单索面矮塔斜拉桥静载试验研究

摘要 为研究单索面矮塔斜拉桥的主桥在跨越446 m跨径条件下的受力情况，以实际工程项目为例，跨径组合为118 m

+210 m+118 m单索面矮塔斜拉桥，对其进行轮式轴压不低于15.2 t的静力载荷试验，分析主塔纵桥向位移、主梁的纵向位移、索力、主梁混凝土应变以及主梁挠度实际测试值与理论计算分析值之间的差异，验证所设计桥型的静力承载能力及结构的安全性。

关键词 斜拉桥;单索面;矮塔;静载试验

中图分类号 U446.1 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0096-03

引言

在我国公路水运工程建设飞速发展的前提下，大跨径公路桥梁越来越常见。随着预应力理论的发展，钢材等材料性能的逐步提升，预应力混凝土结构桥梁在我国广泛建设。预应力混凝土连续梁结构具有较好的跨越能力，常常在跨越大江大河、沟壑山谷中使用。但随着跨径的增长，大跨径结构常常存在腹板开裂、跨中下挠和非荷载裂缝增长等问题。斜拉桥是为了解决大跨径预应力混凝土连续箱梁跨中下挠的一种组合结构，相较于普通变截面连续箱梁桥，斜拉桥通过斜拉索的拉索力，具有更大的跨越能力，同时能够通过调节斜拉索的拉索力缓解上述问题。

该文以四川省某座单索面矮塔斜拉桥荷载试验项目为依托，用Midas Civil有限元分析软件建立模型，得到结构在静力荷载作用下的控制截面挠度、应力（应变）理论值等信息，并将实测值与理论值进行比对分析，从而验证桥梁结构性能是否满足设计荷载要求。

1 项目概述

桥梁主桥是118 m+210 m+118 m的单索面矮塔斜拉桥，主梁断面用单箱三室，C60混凝土，墩梁塔固結。跨中位置梁高3.4 m，支点位置梁高7.6 m，从中支点横梁起104.5 m范围内，梁高按二次抛物线变化。箱梁顶板宽是31.5 m，悬臂板长4.75 m，箱梁底板宽16.7～19.4 m，厚度按二次抛物线变化，边室斜腹板与竖直面的夹角为21°。主塔高30 m，采用实心矩形截面，布置在中央分隔带上，并与主梁固接。全桥共54根斜拉索，采用单索面，双排扇形布置于中央分隔带上。大桥的立面图如图1所示。

2 桥梁静力荷载试验

2.1 主要测试内容

（1）主梁试验控制截面应力（应变）和变形。

（2）主梁在试验荷载作用下的最大纵向和竖向位移。

（3）主塔控制截面的应变和在试验载荷作用下的最大纵向水平位移。

（4）拉索在试验荷载作用下的最大拉力及索力增量。

2.2 主要测试截面

主梁中跨跨中最大正弯矩截面（J1截面）、主跨墩顶最大负弯矩截面（J2截面）、主塔塔顶纵桥向最大水平位移与塔脚最大弯矩截面（J3截面）、主跨跨中附近拉索最大拉力增量截面（J4截面）为控制截面。

2.3 有限元分析模型

有限元分析模型的建立基于以下几点假设：

（1）斜拉索用仅受拉的桁架单元来模拟。

（2）箱梁及塔、墩等主要构件均采用梁单元模拟。

（3）主梁与拉索间用刚性连接的方式来模拟，产生协同位移。模型如图2所示。大桥主桥活载计算内力图和索力增量图如图3和图4所示。

2.4 试验效率

经计算，得到各工况的效率系数为0.87～0.95，符合《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21—01—2015）[1]中交（竣）工验收荷载试验ηq宜在0.85～1.05之间的要求，具体见表1。

2.5 测点布置

（1）应变测点：在测试截面J1～J2处布置28片电阻应变计（不含温度补偿片）。温度补偿：粘贴在与测试结构相同材质、相同测试环境条件下的非受力部位。详见图5。

（2）挠度测点：在挠度试验截面横向左右侧各布置一个测点，共布置22个测点。挠度的试验截面有左边跨的1/2截面，中间跨的1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8截面，右边跨的1/4、1/2、3/4截面，具体试验截面位置如图6所示。同时，选取右边跨大桩号侧墩顶伸缩缝截面进行主梁纵向变形观测。主塔塔顶的水平变位测点布置在右侧主塔塔顶，在塔顶大小桩号侧各布设1个测点，共计2个测点。

2.6 试验结果

（1）位移和挠度：经检测，控制截面的实测位移和挠度均小于计算值，工况1校验系数介于0.56～0.71之间，最大实测相对残余变形为11.1%;工况2校验系数介于0.61～0.72之间，最大实测相对残余变形为9.6%;工况3校验系数介于0.60～0.71之间，最大实测相对残余变形为6.3%;工况4校验系数介于0.59～0.72之间，最大实测相对残余变形为6.5%;工况5校验系数介于0.64～0.70之间，最大实测相对残余变形为7.9%;工况6校验系数介于0.62～0.72之间，最大实测相对残余变形为8.3%，满足《规范》[1]要求。

（2）应力（应变）：试验荷载作用下，各截面的实测应力值总体处于正常状态，J1截面最大正弯矩应变校验系数为0.56～0.89，应变校验系数均值为0.71，最大实测相对残余应变为10.34%;J2截面最大正弯矩校验系数为0.58～0.90，应变校验系数均值为0.73，最大实测相对残余应变为10.34%，满足《规范》[2]要求。

（3）斜拉索索力检测结果：工况7、8满载作用下，拉索最大拉索力增量分别为138 kN、126 kN，校验系数为0.69、0.67，满足《规范》[3]要求。

3 结论

通过对该单索面矮塔斜拉桥进行静载试验，得出以下结论：

（1）评价试验是否准确的前提条件：应分析现场施工工序及方法，准确模拟索与梁体之间、塔柱与梁体之间的连接方式，施加设计活载，获得较为真实的理论计算值。

（2）分析索力、应变、挠度实测值与理论值之间的差异，表明所设计桥型安全、合理。

参考文献

[1]公路桥梁荷载试验规程： JTG/T J21—01—2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.

[2]公路桥涵设计通用规范： JTG D60—2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2015.

[3]城市桥梁检测与评定技术规范： CJJ/T 233—2015[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2015.

收稿日期：2022-01-27

作者简介：付元元（1991—），女，本科，工程师，从事工程检测和咨询工作。