大跨度人行悬索桥静载试验技术研究

贾 恒（山东铁正工程试验检测中心有限公司，山东 济南 250014）



大跨度人行悬索桥静载试验技术研究

贾 恒
（山东铁正工程试验检测中心有限公司，山东 济南 250014）

摘 要：本文结合天蒙旅游区人行悬索桥桥梁静荷载试验项目，介绍了双链双塔大跨度人行悬索桥的静荷载试验的内容和方法，可为以后类似工程荷载试验提供参考。

关键词：桥梁工程；悬索桥；静荷载试验；桥梁检测

1 桥梁工程概况

天蒙旅游区人行索桥位于临沂市费县北部天蒙景区内，跨越山谷连接望海楼和玉皇顶两个景点。本桥为主跨420m的单跨吊索桥，跨径组成为38+420+ 47.5m，桥面纵坡为1.0%和-1.0%，桥梁概貌如图1所示。主缆在成桥状态下的中跨垂跨比为1∶12，两根主缆中心距为3.5m，主梁下方两侧设置抗风缆。主梁由横梁和纵梁组成，上面铺设混凝土桥面板。主梁在索塔中心线处设置伸缩缝，索塔处主梁下方设置竖向支座，主梁梁端侧向设置抗风支座。

主梁由下部的横梁和上部纵梁构成，全宽4.0m，人行道宽度2.4m。下部横梁采用28b工字钢，横梁顺桥向间距3.0m。横梁与横梁之间设置由100×100×12mm角钢组成的“X”撑进行加劲，以提高主梁刚度和稳定性。横梁上部设置4道纵梁，纵梁采用20b工字钢，与横梁通过焊接连接。主梁在索塔处设有竖向支座，支座采用250×250×74mm矩形板式支座。

吊索横向间距3.5m，下端锚头采用承压式连接，锚固于栏杆外侧横梁处；横梁端部开孔，用于锚固抗风拉索的上端锚头。桥面板采用10cm厚混凝土板，上面铺设3mm铺装。桥面板通过高强螺栓与纵梁连接。为改善结构的抗风性能，在纵梁和桥面板高度位置设置风嘴。栏杆立柱采用规格为60×80×5mm的矩形无缝钢管，通过立柱底座与横梁焊接连接，立柱间采用通透性良好的钢丝网。立柱同时作为支撑，用于固定栏杆扶手。伸缩缝采用560mm梳齿型伸缩缝。在主厚钢板，形成伸缩缝预留槽。

图1

2 静荷载试验检测的主要内容

根据沂蒙山天蒙旅游区人行索桥的结构特点，静荷载试验的主要内容为：主梁挠度检测、主塔塔顶偏位检测、主缆挠度检测、主梁应力应变检测。

3 静载试验的方法

3.1 加载程序

根据本工程的设计荷载等级为400kg/m2，本试验以400×1008=403200kg，约400t作为控制荷载，按照标准荷载的方式进行加载。根据现场实际情况，采用沙袋模拟加载。根据试验荷载加载分级原则，结合实际工程情况，为了全面了解桥梁各部位以及整体的响应参数随荷载增加而发生变化的情况，此次加载采用分级加载、分级卸载的方式进行，共分五级逐次加载，五次逐次卸载。具体加载、卸载顺序以及效率见表1。为了检测桥梁的偏载情况，在分级加载时，第一级荷载加至桥面的一侧，二级荷载加至另一侧，五级荷载交叉堆载。

3.2 主梁挠度测试

3.2.1 测点布置

首先根据主梁在荷载作用的挠度包络图，确定挠度测试断面为L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8处，即横截面1、3、5、7、9、11、13、15、17，在实际测量中，为方便记录位置，选取最靠近理论计算控制断面的吊索作为参照物，并系红色布条作标记，选取吊索根部的螺栓作为实际观测点，主梁控制断面示意图如图2所示，挠度测点布置示意图如图3所示。

3.2.2 测量仪器

采用Dini 03电子水准仪搭配铟钢条码尺进行挠度测量，测量度在±0.3mm/km以内，最小读数为：0.01mm。

3.2.3 测量程序

主梁挠度测试采用水准法，利用电子水准仪读取观测点上铟钢条码尺水平高程，通过计算加载前后高程差计算挠度。静力测试开始之前以及静力测试过程中每进行一级加载都要对挠度观测点进行观测，根据加载前后观测所得的高程差计算出加载过程中挠度差，并与理论计算值进行对比，如果出现较大的偏差或波动，应马上中止静载试验并检查试验过程，查找问题进行改正；当挠度出现明显变化时，必要时应终止加载试验。

3.3 主塔塔顶偏位观测

3.3.1 测点布置

主塔挠度测点布置桥塔顶部，并在桥塔顶部粘贴反射片以方便全站仪进行观察。

3.3.2 测量仪器

主塔挠度测试采用瑞士徕卡TS09PLUS全站仪检测。该全站仪测角精度为1″，测距精度为1+1ppm，通过多测回观测点位中误差不超过±1.5mm。

3.3.3 测量程序

由于主塔高度过高，为避免障碍物视线阻挡，可采用中间设站的三角高程测量方法。在本次测试中，通过对比加载前后，观测点塔顶与控制点的高程差计算挠度。

3.4 主缆挠度测试

3.4.1 测点布置

主缆的测点布置参考主梁挠度的测点布置，即测点布置在主梁测点所在吊索与主缆交界的索夹，并在此处粘贴反射片，主缆的测点布置示意图如图4所示。

3.4.2 测量仪器

主缆挠度的测量仪器与主塔挠度的测量仪器相同，均为瑞士徕卡TS09PLUS全站仪。

3.4.3 测量过程

主缆挠度的测量方法与主塔挠度的测量方法相同，均采用似水准法，具体步骤见主塔挠度测量步骤。

3.5 主梁应力应变测试

根据结构受力特点，确定应变测试断面塔脚、L/2、L/8、L/4、3L/8、5L/8、3L/4、7L/8，即图5所示断面1、3、5、7、9、11、13、15、17。

3.5.1 测点布置

根据主梁受力特点，测点布置选择在测试断面的四根纵梁和最靠近测试断面的横梁跨中，数码应变计的方向沿着纵梁和主梁方向粘贴，总共需要45个数码应变计。

表1 人行吊桥加载卸载顺序及试验效率

图2 主梁控制断面示意图

图3 挠度测点布置示意图

图4 主缆测点布置示意图

图5 应变测试断面测点布置示意图

3.5.2 测量仪器

主梁横断面的应变测试使用的仪器为JMZX-212型表面智能数码弦式应变计和综合测试仪。应变计需要安装在主梁应变测试点，综合测试用于度数，在进行应变测试时，弦式应变计的应变量程为±1500με，应变测量精度为2.5% F.S.（1με）。

3.5.3 测量程序

首先在规定的观测点安装应变计。应变计的安装方法有三种：焊接安装，膨胀螺栓安装，以及胶粘安装。前两种安装方法适于长期测试，最后一种安装方式适合临时监测。根据本次测试临时性的特点，安装方式选为胶粘安装。胶粘安装的安装步骤如下所述：

①基座紧固在应变计两端；

②调整调节螺母将应变值调整在1500με左右。若结构体受力变形较大，受压应将初始应变调整在2800με，受拉则调整在800με左右。

③将被测结构表面用粗纱布做打平处理（若为非钢结构应用绞磨机将表面做打平处理后进行），再用丙酮将粘结面抹干净。若采用强力胶粘剂（302丙烯酸酯胶等）粘贴时，按A、B双管1∶1的比例混合搅匀后（搅拌一分钟以上），将胶液均匀涂抹在应变计与被测结构点的粘接面，胶层不宜太厚，否则影响测试效果，然后将应变计粘贴在结构体表面，常温下指压5～15分钟（防止胶粘剂固化过程中应变计移位）后，用胶将安装基座四周抹实。

④胶完全固化3小时后，将应变计上的调节螺母完全旋松，用小铁锤轻击左右端，防止螺母虚假锁死。测量应变值应稳定，否则要重新安装。

应该注意根据结构要求选定测试点与测力方向，要求应变计与受力方向相同（与应变计轴线平行）。应变计完全稳定后（可通过观测应变值变化情况了解），根据综合测试仪说明书中，调零操作进行，使综合测试仪测量显示中“差值”为零，并记录下显示中“应变”的值，并按“保存”键保存。登记好每个测试点安装的应变计编号，并保存好记录资料。

使用应变计的测试可以了解结构体应变即变形）情况，通过结构体的弹性模量可以计算出结构体的应力。通常方式为应变计安装完成、结构体稳定后读取应变计的初值，随后当结构体被施力或其他情况影响，再读取应变计的测量值。此时差值=（测量值-初值）即为结构体的应变情况，该差值包括了所有影响结构体变形的因素。

结论

对大跨度人行悬索桥的静荷载试验充分地检测了大跨度人行悬索桥梁的结构承载能力。通过不同荷载情况下的桥梁变形和结构应力测试，进行一步检测成桥后的结构刚度和各种荷载情况下的稳定情况。通过对比检测数据，使原桥梁工程的设计和施工质量以及评价工程结构具有可靠性，测试桥梁当前工作状态，鉴定桥梁结构工程的实际承载能力，评价工程施工的总体质量，为工程运营、养护和使用提供了必要的技术资料。

由于本桥为大跨度人行悬索桥，并位于两山的山顶，没有行车的道路，荷载的运输与加载非常困难，但通过实施合理的技术与措施，顺利且圆满地完成了本桥的荷载试验，并达到了预期的结果。本检测方法具有很好的推广应用价值。

参考文献

［1］郝天之，贾艳领，蒋国富.大跨径悬索桥静载试验变形分析［J］.城市建设理论研究：电子版，2011（22）.

中图分类号：U448

文献标识码：A