迎客大桥静力荷载试验研究

潘慧明，吴　晶（广州市交正交通建设工程检测有限公司，广东广州510378）



迎客大桥静力荷载试验研究

潘慧明，吴晶
（广州市交正交通建设工程检测有限公司，广东广州510378）

摘要：成桥荷载试验是检验桥梁施工质量，为交（竣）工验收提供依据的重要方法。文中对迎客大桥进行了成桥荷载试验，测得各力学性能指标，并与理论计算结果进行比较，结果表明，该桥索力均匀，结构强度和刚度均满足规范要求，可交付使用。

关键词：荷载试验，承载能力，斜拉桥

1 工程概况

本桥位于广东省河源市中心城区南部和东部紫金分区，主桥为（40.5+76.5+145）m跨独塔四索面斜拉桥，本桥采用塔梁固结体系，半幅桥宽23.75 m，半幅桥面布置为：1.25 m（拉索区）+ 3.75 m（人行道+非机动车道）+15.75 m（车行道）+ 0.5 m（防撞护栏）+1.25 m（拉索区）+1.25 m（中央分隔带）。全桥桥型布置图见图1。主梁采用分幅设置，仅在桥塔处通过主塔横梁连为一体，单幅主梁为整体式开口梁板式П型断面，主塔采用双菱形合体结构。上下塔柱全部采用钢筋混凝土空心结构。斜拉索采用四索面扇形布置，平行钢丝体系，fpk=1 770 MPa，在梁上标准索距为8 m，边跨配重段锚固间距4.5 m，在塔上的理论索距为2.0 m，1#～3#墩跨斜拉索编号为S1～S17，3#～4#墩跨斜拉索编号为S1′～S17′。主墩承台采用整体式矩形结构。桥梁按双向八车道设计，设计荷载等级为公路-Ⅰ级。

2 索力测试

本次索力测试利用附着在斜拉索上的加速度传感器拾取斜拉索在激励下的振动信号，获得拉索的自振频率，通过频率与索力之间的关系换算得到拉索的索力。在正式开展荷载试验前，对主桥右幅成桥后索力进行了测试，以3～4#墩跨索S1′～S17′索力为例，恒载索力与设计索力比较柱状图见图2。

图1　主桥立面布置（单位：cm）

图2　成桥索力S1′～S17′实测值与设计值比较

由图可以看出实测索力与设计索力相近，之所以存在微小的差别，这主要是由于实际施工过程中的张拉方法，千斤顶回油状况、现场测试过程中受外界环境因素如风，车辆荷载等作用导致拉索实测频率有偏差等多种因素影响而造成的。

3 静力特性测试

静载试验是通过测量桥梁在静力荷载作用下各主要控制截面的应力（应变）及结构变形，从而确定结构的实际工作性能与设计期望值是否相符。迎客大桥主桥的计算模型采用空间有限元程序MIDAS/Civil 2010进行，模型共234个节点、90个梁单元和68个桁架单元，其中拉索与主梁和主塔的连接采用弹性连接的刚性连接，计算模型见图3。

根据试验目的和要求，选择距4#墩33 m处主梁A-A截面和2#～3#跨主梁跨中截面C-C截面为主梁活载正弯矩控制截面，距索塔中心线5 m处主梁B-B截面为主梁活载负弯矩控制截面，距4#墩58 m处主梁E-E截面为主梁最大竖向位移控制截面，索塔塔顶H点为活载最大水平位移控制点。试验中将对以上控制截面（控制点）进行应力（应变）或位移观测，并对索塔距塔柱底1 m 处D-D截面的应力（应变）和全桥主梁挠度进行观测，测试截面位置见图4。

图3　桥梁计算模型

图4　静载测试控制截面（单位：cm）

根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（以下简称试验方法）的要求，桥梁的静力试验按荷载效率系数来确定试验的最大荷载，采用弯矩等效的原则确定试验荷载效率。试验弯矩和试验荷载效率见表1。

本次荷载试验采用24辆重约350 kN的载重汽车进行加载，加载分四级，卸载分一级，荷载位置、加载顺序见图5～图6。

表1　试验弯矩（kN·m）和试验荷载效率系数

图5　工况1车辆布置图（按图中（1）、（2）、（3）、（4）分四级加载）（单位：m）

图6　工况2车辆布置图（按图中（1）、（2）、（3）、（4）分四级加载）（单位：m）

3.1 挠度测试

本次试验挠度测点沿试验桥跨两侧布置，测点布置图见图7，同时在试验桥跨两端无外力干扰的桥面上各布置1个测量基准点。同时在主塔塔顶设置1个位移观测点H。

从图8中可见挠度的实测值均小于理论计算值，实测挠度曲线与理论挠度曲线的变化规律基本一致。从表2可以看出，满载时，各截面挠度测点校验系数为0.67～0.94，满足《试验方法》中校验系数0.7～1.05要求，表明结构整体刚度符合规范要求；相对残余系数在0.01～0.04之间，均在《试验方法》中主要测点相对残余不超过0.2的要求，表明结构处于弹性工作状态。主塔塔顶水平位移校验系数为0.94，满足《试验方法》中校验系数0.7～1.05要求，表明主塔刚度较好；相对残余系数为0.10，在《试验方法》中主要测点相对残余应变不超过0.2的要求，表明结构处于弹性工作状态。

图7　挠度测点布置图（单位：cm）

表2　各主要测点位移实测值一览表　（单位：mm）

图8　工况1及工况2满载时主梁挠度纵向分布

3.2 应变测试

在各主梁截面共布置10个应变测点，腹板位置布置6个应变测点，测点编号为Y1～Y3及Y8～Y10，底板位置布置4个应变测点，测点编号为Y4～Y7。内外侧主塔截面各布置10个共20个应变测点，受拉侧截面测点编号为Y8～Y10，使用振弦式应变传感器和DT85G数据采集系统对各截面的应力（应变）进行观测。

从表3中可以看出，满载时，各截面应变测点校验系数为0.65～0.88，满足《试验方法》中校验系数0.7～1.05要求，相对残余应变在0.00～0.03之间，均在《试验方法》中主要测点相对残余应变不超过0.2的要求，表明结构处于弹性工作状态。各截面梁底实测平均应变与弯矩关系M-ε曲线见图9～图12。

3.3 索力测试

本次试验工况1抽检右幅桥内外侧S8等8根索索力进行测试，工况2抽检右幅桥内外侧S2′等8根索索力进行测试，S8及S2′等索力变化实测值见表4。

表3　各工况各截面主要测点实测应变一览表　（单位：με）

图9　A-A截面应变M-ε曲线

图10　B-B截面应变M-ε曲线

图11　C-C截面应变M-ε曲线

图12　桥塔截面应变M-ε曲线

表4　工况1索力实测值　（单位：kN）

从表4可以看出，在工况1及工况2各级荷载的作用下，所测索力实测值均小于理论计算值，且随着荷载等级的增加而递增，各斜拉索的索力残余量较小，说明斜拉索工作性能良好，结构具有较好的弹性恢复能力。索力实测值与理论值比较图见图13。

图13　索力实测值与理论值比较

4 结语

（1）实测索力与理论成桥索力吻合良好，说明实际的成桥受力状态与设计的成桥状态良好

（2）通过对试验实测数据的分析并与理论计算值相比较，可见该桥在试验荷载作用下，各项主要力学控制指标均满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》及设计要求，实测试验曲线变化规律与理论计算基本一致，并且在试验观测断面未发现受力裂缝，表明结构的工作性能良好。

参考文献：

［1］YC4-4-1978，大跨径混凝土桥梁的试验方法［S］.1982.

［2］公路斜拉桥设计细则（JTG/T D65-01-2007）［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG/T J21-2011）［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］高怀涛，王君杰.桥梁检测和状态评估研究与运用［J］.世界地震工程，2000，16（2）：57-64.

［5］宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［6］刘旭政，王丰平，等.斜拉桥各构件校验系数的常值范围［J］.长安大学学报：2012，32（1）.

研究方向：道路桥梁工程

中图分类号：U441+.2

文献标识码：A

文章编号：1671-8496-（2016）-01-0021-06

收稿日期：2016-01-13

作者简介：潘慧明（1985-），男，工程师

Experimental Study on Yingke Bridge's Static Load

PAN Hui-ming，WU Jing
（Guangzhou Jiaozheng Traffic Construction Project Testing Co.Ltd.，Guangzhou 510378，China）

Abstract:Bridge load test is an important testing method of bridge construction quality，and provides the basis for a completed project.This paper，conducted a bridge load test of Yingke Bridge，and obtained the mechanical properties.Compared with the theoretical value，test result shows that the cable force was even，the strength and stiffness of the bridge satisfy the regulatory requirements.Thus，Yingke Bridge can be put into operation.

Key words:load test；carrying capacity；cable-stayed bridge