独塔双索面斜拉桥静载试验分析

骆浩光 潘水强

摘 要：文中以某独塔双索面斜拉桥为例，对斜拉桥结构进行理论分析及现场静载试验，测试其结构是否满足规范及设计的要求。试验结果表明：该斜拉桥主要测点挠度、主塔纵向位移、索力的校验系数以及残余变形满足要求，实际刚度较设计大、结构处于弹性工作状态，但部分测点应变校验系数不满足要求，说明其强度储备不够，受力性能不足。

关键词：斜拉桥;静载试验;校验系数

中图分类号：U446;U448.27 文献标识码：A

0 概述

某桥梁主桥为预应力混凝土独塔双索面斜拉桥，跨径120 m，全长240 m。主梁为梁板断面现浇混凝土结构，塔梁墩固结，桥塔为独立双柱型，不设上横梁，桥墩双柱型。主梁从桥塔开始纵向两侧各18对拉索，梁上索距为6 m，主梁每跨分19个梁段，1号梁段长13.5 m，2-18号梁段长6 m，19号梁段长4.37 m，端部有30 cm封锚段。1号梁段的墩顶部分设三道横梁，间距为2.98 m，悬臂部分设两道横梁，间距为2.45 m;2-18号梁段横梁间距6 m;主梁根部的边主梁设竖向预应力筋与墩顶固结。20、22号边墩各设置四个3 000 kN的单向活动盆式橡胶支座，上、下盆互相设扣件防止地震及风震时上下盆脱离。

塔柱全高60 m，外形为多边形独柱，横断面为单箱双室的箱形截面，仅在横桥向对称，斜拉索轴线偏离纵向形心轴。塔柱在无索区和塔冠为等截面，在锚固区因有斜拉索锚固齿板故为变截面。

设计荷载等级为汽车-超20级，挂车-120级，人群荷载3.5 kN/m2。桥梁立面、断面布置如图1～2所示。

1 静载试验及结果分析

1.1 试验工况设置

（1）工况1：第21跨最大正弯矩工况（A-A截面）

工况2：第21跨最大竖向位移工况（B-B截面）

主要测试项目：①第21跨A-A截面应变;②第21跨主梁B-B截面挠度;③部分拉索索力。

（2）工况3：主塔（21#塔）最大弯矩工况（D-D截面）

工况4：主塔（21#塔）塔顶最大纵向位移工况（E-E截面）

主要測试项目：①主塔（21#塔）D-D截面应变;②主塔（21#塔）E-E截面塔顶位移。

（3）工况5：主梁最大负弯矩工况（C-C截面）

主要测试项目：①主梁C-C截面应变。

各测试截面布置见图3。

1.2 试验加载

本次静载试验以设计活载产生的各控制截面的控制内力及变形作为加载依据。试验荷载的最大吨位按照控制截面的试验内力和变形达到设计控制内力的0.95～1.05来确定，并以弯矩和变形等效为原则。根据结构计算分析，采用20辆重约330 kN的汽车进行偏载试验加载，弯矩及变形的加载效率为0.94～1.03，满足规范的要求（0.95<η≤1.05）。

正式加卸载步骤分为4级加载和1级卸载，加载前需进行预加载。加载载位现场布置见图4。

1.3 测点布置

1.3.1 挠度及支点沉降观测

现场挠度观测采用精密电子水准仪及激光挠度仪进行，其中右侧纵向测点采用激光挠度仪在桥面布点进行测试，挠度控制截面处桥梁中央分隔带两侧采用精密电子水准仪在桥面布点进行测试，根据现场条件选择稳定、不发生沉降的后视点作为挠度基准点。本次测量共布设19个挠度观测点，见图5。

1.3.2 主塔位移观测

主塔位移测点布设在21#主塔的顶端，采用全站仪观测各级荷载作用下21#主塔的纵向位移变化及恢复情况，测点编号为E1和E2。

1.3.3 应变观测

应变观测主要针对各个荷载工况下结构的关键截面（A、C、D截面），主要截面应变测点布置见图6～8所示。为了尽量降低温度对试验测试结果的影响，试验选择在晚上温度较为稳定的时段进行。

1.3.4 索力测试

索力测试采用振动频率法进行，对各级试验荷载作用下21#塔小里程方向的9～11#斜拉索（共6根）的索力进行测试，分析试验加载过程的索力变化情况。

1.4 试验结果

1.4.1 挠度

在工况2荷载作用下，主要测点的挠度校验系数计算见表1。

由表1的数据显示可知，在工况2荷载作用下，挠度控制截面测点的挠度校验系数位于0.766～0.822之间，主要测点静力荷载试验校验系数均小于1。

1.4.2 主塔位移观测

在工况4荷载作用下，主塔主要测点的纵向位移校验系数计算见表2。

由表2的数据显示可知，在工况4荷载作用下，主塔控制截面测点的纵向位移校验系数位于0.666～0.722之间，主要测点静力荷载试验校验系数均小于1。

1.4.3 应力（应变）测试结果

在工况1、3、5荷载作用下，主要测点的应变校验系数计算见表3～5。

在工况1荷载作用下，控制截面主要测点（A4、A5、A19、A20）的应变校验系数在0.731～0.826之间，主要测点静力荷载试验校验系数均小于1，满足规范要求。在工况3荷载作用下，控制截面主要测点（DR1、DR2、DR6、DR7）的应变校验系数在0.724～1.000之间，主要测点静力荷载试验校验系数均小于1，满足规范要求。在工况5荷载作用下，控制截面主要测点（C4、C5、C19、C20）的应变校验系数在1.012～1.166之间，主要测点静力荷载试验校验系数大于1，不满足规范要求。

1.4.4 索力

在工况1、2荷载作用下，主塔典型索主要测点的索力校验系数计算见表6。

表6 荷载作用下典型索索力增量的实测值和

计算值比较（kN）

测点 数值

类型 试验工况1、2 最大弹

性挠度 实测值/计算值（Se/Sstat）

4级加载 卸载阶段

2L9 实测值 356.38 41.26 315.12 0.756

计算值 417 / 417

2L10 实测值 336.47 17.14 319.33 0.839

计算值 380.8 / 380.8

2L11 实测值 317.14 10.05 307.10 0.820

计算值 374.4 / 374.4

在工况1、2荷载作用下，主塔典型索索力校验系数位于0.756～0.839之间，主要测点静力荷载试验校验系数均小于1。

1.4.5 残余变形及应变

试验结束前对试验桥跨进行了残余变形和残余应变观测，各主要测点的相对残余变位及相对残余应变均未超过20%，检测桥跨的残余变形和残余应变值均能满足规范中关于残余变位和残余应变的要求，表明结构处于弹性工作状态。

1.5 结果分析及评定

通过对该桥的挠度、应变、主塔位移、索力的实测及计算分析可知，静载试验荷载效率介于0.95～1.05之间，满足规范的要求，试验荷载所产生的效应可反映设计规范基本可变荷载效应的特征。桥梁主要测点校验系数范围分布在0.666～1.166之间，主要测点挠度、主塔纵向位移、索力校验系数均小于1，部分应变测点校验系数大于1;卸载后，测试截面应变、挠度及位移测点的最大相对残余小于20%，表明结构处于弹性工作状态。由此可知，在静载试验中，该桥的主要力学控制指标（校验系数）不满足规范要求，桥梁正常使用性能不能满足设计荷载等級的要求。

2 结论

（1）试验荷载作用下，主要测点挠度、主塔纵向位移、索力校验系数均小于1，满足规范要求，说明桥梁实际刚度较设计大;桥梁相对残余均满足要求，说明桥梁处于弹性工作状态。

（2）试验荷载作用下，部分主要测点应变实测值大于理论计算值，校验系数大于1，不满足规范要求，说明桥梁强度储备不够，受力性能不足;从维持结构使用功能及安全的角度出发，建议立即对该桥进行限载，及时出具维修加固方案，桥梁维修加固后方可恢复原交通。

（3）斜拉桥作为超静定结构，受力复杂，该桥由于运营年限久、材料老化、荷载负荷大等原因而出现部分病害，从而导致桥梁个别指标不满足规范要求，强度储备不够，受力性能下降等现象，值得各界重视。

（4）基于上述结论，建议对现有斜拉桥进行全面的隐患排查，并做好日常管养及定期检查，以确保桥梁正常及安全的运营。

参考文献：

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