）主梁與拉索間用剛性連接的方式來模擬，產(chǎn)生協(xié)同位移。模型如圖2所示。大橋主橋活載計算內(nèi)力圖和索力增量圖如圖3和圖4所示。

2.4 試驗效率

經(jīng)計算，得到各工況的效率系數(shù)為0.87～0.95，符合《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21—01—2015）[1]中交（竣）工驗收荷載試驗ηq宜在0.85～1.05之間的要求，具體見表1。

2.5 測點布置

（1）應(yīng)變測點：在測試截面J1～J2處布置28片電阻應(yīng)變計（不含溫度補(bǔ)償片）。溫度補(bǔ)償：粘貼在與測試結(jié)構(gòu)相同材質(zhì)、相同測試環(huán)境條件下的非受力部位。詳見圖5。

（2）撓度測點：在撓度試驗截面橫向左右側(cè)各布置一個測點，共布置22個測點。撓度的試驗截面有左邊跨的1/2截面，中間跨的1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8截面，右邊跨的1/4、1/2、3/4截面，具體試驗截面位置如圖6所示。同時，選取右邊跨大樁號側(cè)墩頂伸縮縫截面進(jìn)行主梁縱向變形觀測。主塔塔頂?shù)乃阶兾粶y點布置在右側(cè)主塔塔頂，在塔頂大小樁號側(cè)各布設(shè)1個測點，共計2個測點。

2.6 試驗結(jié)果

（1）位移和撓度：經(jīng)檢測，控制截面的實測位移和撓度均小于計算值，工況1校驗系數(shù)介于0.56～0.71之間，最大實測相對殘余變形為11.1%;工況2校驗系數(shù)介于0.61～0.72之間，最大實測相對殘余變形為9.6%;工況3校驗系數(shù)介于0.60～0.71之間，最大實測相對殘余變形為6.3%;工況4校驗系數(shù)介于0.59～0.72之間，最大實測相對殘余變形為6.5%;工況5校驗系數(shù)介于0.64～0.70之間，最大實測相對殘余變形為7.9%;工況6校驗系數(shù)介于0.62～0.72之間，最大實測相對殘余變形為8.3%，滿足《規(guī)范》[1]要求。

（2）應(yīng)力（應(yīng)變）：試驗荷載作用下，各截面的實測應(yīng)力值總體處于正常狀態(tài)，J1截面最大正彎矩應(yīng)變校驗系數(shù)為0.56～0.89，應(yīng)變校驗系數(shù)均值為0.71，最大實測相對殘余應(yīng)變?yōu)?0.34%;J2截面最大正彎矩校驗系數(shù)為0.58～0.90，應(yīng)變校驗系數(shù)均值為0.73，最大實測相對殘余應(yīng)變?yōu)?0.34%，滿足《規(guī)范》[2]要求。

（3）斜拉索索力檢測結(jié)果：工況7、8滿載作用下，拉索最大拉索力增量分別為138 kN、126 kN，校驗系數(shù)為0.69、0.67，滿足《規(guī)范》[3]要求。

3 結(jié)論

通過對該單索面矮塔斜拉橋進(jìn)行靜載試驗，得出以下結(jié)論：

（1）評價試驗是否準(zhǔn)確的前提條件：應(yīng)分析現(xiàn)場施工工序及方法，準(zhǔn)確模擬索與梁體之間、塔柱與梁體之間的連接方式，施加設(shè)計活載，獲得較為真實的理論計算值。

（2）分析索力、應(yīng)變、撓度實測值與理論值之間的差異，表明所設(shè)計橋型安全、合理。

參考文獻(xiàn)

[1]公路橋梁荷載試驗規(guī)程： JTG/T J21—01—2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.

[2]公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范： JTG D60—2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.

[3]城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范： CJJ/T 233—2015[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2015.

收稿日期：2022-01-27

作者簡介：付元元（1991—），女，本科，工程師，從事工程檢測和咨詢工作。