独塔单索面预应力混凝土斜拉桥静荷载试验

摘  要：本文以独塔单索面预应力混凝土斜拉桥静荷载试验结果为依据，通过对静荷载试验工况下控制截面的斜拉索索力增量、主塔塔顶偏位、主梁挠度和截面应力等重要测试数据的分析，并结合理论计算结果来研究不同荷载试验工况下斜拉桥的索力变化规律、强度和刚度等特性。
关键词：独塔单索面斜拉桥  索力  静荷载试验。
    一、概述
    试验的主桥结构形式采用独塔单索面预应力混凝土斜拉桥，采用塔、梁、墩固结体系，跨径组成为76m+76m，总长152m。主梁为单箱五室斜腹板截面预应力混凝土结构，梁高2.5m，横隔板间距6m。主塔为独柱式钢与混凝土组合结构，外轮廓采用椭圆形截面，塔高51.6 m。斜拉索采用直径7mm的平行钢丝束斜拉索，全桥共36根，钢丝标准强度1860MPa。主墩采用花瓶式实体墩，其余桥墩均采用矩形截面实体墩。桥台采用桩接盖梁轻型桥台，基础均采用钻孔灌注桩基础。
    北侧主桥桥面宽35.0m，南侧主桥桥面宽26.50m，双向4车道，北侧桥面布置如下：0.25(栏杆)+4.0m(人、非混行道)+0.5m(防撞栏杆)+11.0m(机动车道)+3.50m(索区及绿化带)+11.0m(机动车道)+0.5m(防撞栏杆)+4.0m(人、非混行道)+0.25(栏杆)＝35.0m。南侧主桥桥面无人行道。设计荷载：城市A级；人群荷载：4.0kN/m2；
    在该桥通车前进行了荷载试验，以检验施工质量，确定工程的可靠性，并为竣工验收提供技术依据和验证桥跨结构设计的合理性。
    二、静荷载试验主要内容及方法
    2.1 控制截面
    试验加载方式的确定主要根据设计荷载在主梁上产生的最不利弯矩效应值计算而得[1][2]。根据该斜拉桥的受力分析结果，选取的关键控制截面如下：
    ①A截面（北边跨跨中）－车辆和人群荷载作用下最大正弯矩截面（北侧距离主塔中心线48m）；
    ②B截面（南边跨跨中）－车辆荷载作用下最大正弯矩截面（南侧距离主塔中心线48m）；
    ③C截面（主塔边）－车辆和人群荷载作用下桥墩最大负弯矩截面（北侧距主塔中心线4.65m）。
    2.2 加载方案
    静荷载试验按照动态规划法进行加载[3]，根据桥梁的静力试验活载内力与设计活载内力之比不小于0.85且不大于1.05的原则确定。经计算确定试验最大需用30t载重车14辆（轴重：60kN＋120kN＋120kN），试验工况和具体内容如下：
    工况1：北跨中最大正弯矩（中载），试验加载效率为0.89，试验加载车10辆；
    工况2：北跨中最大正弯矩（偏载），试验加载效率为0.93，试验加载车12辆；
    工况3：主塔附近截面最大负弯矩（中载），试验加载效率为0.86，试验加载车12辆；
    工况4：主塔附近截面最大负弯矩（偏载）试验加载效率为0.89，试验加载车14辆；
    工况5：南跨中最大正弯矩（中载），试验加载效率为1.0，试验加载车8辆；
    工况6：南跨中最大正弯矩（偏载），试验加载效率为1.0，试验加载车8辆。
    2.3 测试方法及测点布置
    静力荷载工况下，主要测试主梁应力、挠度（或沉降）、斜拉索索力及增量和主塔偏位。沉降和应变均采用RS-QL06E桥梁及结构检测系统进行测试，挠度测量精度0.001mm，应变测量精度1με。主塔偏位测量采用全站仪施测三维坐标的方法进行测量。
    在塔顶端布设一个监测点用于主塔偏位测量。由于现场工作条件的限制，索力测试选取S2（西）、S2（西）、S6（东）、S6（东）共4根拉索进行成桥后的索力增量测试。
    挠度（或沉降）测点沿斜拉桥的拉索两侧，分别在桥面两侧处布置，每个侧边设置9个测点，从南到北西测线编号依次为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9，东测线编号依次为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，主桥两侧共计18个挠度测点。
    应力测点在主梁A-A、B-B截面底板下各安装6个应变传感器，进行最大拉应变测试；在主塔墩顶附近C-C的底板下安装6个应变传感器，进行压应变测试，测试成果按E=3.55×1010N/m2换算为相应应力值。
    2.4 试验数据和分析
    （1）索力测试成果和分析
    选定的测点在各工况下的实测索力增量结果见图3。由图可见，在试验工况2、3下S2索的索力变化最大，S2变化次之，靠近主塔的短索受力变化显著，受试验荷载影响最大；而长索在试验荷载时变化较小。沿顺桥向对称的S2、S2和S6、S6索在试验荷载作用下，非荷载作用跨的索力增量不为零，但变化较荷载作用跨小，即两侧索的索力变化不相等。
    根据成桥后恒载作用下张拉索力结果，得出荷载试验时以上4根索的最大索力，结果见表1和图4，可见，测试索静载时的最大索力均在3000 kN以下，长索S6、S6主要以恒载索力为主总的索力最大，而在试验荷载作用下变化显著的S2、S2的索力相对较小在0.4（抗拉极限索力）以下，受疲劳应力影响较小。