乌苏大桥静载试验研究

权冬波

(黑龙江省工程质量道桥检测中心有限公司，黑龙江 哈尔滨 150080)

乌苏大桥静载试验研究

权冬波

(黑龙江省工程质量道桥检测中心有限公司，黑龙江 哈尔滨 150080)

依托实际工程，乌苏大桥(主桥采用独塔单索面塔梁墩固结支撑体系混合式结合梁的结构形式)竣工荷载试验检测，通过把试验数据和理论分析相结合，来确定桥梁的实际工作状态、桥梁实际的承载能力。

静载试验；独塔斜拉桥；承载能力

1 桥梁概况及研究内容

黑龙江省抚远县乌苏大桥及其引道全长6 405 km，其中主桥长280 m，引桥长1 320 m。其中，引桥采用跨径为40 m预应力混凝土小箱梁连续梁结构，主桥采用独塔单索面塔梁墩固结支撑体系混合式结合梁的结构形式。桥梁全宽26.5 m，桥面布置采用双向共四车道。引桥共分为两幅，其中单幅桥面宽11.75 m，为单向共两车道，主桥主梁采用单箱双室截面，底板水平设置，顶板设置2%的双向横坡，腹板采用直腹板，主梁采用带大挑臂的钢箱结合桥面板的断面，钢箱宽5.0 m，挑臂长10.75 m，桥面板全宽10.75 m。斜拉索梁上锚点采用钢锚箱锚固在钢箱内。钢箱采用工厂分节段制造，现场全断面焊接的方式。除端挑臂采用钢箱形式外，其余挑臂均采用变高度工字形钢梁的形式。

本次静载试验要根据规范规定的荷载试验效率来确定加载荷载和加载工况。主要测点的选取要根据每个工况对应的不同截面的最不利位置进行布置。桥跨结构的校验系数是由不同试验工况下桥梁结构控制截面的实测挠度和应变与理论值的相比所得，由此确定桥梁的实际承载力，为相应各级管理、养护部门的工作提供可靠的信息

2 静载试验方案

(1)斜拉索编号说明

为了测量和分析比较每一根索的索力，对每一根斜拉索进行编号，编号规则如下：抚远侧为F，黑瞎子岛侧为H，下游侧为X，上游侧为S，抚远上游侧最短索为FS-1，最长索为FS-13；抚远下游侧最短索为FX-1，最长索为FX-13；黑瞎子岛上游侧最短索为HS-1，最长索为HS-13，黑瞎子岛下游侧最短索为HX-1，最长索为HX-13。

(2)主桥控制断面和测点布置

根据该桥的结构特点和受力特性，共选取7个控制断面进行静载试验。断面选择，以结构受力的不利控制断面为主，同时辅以典型常规试验截面，以达到反映结构受力的状况为原则。就该桥的概况及结构形式，初步确定典型控制断面情况见图2。

(3)静力试验加载工况

静载试验采用340 kN载重汽车加载，试验各工况下所需要加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的某工况下的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得，保证荷载试验效率在0.95到1.05之间。对主桥静载试验主要进行以下几个工况的加载，如表1所示。

表1 公路-Ⅰ级加载试验计算值及荷载效率

3 静载试验方案结果

(1)索力测试结果

通过振动传感器测量斜拉索的固有频率来间接计算斜拉索的索力。斜拉索的固有频率处在低频区域 (0.5～20 Hz)，因此选用压电式低频加速度传感器。本次索力测试采用长沙金码的索力动测仪进行索力测试。

表2 部分索力对比

注：F-表示抚远侧。

图1 抚远侧索力测试结果图

由上图可以看出：斜拉索索力实测值与设计索力值接近，并且每并排两根斜拉索索力实测值大小接近，说明乌苏大桥的斜拉索索力值偏差较小，与设计值吻合较好，表明结构整体受力平衡。

(2)各个工况作用下主桥受力状况分析

表3第二跨最大正弯矩中载S1截面测点应变数据分析

测点编号测点位置实测值(με)计算值(με)校验系数残余值(με)残余度YZ1箱梁内侧顶板(剪力滞测点)-67-870.7700%YZ9上游侧腹板距离底缘320cm-76-870.87-11%YZ11上游侧腹板距离底缘139cm1541900.8132%YZ13上游侧腹板距离底缘10cm2853450.8300%YZ14中间腹板顶缘-48-600.8000%YZ15中间腹板距离下缘165cm1201420.8511%YZ16中间腹板下缘2663450.7700%YZ26混凝土板距离悬臂端部605cm15420.7500%

图2 第二跨最大正弯矩中载S1截面测点应变理论计算值与实测值对比图

在试验荷载作用下主跨主梁最大正弯矩中载应变校验系数为0.75～0.88，在斜拉桥校验系数常见值0.72～1.00范围内，小于规范规定值1.0要求，这说明该桥上部结构强度满足设计要求；该桥在试验荷载工况下腹板测点实测应变在沿梁高方向基本呈线性分布，说明结构在工作时基本符合平截面假定；主梁残余应变均小于20%，说明结构在卸载后有良好的弹性恢复能力。因此可以得出该桥上部结构正截面抗弯拉强度可满足公路-Ⅰ级荷载使用要求。

表4 第二跨最大正弯矩中载主塔偏位数据分析

塔顶偏位数据分析：

在斜拉桥中主梁和索塔轴线的空间位置至关重要，因为它可以判别斜拉桥是否处于正常运营状态。很多因素都会引起主梁和索塔轴线位置的变化，例如温度变化、混凝土徐变等。通过对斜拉桥索塔、主梁轴线的检测，能提供判断桥梁营运质量的依据。通过对斜拉桥索塔、主梁轴线的检测，能提供判断桥梁营运质量的依据。在主跨主梁最大正弯矩偏载作用下，实测塔顶纵横桥向偏位值为2.5 cm、0 cm， 理论值为4.7 cm、0 cm，校验系数为0.53，偏位实测值均小于计算值，满足校验系数常见范围0.47～1.00。主塔整体抗弯刚度满足公路-Ⅰ级荷载使用要求。

表5 第二跨最大挠度中载挠度数据分析

图3 下游外缘挠度测点曲线图

挠度数据分析：

该桥在试验荷载作用下，各试验跨跨中截面各梁的实测挠度外均小于理论计算值，表明该桥结构刚度满足设计要求；该桥在试验荷载作用下挠度校验系数在0.81～0.95范围内，符合斜拉桥常规值0.72～1.0，表明该桥梁结构刚度良好；结构的残余变形都在20%以内，说明结构在卸载后有较好的弹性恢复能力。

表6 第二跨最大挠度中载主塔偏位数据分析

在斜拉桥中主梁和索塔轴线的空间位置至关重要，因为它可以判别斜拉桥是否处于正常运营状态。很多因素都会引起主梁和索塔轴线位置的变化，例如温度变化、混凝土徐变等。通过对斜拉桥索塔、主梁轴线的检测，能提供判断桥梁营运质量的依据。

4 结 论

通过对乌苏大桥静载试验可得到如下结论：

(1)成桥状态索力与设计索力数据进行对比分析，全桥52根斜拉索索力与设计索力吻合良好，说明结构整体受力平衡。

(2)在试验荷载作用下该桥上部结构刚度满足公路-Ⅰ级荷载使用要求。箱梁上、下缘及腹板应变实测结果与理论计算值吻合良好，该桥扭转剪应力满足设计要求。各实测应变数据变化和理论计算分布相一致，结构整体工作性能较好；主塔整体抗弯刚度和上部结构正截面抗弯强度可满足公路-Ⅰ级荷载使用要求。实测扭转角度小于理论扭转角度，卸载后恢复良好。在各工况试验荷载作用下，实测索力变化线形与理论变化较为一致，表明该桥索力分布较为均匀。

结合试验数据，综合分析评定乌苏大桥承载能力可满足公路-Ⅰ级荷载使用要求，可以正常投入使用。

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[2] 曾特新.大跨径斜拉桥荷载试验及静动力分析[J].湖南交通科技，2005，(3).

[3] 宋敬杰.斜拉桥检测中的静载试验研究[J].交通世界(运输.车辆)，2013，(1).

U442

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1008-3383(2017)08-0169-03

2016-11-12

权冬波(1986-)，男，工程师，主要从事桥梁检测工作。