150m提篮式钢系杆拱桥荷载试验研究

李劭晖

（上海市政工程设计研究总院，上海市 200092）

1 工程概况

川杨河桥位于上海市浦东新区规划沿浦路上，跨越川杨河，由上海市政工程设计研究总院设计和施工总承包。该桥西侧为川杨河汇入黄浦江的入口处，主桥为一座提篮式钢系杆拱桥，跨径为152 m，宽40.5 m（见图1）。主桥拱肋采用2片提篮式变高度矩形截面钢箱拱，拱顶距桥面29 m，矢跨比1/5.5，拱轴线在平面内为二次抛物线，其横向倾角为18°，拱肋截面高度由拱顶2.4 m渐变至拱脚3.3m，宽度为1.8m，壁厚为30mm。拱顶横撑采用扁箱的板式结构，两边呈弧形，中间开椭圆孔。全桥吊杆共23对，吊杆间距为6.0m。

钢梁由主纵梁、次纵梁、横梁和桥面板组成，主纵梁为变高度矩形截面，底宽4.0m，高1.675～1.755 m；次纵梁和横梁均为工字形截面，次纵梁底宽为0.65m，高度为1.919m，横梁底宽为0.72m，高度为1.755～2.0m，横梁纵向间距3.0m。

2 静载试验

2.1 加载方案及试验效率

本桥设计荷载等级为城-A级，人群荷载根据实际加载长度按《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）取值。静载试验主要是检验主桥在接近设计荷载的基本试验荷载作用下，桥梁的变形及主要受力构件的应力状态，也称基本荷载试验，一般要求试验荷载在结构主要控制截面上所产生的效应与设计荷载所产生的相应效应接近，其接近程度采用试验荷载效率系数表示，一般要求静载效率系数范围在0.8～1.05。

实际试验工况9个，分别是主梁和主拱跨中及四分点最大正弯矩、主梁和主拱四分点最大负弯矩、主拱拱脚最大正弯矩、横梁最大正弯矩和吊杆最大索力工况，试验时通过4个加载工况实现。

采用MIDAS2006进行加载工况计算，图2为全桥单元划分。按照内力等效的原则，采用13辆每辆总重35 t的三轴载重货车作为试验荷载，前轴重7 t，中轴和后轴为14 t，前中轴距为4 m，中后轴距为1.4m，轮距为1.8m，图3～图5给出了3个主要的加载工况车位布置，主要的工况的荷载效率系数列于表1中，可见本次试验的荷载效率满足规范要求。

2.2 测点布置

本次试验主要测试主梁、主拱及横梁的变形和应力：分别在主梁及主拱的跨中点、四分点和拱脚布置应力和变形测试断面；选取主桥四分点断面处的横梁测试应力和变形。结构变形采用自动全站仪观测，结构应力采用电阻应变片和振弦应力计测试。

表1 加载工况及荷载效率（kN·m）

测点布置见图6～图9。

2.3 静载试验结果及分析

为了检验试验荷载作用下各截面测点的效应实测值与相应的计算值的差异，一般采用测点效应校验系数η进行检验。

2.3.1 挠度校验系数

加载工况1～3的变形校验系数列于表2中，表2中测点编号与图9对应，以下挠为正，可见挠度校验系数最大值主梁为0.76，拱肋为0.81，均小于1。

表2 挠度校验系数（挠度单位：mm）

2.3.2 应力校验系数

加载工况1～4下的主要测点校验系数列于表3中，表3中应力数据以受拉为正，在各工况试验荷载作用下主要测点的应力校验系数最大值主梁为0.90，拱肋为0.83，横梁为0.95。

因此，术前增加营养支持治疗，改善患者自身营养状况，降低患者体内炎症因子水平，选择自体骨粒进行移植，尤其是对于年龄较高和累及多个椎体的患者，可促进胸腰椎结核手术患者的早期植骨融合，促进术后康复。

2.3.3 残余变形分析

在试验过程中的实测残余变形列于表4中，相对残余变形不超过5%，可见结构处于弹性工作范围内，此外残余应力实测结果也反映了相同的规律。

2.3.4 结构变形特点和刚度

在试验荷载作用下，3个主要加载工况下主梁的变形特点绘于图10～图12中，图中挠度以下挠为正，可知每个工况下主梁控制点的挠度都小于相应的理论值，变形曲线平顺，没有突变，和理论曲线吻合较好。

主梁及拱肋正负挠度绝对值之和最大值为123.7 mm，推算至城-A级荷载作用下的挠度为124.0 mm，为跨径的L/1226，小于《钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）》所规定的L/800规范限值190.0 mm，表明主梁及拱肋竖向刚度良好，见表5。

表3 应力校验系数（应力单位：MPa）

表4 残余变形分析

表5 结构刚度分析

2.3.5 活载索力增量

在静载试验前测试了所有吊杆恒载作用下的索力，静载试验时对加载区附近的吊杆索力进行测试，由此可计算出试验荷载作用下吊杆索力的增量。各工况试验荷载作用下，实测吊杆静活载索力与理论计算值基本一致，表6中给出了主梁和拱肋L/4最大负弯矩试验工况时的索力增量。

表6 活载索力增量分析（单位：kN）

3 自振特性测试

桥梁空载工况下，受风、地面微振等环境因素的影响，其所受的激励是平稳的各态历经宽带随机激励，利用高精度的拾振器测试桥梁的随机响应信号，再通过随机振动数据处理和分析技术就可以求得结构的自振特性参数。本文采用随机子空间法（SSI）进行分析。

4 结论

（1）各控制断面的试验荷载效率为0.85～1.05，满足规范要求。

（2）在各工况试验荷载作用下主要测点的应力校验系数最大值主梁为0.90，拱肋为0.83，横梁为0.95，表明主桥在正常使用极限状态下满足设计荷载的使用要求。

表7 自振特性实测结果

图13 实测一阶振型

图14 计算一阶振型

（3）在各工况试验荷载作用下主要测点的相对残余变形不超过5%，结构处于弹性工作范围内，此外残余应力实测结果也反映了相同的规律。说明主桥具备较好的弹性回复能力。

（4）各工况试验荷载作用下主梁和拱肋实测线形和理论线形趋势一致，线形曲线光滑、无突变，且实测最大值均小于对应的理论值，说明主桥整体性较好，符合设计要求。

（5）主梁及拱肋正负挠度绝对值之和最大值为124.0 mm，小于规范规定的挠度限值L/800=190.0 mm，因此主桥的刚度满足规范规定的正常使用极限状态要求。

（6）主桥竖向第一阶自振频率为0.873Hz，大于计算频率；阻尼比为0.986%，处于正常范围内。

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