陈亚非
（贵州联建土木工程质量检测监控中心有限公司，贵州，贵阳，550001）
【摘 要】本文主要结合工程实例对市政大跨径系杆拱桥检测技术进行论述，并根据笔者多年来的工作经验和相关知识提出相关建议，希望能给予相关专业读者借鉴。
【关键词】市政桥梁；吊杆检测；检测方法；检测结论；建议
1 工作范围及内容
1.1 工程概况
拟检某大桥属于Ⅰ类养护的城市桥梁。该桥由东向西的孔跨布置为：16m+3×50m+ 3×16m+52m（路基）+2×16m+130m+4×50m，总长度为685.5m，其中桥梁长度为633.5m。桥梁上部结构为主孔为净跨130m中承式钢筋混凝土拱桥，引孔分别为7孔净跨50m上承式钢筋混凝土肋拱桥及6孔标准跨径为16m钢筋混凝土空心板桥。
该桥主桥为130m跨中承式拱，拱肋线型为等截面悬链线，净矢高f0=32.5m，f0/L0=1/4，拱轴系数m=1.756。拱肋在固端横梁以上为工字型截面，在固端横梁以下为了与拱上立柱竖向主筋连接，采用内侧加宽截面。横梁、固端横梁及拱上立柱盖梁均为预应力混凝土构件，预应力采用精轧螺纹钢筋体系，纵梁单幅共三排，桥面板采用整体式钢筋混凝土空心板及装配式钢筋混凝土空心板。纵梁与横梁为固结，在固端横梁处设牛腿简支纵梁。
某大桥主要技术指标如下：
设计荷载:汽车—超20级、挂车—120，人群3.5kN/m2
桥型结构:主桥为L0=130m钢筋砼中承式拱（矢跨比1/4）
引桥为:L0=50m钢筋砼上承式肋拱（矢跨比1/5）和L=16m钢筋砼简支空心板
桥梁净空:主桥为净12.0m+3.0m（人行道）+2×0.4m（防撞栏杆）+2×1.6m（绿化带），全宽19.65m（半幅），全幅总宽度为48.3m（含中央带净宽9.0m），引桥为净12.0m＋3.0（人行道）+0.4m（防撞栏杆），全宽15.90m（半幅），全幅总宽度为44.0m（含中央绿化带12.2m）
图1 某大桥主桥外貌
1.2 吊杆情况简述
该大桥主桥采用的吊杆为“柳州建筑机械总厂”生产的冷铸锚式吊杆，其中端部短吊杆（编号为01~03及15~17的）采用OVMLZM-LG7-127吊杆，其余吊杆（编号为04~14）采用OVMLZM-LG7-109吊杆。其主要技术性能要求如下：
（1）钢丝标准强度为1670MPa，单根OVMLZM-LG7-127吊杆破断拉力为8162kN，单根OVMLZM-LG7-109吊杆破断拉力为7005kN；
（2）索体为加双层PE热挤保护套的半平行钢丝索，双层PE之间用高强聚酯带隔离，每根钢丝均用建筑油脂涂刷。
（3）吊杆下端设拉杆，拉杆与索体用连接筒连接，使下锚头位于横梁顶之上，便于吊杆的检修及换索，拉杆材料选用特种钢40CrNiMoA制作，以增强其抗疲劳性能；
（4）端部短吊杆上、下端设球铰，其余吊杆下端设球铰，上端不设球铰。
因该桥吊杆为复合形式，外层为金属外壳（可移动），钢索和金属外壳之间有一层PE塑料包钢绞线。为了诱发钢索的低频振动，将金属外壳抬高，直接对包有PE塑料外壳的索体激振。由于金属外壳未与索体接触，其振动基本可以忽略。在索体上附着的PE塑料，由于其密度小，与索体的振动相差较大，因此可以忽略。
1.3 检测目的
通过吊杆索力测试（空载和设计活载作用下），可直接得到拉索的荷载响应情况和索力变化曲线，是分析吊杆乃至大桥是否处于正常运营状态的一个直接依据。检测吊杆的索力对于及时反映它们的工作状态极为重要，应力松弛、主梁混凝土的收缩徐变、拱肋变形、气候变化、荷载等许多因素，都会对整个桥梁结构产生影响，这些因素会在一定程度上反应到索力的变化上，因此对吊杆索力进行检测，可以为桥梁结构的分析评估提供重要依据，对于及时采取经济有效的应对措施，科学有效的进行桥梁养护具有重要的意义，是桥梁健康安全监测的重要内容。
1.4 检测内容
对该大桥左右幅桥梁奇数号吊杆进行空载和最大设计活载作用下的索力检测。
检测吊杆数量：某大桥单幅单侧共17根吊杆，全桥共计68根吊杆。本次拟对单幅单侧奇数号吊杆进行检测，全桥共抽检36根。某大桥吊杆索力测试布置如图2所示（仅示出单幅单侧测试吊杆）。
图2 吊杆索力测试布置图
某大桥吊杆编号根据路线前进方向（即阳关方向至八匹马方向）依次编号为01、02......17。“YY”表示阳关至八匹马方向的右幅右侧；“YZ”表示阳关至八匹马方向的右幅左侧；“ZY”表示阳关至八匹马方向的左幅右侧；“ZZ”表示阳关至八匹马方向的左幅左侧。例：YY-01，表示右幅右侧第1根吊杆。
某大桥检测吊杆编号及相应检测内容如表1所示。
表1 某大桥检测吊杆编号及检测内容
1.5 检测方法及原理
检测技术选择：预应力及张力综合检测技术体系。
检测设备选择：预应力锚索（杆）张力检测仪（SBA-PTT，B型）。
对于空悬和张紧的锚索、拉杆/吊杆(其垂度影响忽略不计时)，其横向振动可以用轴力作用下两端固结粱的振动模型来模拟。
锚索的张力（单位为N）与其第阶横向自振频率的关系可以表示如下：
其中：L——锚索自由部分的长度（计算长度，略短于实际长度，单位：m）；
——锚索的线密度，即单位长度的质量（kg/m）；
EI——锚索的抗弯刚度（N?m2），E为弹性模量，锚索可取200GPa；I为截面惯性矩。
当抗弯刚度较小（如锚索）且其长度较长时，公式中第2项趋近于0，其可退化为弦振动理论。
2 检测依据
（1）《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ 77-98）；
（2）《城市桥梁设计规范》（CJJ 11- 2011）；
（3）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；
（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；
（5）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（YC4-4/1982）；
（6）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）；
（7）由委托单位提供的某大桥桥梁检测委托书及合同书；
（8）由委托单位提供的某大桥设计施工图、竣工图及该桥历次定期检测报告；
（9）其他现行的国家有关规范、规程及标准。
3 主要检测仪器及设备
本次投入该项目的主要试验仪器和设备如下：
预应力锚索（杆）张力检测仪、钢卷尺、发电机、照相机、对讲机、笔记本电脑、桥梁检测车、加载车、公务车等。
4 检测方案
4.1 计算模型
某大桥主桥为130m跨中承式拱，拱肋线型为等截面悬链线，净矢高f0=32.5m，f0/L0=1/4，拱轴系数m=1.756,本次计算采用结构分析软件对该桥试验桥跨进行结构分析。
4.2 试验原则
（1）静力试验荷载可按控制内力、应力或变位等效原则确定，静力荷载试验效率宜介于0.95～1.05之间。
（2）为了获取结构试验荷载与变位的相关数据，以及防止结构意外损伤，试验加载采用分级加载的方式，共分3级（拱脚截面分4级）加载，1次性卸载。每次加载或卸载要求在前一荷载阶段内结构变位相对稳定后，才能进入下一个荷载阶段。一般是选定一个敏感的测点在加载后进行观测，达到稳定后方可进入下一级加载。
（3）卸载过程中，禁止多辆加载车同时启动。
4.3 试验加载方案
（1）加载车参数
试验加载采用整车重约36t、后轴重约28t的加载车，根据控制截面的内力影响线，用加载车布载，使控制截面的弯矩与设计弯矩之比达到试验荷载效率的要求。
（2）试验荷载效率及加载方式
根据计算结果，分别对某大桥左右幅桥梁进行荷载试验，每幅桥梁根据跨中截面、L/4截面及拱脚截面内力状况共分为三种工况进行静载试验，工况一（跨中截面）、工况二（L/4截面）分为三级荷载进行加载，每级纵桥向布置2辆加载车，后轴间距为10m，工况三（拱脚截面）分为四级荷载进行加载，每级横桥向布置2梁加载车。静力荷载试验效率如表2所示。
表2 静力荷载试验效率
4.4 试验加载安全监测
试验加载安全监测是为了防止试验荷载对桥梁造成损伤，发生下列情况应中途终止加载：
（1）控制测点应变值已达到或超过理论计算的控制应变值时；
（2）控制测点变位（或挠度）超过规范允许值时；
（3）由于加载，使结构裂缝的长度，缝宽急剧增加，新裂缝大量出现，缝宽超过允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时。
4.5 试验加载程序控制
本桥试验加载基本程序如下：
（1）在进行正式加载试验前，用2辆试验加载车对试验桥跨测试位置进行预加载，并持续一定的时间，以消除结构可能残留的间隙，降低测试误差。
（2）将预加荷载卸至零，一段时间后再进行正式加载；正式加载时按照计算的轮位逐级加载；在卸载完成且结构完全稳定后才能进行下一工况的加载。
5 检测结果
根据试验方案拟定工况进行加载，并测出空载及各工况满载作用下的索力值。为了更清楚地了解吊杆索力加载前后的变化，对加载前后的数据进行对比分析如下：
表3 某大桥吊杆索力分析表
通过对某大桥进行空载及满载工况吊杆索力检测，并进行对比分析，绘制索力曲线，可见所检吊杆在活载作用下索力变化不均匀，满载工况下短吊杆最大索力值为3232.5kN，达到吊杆设计拉断力值（8162kN）的39.6%，中间吊杆最大索力值为2749.3kN，达到吊杆设计拉断力值（7005kN）的39.2%。
6 检测结论
综上所述，所检吊杆在活载作用下索力变化不均匀，满载工况下短吊杆最大索力值为3232.5kN，达到吊杆设计拉断力值（8162kN）的39.6%，中间吊杆最大索力值为2749.3kN，达到吊杆设计拉断力值（7005kN）的39.2%，在桥梁运营过程中较大的交通流量及超载车辆对吊杆抗疲劳性能具有较大的影响。
7 建议
（1）该桥建成至今已逾十年，左幅、右幅桥梁吊杆在活载作用下索力变化不均匀，且试验活载采用的是设计活载（汽-超20级），对桥梁实际运营过程中的超载情况无法估计，加之该桥位于主干道上，交通量较大，造成吊杆疲劳。另外，拱桥端部的吊杆长度较短，其相对刚度大，适应结构变形的能力较差，在国内外中承式吊杆拱桥出现的局部垮塌事故中，也凸显在端部短吊杆的破坏。因此，建议对该桥端部短吊杆（编号01~03及15~17吊杆）进行更换，以保证桥梁结构安全。
（2）建议在桥梁运营过程中有关管理部门严格按照《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99-2003）的要求，加强对桥梁的养护管理和定期观测检查。
论文作者:陈亚非
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年8月供稿
论文发表时间:2015/12/7
标签：吊杆论文; 加载论文; 荷载论文; 桥梁论文; 大桥论文; 截面论文; 工况论文; 《工程建设标准化》2015年8月供稿论文;