山区大跨斜拉桥荷载试验研究

山区大跨斜拉桥荷载试验研究

庞武

身份证号码： 45092319901022****

摘要：对于大跨度且跨山的斜拉桥，主梁施工通常采取悬拼方式。而较常见的双塔斜拉桥在主跨梁体悬拼完毕后，需要进行梁体合龙，使得全桥连成一体，完成受力体系转换，随后施工二期桥面附属设施，达到设计目标成桥状态。斜拉桥合龙施工工序复杂、技术难度大，计算、监测工作量大。

关键词：山区；大跨斜拉桥；荷载试验

引言

斜拉桥是一种用拉索把梁连接到桥塔上的桥梁，由主要承受压力的桥塔、弯矩的梁体以及受拉的拉索构成的一种结构体系。斜拉桥依靠其跨越能力强大，设计造型多样等优点广泛用于桥梁建设中。

1现代斜拉桥概述

桥梁业界一般认为，第一座现代化斜拉桥是德国工程师于1955年建造的Stromsund桥，该桥主跨183m，斜拉索采用稀索体系，主梁则采用钢结构进行建造。此后，随着材料技术、工业技术及计算机技术的快速发展，斜拉桥结构理论及施工技术得到迅猛发展，工程师们在这短短的几十年间建造了许多就是瞩目的超大跨斜拉桥。如日本的多多罗大桥，主跨长890m，主塔采用宝瓶型结构，斜拉索采用密索体系，主梁采用组合梁结构，即边跨采用预应力混凝土结构，中跨采用钢析梁结构，此种结构形式即减轻了中跨主梁自重，还降低了用料成本。该桥建成是还获得了“20世纪最长斜拉桥”称号。此夕卜目前已建成的世界最大跨斜拉桥，位于俄罗斯符拉迪沃斯托克市，该桥主跨达1104m，主塔高度达320.9m，主梁为抗扭刚度较大的正交异性钢箱梁结构，全桥耗资11亿美元。而我国目前在建的常泰长江大桥主跨达1176m，与俄罗斯岛大桥相比，该桥结构更为复杂，该桥集合了高速公路、普通公路及城际铁路于一体的“超级斜拉桥”，该桥预计2025年竣工，届时我国将重夺世界最大跨斜拉桥称号。

2工程概况

某市高速公路大桥上部结构为(150+328+150)m预应力混凝土斜拉桥，主梁采用II型结构，设计荷载为公路一I级，桥梁宽度为24.1m。

3结构稳定性影响因素

3.1结构参数的影响

在对斜拉桥进行设计计算时，通过研究结构参数对稳定性的影响，可以对斜拉桥进行设计优化，从而对斜拉桥结构合理尺寸的拟定具有十分重要的意义。

3.2施工因素的影响

桥梁施工过程中不可避免会产生误差，例如混凝土配合比、振捣工艺以及构件的施工误差，这些都会影响到结构的强度，使得与设计值之间存在偏差，进而对结构的稳定产生影响。

3.3混凝土收缩、徐变的影响

混凝土在受到外界环境以及自身建筑材料等多种因素的相互作用影响下会逐渐产生一定的收缩徐变。斜拉桥混凝土的收缩徐变，是指混凝土在凝结初期或者硬化过程中体积逐渐的缩小;徐变指的主要是混凝土构件在外部荷载的作用下，发生瞬时的变形，然后随着混凝土时间的延长或者推移变形缓慢的增加或者是减小。桥梁结构在混凝土收缩徐变的作用下会产生一定的位移，且考虑到斜拉桥的超静定体系，结构的受力情况也会随之改变，从而影响结构的稳定性能。

3.4风荷载的影响

斜拉桥一般在江河海峡等跨度较大的地方修建，这些地方风荷载普遍较大，而桥梁在风荷载的作用下很容易产生变形和振动，从而影响桥梁结构的稳定性。

3.5温度效应的影响

研究表明混凝土导热系数小，当外界环境温度变化的时候，混凝土结构内部温度将会变化比较慢，出现温度变化滞后的现象。温度变化的滞后将会导致混凝土结构内部得到或者扩散的热量存在较大的差异，正因为这些温度的差异，混凝土会在温度荷载的作用下产生变形及结构次内力，这些变形及次内力的存在将会影响结构的稳定性。

4山区大跨斜拉桥荷载试验

静载试验主要测试北盘江特大桥各控制截面最大正弯矩、塔顶最大偏位、0#索最大索力、塔底最大弯矩等在相应控制荷载作用下的数值。主要测试内容:1)最不利截面的应变测试;2)最不利截面的挠度测试;3)斜拉索索力增量测试;4)对应工况塔顶偏位。

4.1测点布置

4.1.1变形测点

斜拉桥的变形观测是静载试验的最主要观测项目之一。为充分反映桥梁结构的静载试验几何变形量，布置测点如图1所示。

图1结构测点

4.1.2应变测点

斜拉桥的应变测试结果反映了桥梁在荷载作用下发生的内力或应力变化大小。斜拉桥共设置6个应变测试断面J1~J6。

4.2静载试验结果与分析

4.2.1挠度

在荷载作用下，挠度测试可以反映出结构真实的受力情况，在各工况作用下，结构的关键断面挠度校验系数为0.74一0.94，说明该桥的结构刚度满足公路一I级设计荷载标准。

4.2.2应变

在各工况作用下，桥梁的关键断面应变校验系数为0.82~0.98。表明该桥刚度大于理论计算刚度。

4.2.3索力增量

在荷载作用下，索力增量校验系数为0.49~0.99满足规范中小于1的要求。

4.2.4塔顶偏位

在各工况作用下，塔顶偏位校验系数为0.34~0.99,满足规范中小于1的要求。

5动载试验

5.1自振特性测试

通过MIDAS软件，对该桥进行特征值分析计算，得出该桥第一阶竖弯固有频率(fdi)为0.250Hz。根据动载测试的时域及频域分析，可得到该桥竖向基频的试验实测值(fmi)为0.290Hz。根据规范规定，自振频率的评定标度为1。

5.2动载试验及分析

动载试验测试内容为无障碍行车试验和刹车试验。斜拉桥大部分无障碍行车试验的动态应变增量系数小于计算得出的规范允许值(0.050);部分无障碍行车试验的动态应变增量系数超过0.050，大部分刹车试验的动态应变增量系数超过0.050(最高为0.080)，表明斜拉桥冲击系数较大，应加强在通车运营期间桥面养护管理，防止在桥面出现坑槽、孔洞等病害。

5.3结论

(1)静载试验中，通过对比实测值和计算值，得到各主要控制挠度测点、应变测点、索力增量测点、塔顶偏位测点的校验系数。结果表明:满载时各工况下各主要控制测点的校验系数均满足规范中小于I的要求，表明该桥结构刚度、承载能力均满足公路一I级设计荷载标准要求。

(2)动载试验中，斜拉桥无障碍行车试验的大部分动态应变增量系数小于规范允许值(0.050);无障碍行车试验的部分动态应变增量系数超过0.050，刹车试验的大部分动态应变增量系数超过0.050(最高为0.080)，表明斜拉桥冲击系数较大，应加强在通车运营期间桥面养护管理，防止在桥面出现坑槽、孔洞等病害。

结语

通过研究现有斜拉桥发展现状，总结得出斜拉桥正往超大跨度方向迈进，而主梁轴向抗压能力及斜拉索极限承载力成为限制斜拉桥往更大跨度发展的瓶颈。提出改变斜拉桥主梁主塔根部主梁结构形式及研制更高承载力的斜拉索的形式来提高斜拉桥极限跨径。

参考文献

[1]储彤.某大跨度斜拉桥风场与斜拉索涡激振动现场监测研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[2]多多罗大桥[J].走向世界，2010(32):20.

[3]陈明生.大跨度斜拉桥几何非线性变形和受力状态的影响[J].中国公路，2018(12):102-103.

[4]曾特新，大跨径斜拉桥荷载试验及静动力分析田.湖南交通科技，2005(31):95-97.

[5]下幼亮，李爱群，韩晓林.润扬大桥斜拉桥结构安全评估的有限元建模与修正田.东南大学学报(自然科学版)，2006(1):92-96

[6]刘金平.独塔混合梁斜拉桥承载力的检测与评定田.世界桥梁.2011(4):28-31.

[7]李森，石雪飞，苏祥亚，等.大跨度独塔斜拉桥荷载试验与结构性能分析[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2012,25(4):34-38.