第五节 悬吊结构试验检测

第五节悬吊结构试验检测
悬吊结构桥梁主要包括斜拉桥和悬索桥（吊桥），这两种桥型近十年来在我国发展很快，其检测体系有待于完善。

斜拉桥和悬索桥均为高次超静定结构，施工过程存在多次体系转换。

而这两种桥型跨径一般较大，结构受力变形非线性关系显著，影响结构受力变形的因素复杂，要保证桥梁的几何线型和内部受力达到设计要求的合理状态，其质量检验和施工中的监控检测十分重要。

一、斜拉桥施工控制与测试
斜拉桥型式、构造、施工方法多变。

对特定的斜拉桥、其施工方法选定以后，应对各施工阶段的内力、变形和几何位置进行理论分析，并根据施工各阶段的实测值对下一阶段内力变形的预测值进行调整，从而实现斜拉桥的施工控制。

1．结构分析
（1）结构分析时要选用合理的计算图式，考虑施工过程中结构的逐步形成和体系转换、临时支承的设置和卸除，以及结构各部分的强度增长，合理估计主梁架设过程中各阶段的施工荷载。

对于直桥施工控制计算采用平面分析即可，对位于平曲线上的斜拉桥施工控制计算必须进行空间结构分析。

（2）结构分析计人非线性影响。

斜拉桥施工张拉中主梁挠度大，张拉初期索的垂度较大，必须计人几何非线性影响。

结构分析要计人混凝土收缩徐变对结构变形和内力的影响，考虑温度对变形和内力的影响，还应考虑风荷载等偶然因素对结构内力的不利影响分析控制。

（3）由于斜拉桥施工过程中受力变形的影响因素（收缩、徐变、温度）混凝土，变化的复杂性、随机性和不可逆性，使得精确地计算斜拉桥施工过程变形十分困难，所以工程界提出了不同的算法模拟斜拉桥施工中的行为，如倒拆法、正算法。

刚性支承连续梁法、零弯矩悬拼法等。

2．施工控制的原则与方法
一般斜拉桥施工时，主梁架设阶段确保主梁的线型顺直正确是第一位的，即以标高控制为主。

二期恒载施工时为保证结构的整体受力变形处于理想状态，拉索张拉时以索力控制为主。

“标高控制为主”或以“索力控制为主”是相对的，应结合主梁刚度大小、施工方法等制定控制策略。

对斜拉桥施工仅按理论分析值进行控制往往达不到预期的效果，理论计算值与实测值总是存在一定的偏差，并且这种偏差具有积累性，必须予以控制和调整。

工程界已确定出了不同的控制方法，包括一次张拉法、卡尔曼滤波法、多次张拉法等。

3．施工测试
施工测试是施工控制的主要组成部分，是控制调整的主要依据。

施工测试的主要内容有：（1）结构的几何位置和变形。

主要观测主梁轴线和索塔顶端位置，主梁挠度和塔顶水平位移，测试设备为：精密水准仪、经纬仪、测距仪等。

（2）应力测试。

主要测试斜拉索索力、支座反力和主梁、塔的应力在施工中的变化。

主梁和索塔中的应力可以预埋钢弦式应变计测试。

索力测试将在下面介绍。

（3）温度测试。

观测主梁、索塔和斜拉索的温度，以确定结构温场，监控主梁挠度和索塔位移随温度和时间的变化规律。

测定温度时可采用热电偶、红外温度计等测试。

二、索力测试
斜拉索是斜拉桥梁、塔和索体系中的一个重要组成部分，斜拉索索力大小直接影响桥梁上部结构的受力和变形状态。

各拉索中的实际索力大小的测试就成为斜拉桥施工控制中的一个重要问题。

斜拉桥斜拉索索力测定的方法有：
①电阻应变片测定法；
②拉索伸长量测定法；
③索拉力垂度关系测定法；
④张拉千斤顶测定法；
⑤压力传感器测定法；
③振动测定法。

方法①-③从理论上进是可行的，但实施会遇到较多的实际问题，一般不予采用；方法④-⑤测定拉索张拉过程的索力变化较方便，但不能测定成桥后索力；振动测定法实测斜拉索的固有频率，利用索的张力和固有频率的关系计算索力。

振动法可采用激振器激振或人工激振，亦可采用环境随机振动法。

测试时用索夹或绑带将传感器固定在拉索上，进行激振和信号采集，现场分析，可以很方便测求索力。

经理论分析知拉索初应力较小时计算索力应计人垂度的影响。

斜拉桥施工中斜拉索都要经过几次张拉。

第一次张拉索的初应力较小，垂度较大、垂度对实测低阶频率影响较大，为了减小垂度对实测索力的影响，建议采用4阶以上频率计算索力。

对斜拉索两端处理为铰接或固定对索力的影响相差不会超过5%，随着索长增加和抗弯刚度减小，两种边界条件分析的结果更接近。

对于跨径内安装减振器的斜拉索，如索长度大于150m减振器对索力的影响不会超过5％；对于一般情况，应在安装减振器前后进行识别，确定安装减振器前后拉索的支承长度；如减振器的支承刚度大于1.0 x l04kN／m，则减振器可视为拉索的刚性支承。

三、冷铸锚试验
拉索锚具应采用强度和耐疲劳符合设计要求且可靠性高的锚具，包括热铸锚、墩头锚、冷铸镦头锚、夹片锚等。

目前工程中通常采用的拉索锚具为冷铸镦头锚（Hiam锚具），简称冷铸锚，每副冷铸墩头锚具主要由锚筒、锚固板、锚固螺母、压板、接长筒、卡环、钢护筒、冷铸填料等部分组成。

国内通常用环氧树脂钢砂作冷铸填料，其配方由钢砂（钢球）、环氧树脂。

矿粉、固化剂、增韧剂等组成，其中钢砂是支承材料、环氧树脂是粘结剂，砂粉用于提高耐热性能。

冷铸填料的温度稳定性、弹性模量、热老化性能及对钢丝的握裹力、直接影响锚具组装件工作性能，对所采用配方的冷铸填料应进行性能试验。

冷铸锚试验内容包括：拉索钢丝力学性能试验，锚具部件尺寸和硬度检验，拉索锚具组装件静载试验，疲劳试验机和疲劳试验后的静载试验。

1.冷铸填料性能试验
（1）冷铸填料温度稳定性试验温度稳定性试验主要检验冷铸填料低温脆性和高温强度下降趋势。

低温脆性试验时温度可选桥位处年最低温减10-15℃作为试验温度，考查冷铸填料在低温状态下强度的变化和试压时有无脆性破坏现象。

高温强度试验时可以按一定温度增量（20℃左右）从常温到100℃逐级对冷铸填料进行抗压强度试验：，求出冷铸填料随温度升高强度的下降率、考查是否满足设计要求。

（2）钢丝拔出试验、冷铸锚中环氧填料与钢丝的粘结力对钢丝锚固起着非常重要的作用，为此采用钢丝拔出试验考查环氧填料与钢丝的粘结力。

试验时取不同钢丝握裹长度（12-28cm，每级相差4cm）测试钢丝拔出力，计算单位长度平均抗拔力和拔出时钢丝应力，确定钢丝的最小握裹长度。

（3）弹性模量试验环氧填料的弹性模量试验参照静力受压弹性模量试验方法进行。

（4）热老化性能试验将环氧填料抗压和抗折试件放人烘箱中经240h连续150℃高温加速热老化，然后进行抗压和抗折强度试验，并将试验结果和未经老化的试件的试验结果比较，若接近则环氧填料热老化性能满足要求。

2.静载试验
试验内容包括：
（1）冷铸锚在预拉荷载下锚板内缩值的测定；
（2）冷铸锚在使用荷载下，钢丝束的延伸率、钢丝和锚具的应力值、锚板的回缩值、锚
具的径向变形气钢丝束的拔出量及一般性观察：
（3）实测冷铸锚的破断荷载以及钢丝束在破断荷载下的总延伸率及锚固效率系数；
（4）冷铸锚在破断荷裂下，对锚具各部件状况的观察。

按国内外冷铸锚静力试验标准，拟定如下技术要求：
（1）冷铸锚的锚固效率系数ηa≥0.95 ；
（2）冷铸锚在破断时钢丝束的总延伸率不小于2%；。

（3）冷铸锚在达到破断荷载时断丝率不大于5%；
（4）冷铸锚经预拉荷载后锚板回缩值不大于6-7mm；
（5）冷铸锚在承受破断荷裂时锚杯和螺母不应咬死，螺母仍能拧动自如。

冷铸锚静载试验的组装件安装、试验设备、试验方法和结果分析按《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB／T 14370-1993）和《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、连接器试验方法及检验规则》（JT 329.2-1997）进行。

3．疲劳试验
疲劳试验应根据拉索的受力情况确定试验应力上限σmax和应力幅值Δσ，σmax低于一般锚具的比例0.65σb，大于拉索中的最大应力；Δσ可取拉索应力幅值的2倍，试件长5mm 左右，防护筒后拉索的长度不少于3m。

疲劳试验前先预拉二次，静载至应力上限并持荷16小时，测量静载下钢丝束的拔出量（同静载试验调在静力逐级加载时，测量外围钢丝的应力分布及变化情况；测量200万次疲劳锚板的回缩量。

经200万次疲劳试验后断丝率应小于5%。

疲劳试验的组装件安装、试验设备、试验方法及结果分析按《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB／T 14370-1993）和《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、连接器试验方法及检验规则》（JT 329.2-1997）进行。