人行悬索桥验收性荷载试验

司 瑞 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

随着我国经济的快速发展，现有公路上的交通量日益增长，各种桥梁的建设也日渐增加，而因造价、工期、施工难度等各种因素的影响，施工质量成为工程建设的焦点。验收性静载试验成为检测设计是否安全、施工质量是否满足规范及设计要求的重要手段，在此，本文以泾县大唐陈村水力发电厂尾水吊桥为例，对人行悬索桥静载试验的步骤及操作技术作出分析。

1 工程概况

泾县大唐陈村水力发电厂尾水吊桥主桥采用双塔单跨柔性悬索桥形式，跨径布置为11.5m（部分桥台）+160m（净跨）+11.5m（部分桥台），桥面净宽1.8m。主索在成桥状态下的中跨垂跨比为1:23.53，主索中距2.3m，中跨设置吊杆，边吊杆距桥塔中心线为5.0m，其余吊杆水平间距为2.5m。设计荷载：人群荷载1.0kN/㎡，基本风压0.4kN/㎡，基本雪压0.5kN/㎡。地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.05g。该悬索桥每根主索采用钢纤维芯（GB8918-2006)6×37s+IWR的 B级镀锌钢丝绳（Φ64mm，1960 级 ），吊杆采用Φ20/30mm的组合吊杆，材质为HPB300钢筋，全桥共设61对吊杆。桥面系横梁采用I20a，桥面索采用钢纤维芯(GB8918-2006)6×37s+IWR的B级镀锌钢丝绳（Φ22mm，1960级），横向间距0.4m，桥面板为60mm厚樟子松防腐木板。抗风索采用钢纤维芯(GB8918-2006)6×37s+IWR的B级镀锌钢丝绳（Φ22mm，1960级），抗风拉索采用钢纤维芯（GB8918-2006)6×37s+IWR的 B级镀锌钢丝绳（Φ12mm，1960级）。桥塔采用钢筋混凝土结构，基础采用双排群桩基础。桥台台身、桩基础采用C30混凝土，垫层采用C15混凝土。

2 试验检测内容

①主索在试验荷载下的索力增量：索力是评价该柔性结构安全性和承载能力的一个重要指标，现场在两边跨索股安装无线索力计，配自动采集系统、笔记本电脑进行数据采集分析；②桥跨控制载面在试验荷载下的挠度及索塔塔顶纵桥向水平位移：变位是衡量桥梁结构实际刚度的一个重要指标，现场采用全站仪进行测量；③索塔裂缝观测：试验加载前，对索塔是否出现裂缝进行详细的调查，若出现则在试验过程中利用裂缝测宽仪等设备监测既有裂缝的变化情况，同时观察是否有新的裂缝产生，并在试验后进一步确认裂缝长度、深度和数量的发展情况。

3 加载实施方案

3.1 确定加载控制截面

利用Midas/civil 2019建立全桥有限元模型进行分析计算，得到该桥在人群荷载作用下负向挠度包络图如图1。

相应的控制截面位置描述及控制效应内容见表1和图2。

图2 加载控制截面位置

3.2 加载工况设置及试验效率

图1 桥跨结构在人群荷载作用下的挠度包络图

加载控制截面位置及控制效应 表1

与加载控制效应相对应，该桥设置1个加载工况，加载重物按等效均布布载，该工况下所需测试的截面和内容如表2和图3所示。

图3 静载试验测试截面布置示意图

采用有限元模型绘出该加载控制截面的挠度影响线图，然后根据影响线图确定试验时等效均布荷载的位置和大小，为了保证试验的有效性，应使该试验加载工况的静载试验效率η满足规范要求。该加载工况的试验效率如下表3所示。

该工况静载试验效率η在规范允许的取值范围内。

3.3 加载重物设置

结合计算以及考虑现场的加载设备，本次静载试验加载重物采用沙袋充当，采用均布布载。加载沙袋的具体参数见表4。

静载试验前，对所需沙袋准确装载称重，每袋重量应均匀，误差不得超过5%。加载前以及加载过程中随机对沙袋重量进行抽检，抽检结果基本满足试验要求。

加载工况设置详表 表2

试验效率 表3

加载沙袋参数 表4

根据控制截面的位移影响线，试验等效均布荷载纵桥向布置情况如图4所示，横桥向采用对称均匀布置。

图4 试验等效均布荷载布置示意图（单位：cm）

3.4 测点布置

3.4.1 索力测点

该桥静载试验索力测试截面为两边跨4根主索的跨中截面，采用无线遥测振动（索力）测试分析系统进行测试，主要测试边跨主索在试验荷载作用下的索力增量和受力性能。

3.4.2 挠度测点

该桥静载试验挠度测试截面为L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8 八等分截面，通过全站仪对设置在桥面钢横梁的反光片测点进行观测，以掌握桥跨测试截面的变位规律和受力性能。

3.4.3 塔顶纵桥向水平位移测点

通过全站仪采用无棱镜模式对两侧塔顶中心线位置进行观测，以掌握其纵桥向水平变位情况。

4 试验结果分析

4.1 索力增量测试结果

本次静载试验分4级加载，结合计算分析各级加载所产生的索力增量较小，为提高测试精度，此次只对2级、4级加载后的索力增量进行测试，具体实测结果及对比分析如表5。

通过上述数据分析可知，在加载工况作用下，该桥边跨各索段索力校验系数在0.56～0.72之间，均在规范规定的范围内（≤1），表明该桥跨结构主索整体强度能够满足设计人群荷载的运营要求。实测索力校验系数较规范给出的常值范围偏小，主要是由于该桥桥面采用索结构作为传力体系，进而提高了桥跨结构的强度储备。

边跨各索段索力增量实测与理论对比分析结果 表5

塔顶纵桥向水平位移实测与理论对比分析结果（单位：mm） 表6

桥跨八等分截面挠度实测与理论对比分析结果（单位：cm） 表7

4.2 塔顶纵桥向水平位移测试结果

现场通过全站仪对各级荷载作用下两侧塔顶纵桥向水平位移进行测试，具体实测结果及对比分析如表6。

通过上述数据分析可知，在加载工况作用下，该桥两侧塔顶纵桥向水平位移校验系数分别为0.73、0.74，均在规范规定的范围内（≤1），表明该桥跨结构索塔整体刚度能够满足设计人群荷载的运营要求。

4.3 挠度测试结果

现场通过全站仪对各级荷载作用下桥跨八等分截面的挠度进行测试，具体实测结果及对比分析如表7。

在各级荷载作用下，对称截面的实测挠度数据较为吻合，但各截面实测变位规律与计算结果有一定偏差；各测试截面挠度校验系数在1.22～2.49之间，均超过了规范规定的范围（≤1），表明该桥跨结构竖向刚度不满足设计人群荷载的运营要求。

4.4 其他观测结果

试验加载前未发现各构件有明显的裂缝，试验加载过程中未观测到新的裂缝产生；同时也未发生其它结构损坏，影响桥梁结构安全和正常使用。

5 检测结果分析

①加载过程中发现实测挠度超过计算值且变位规律与计算结果有一定偏差后立即暂停加载并查找原因：结合前期检测结果及加载过程中索塔变形、索力增量分析得出该情况与端部较多吊杆松动有关。

②实测索力校验系数较规范给出的常值范围偏小，主要是由于该桥桥面采用了索结构作为传力体系，进而提高了桥跨结构的强度储备。

③吊杆安装质量偏差、抗风索松弛均对桥跨结构的整体刚度有一定影响。