1、引言
懸索橋可充分發(fā)揮高強(qiáng)度鋼索抗拉強(qiáng)度大的特點(diǎn)，還具有跨度大，橋面系構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工容易，耗鋼量低，橋梁架設(shè)和維護(hù)方便，橋型美觀，造價(jià)低等一系列優(yōu)點(diǎn)口。旅游景區(qū)的橋梁多為人行橋，許多受到自然條件限制的景區(qū)都將簡(jiǎn)易柔性懸索橋作為首選橋型。很多早期修建的景觀索橋都是由景區(qū)管理人員自行設(shè)計(jì)與施工，建成后缺乏維護(hù)，隨著使用年限的增長(zhǎng)，部分橋梁出現(xiàn)不同程度的損傷，橋梁的現(xiàn)行狀況未知，存在著一定的安全隱患。對(duì)這些橋梁的檢測(cè)和評(píng)估成為既有橋梁管理養(yǎng)護(hù)的重要工作。本文以1座景區(qū)人行索橋?yàn)槔?，介紹索橋的檢測(cè)及評(píng)估的主要內(nèi)容和方法。
2、檢測(cè)的目的、內(nèi)容和方法
浙江雁蕩山風(fēng)景區(qū)內(nèi)的1座人行景觀索橋建成后已使用10余年，跨徑約90．7 m，凈跨約86．838m，橋面寬1．8 m，凈寬1．6 m。主纜為4根鋼絲繩；橫梁由88根[10的槽鋼組成；縱向加勁邊梁采用等邊角鋼 50×6；吊桿由176根聲20的鋼筋構(gòu)成。橋面板采用木板，用2條鋼帶夾起成整體架在縱向加勁梁上。索橋的立面布置如圖1所示。
當(dāng)通過(guò)該橋的人數(shù)較多時(shí)，主纜急劇振動(dòng)，造成橋面傾斜、線形起伏明顯。為進(jìn)一步了解橋梁的現(xiàn)狀，景區(qū)管理人員決定對(duì)該橋做一次全面檢測(cè)及評(píng)估工作。此次檢測(cè)工作采用橋梁整體狀態(tài)檢測(cè)，有限元建模計(jì)算分析與靜、動(dòng)載試驗(yàn)相結(jié)合的方法。
3、橋梁病害檢測(cè)與線形測(cè)量
3．1 橋梁表觀檢測(cè)
表觀檢測(cè)易于發(fā)現(xiàn)比較明顯的結(jié)構(gòu)缺陷，可全面了解結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)，以便于編制切實(shí)可行的試驗(yàn)方案，同時(shí)達(dá)到合理評(píng)價(jià)檢測(cè)結(jié)果、正確解釋試驗(yàn)現(xiàn)象的目的。主要內(nèi)容包括：線形測(cè)量、結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的幾何尺寸、表觀損傷情況及裂縫的分布情況。經(jīng)過(guò)外觀調(diào)查，發(fā)現(xiàn)纜索橡膠護(hù)套有部分破損，全橋部分索夾出現(xiàn)輕微銹蝕，橋面板狀況良好。主纜與防風(fēng)纜索未發(fā)現(xiàn)明顯銹蝕，部分吊桿尺寸與橋面線形不符并缺少安全螺母，并存在部分吊桿不受力的現(xiàn)象。錨固端是懸索橋關(guān)鍵受力部位，在人目測(cè)能及的范圍內(nèi)，兩側(cè)錨固端的混凝土均未見明顯裂縫。
3．2 無(wú)損專項(xiàng)檢測(cè)
為了探明橋塔和錨碇的完整性及錨碇深入基巖的情況，對(duì)橋塔及錨碇進(jìn)行了低應(yīng)變測(cè)試，以判斷橋塔及錨碇的完整性和嵌入基巖的深度。測(cè)試結(jié)果顯示東側(cè)A橋塔塔身完整性屬于Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，在距塔頂約2．6 m處有輕微缺陷；東側(cè)B橋塔塔身完整性亦屬于Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，在距塔頂約2．7 m 處有輕微缺陷；兩側(cè)錨碇完整性良好。對(duì)兩側(cè)混凝土橋塔用回彈法測(cè)試表明：橋塔主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度均能達(dá)到C40。橋塔涂層外有多道裂縫，經(jīng)鑿開涂層檢查，塔身混凝土未見明顯裂縫。橋梁平面示意如圖2所示。
3．3 主纜線形測(cè)量
由于該索橋兩端都為懸崖，受條件限制，主纜索與橋面不完全平行，主纜最大偏角為5．54。在空載狀態(tài)下對(duì)橋面線形進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)點(diǎn)繪出的橋面豎曲線總體平順，同一橫斷面南北測(cè)點(diǎn)高差不大（跨中高差最大，達(dá)13 cm），基本能滿足使用要求。
4、靜、動(dòng)載試驗(yàn)
4．1 靜載試驗(yàn)
橋梁靜載試驗(yàn)是測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下的內(nèi)力和變形，為制定橋梁加固或改建技術(shù)方案提供科學(xué)依據(jù)。
4．1．1測(cè)試內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置
測(cè)試的主要內(nèi)容包括：主纜索力、吊桿拉力、跨中截面鋼梁（L5）正應(yīng)力、橋面豎向撓度、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形、橋塔的頂面位移和下部應(yīng)力測(cè)試，并在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)。鋼梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)選擇跨中L5斷面，布設(shè)在鋼梁底面，沿橫斷面方向由北向南依次布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)：5-I、5-2、5-3，撓度測(cè)點(diǎn)包含S1～$10共1O個(gè)斷面（見圖2），每個(gè)斷面有南、北2個(gè)測(cè)點(diǎn)。
4．1．2 荷載的確定原則
試驗(yàn)荷載應(yīng)根據(jù)既有橋梁現(xiàn)狀檢查情況確定。參考文獻(xiàn)E93指出，當(dāng)荷載加載至90 kN時(shí)，橋塔塔身新增3道裂縫，出于安全考慮，該次荷載試驗(yàn)最大
加載90 kN，靜載采用全橋均布水箱加載。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，加載至90 kN時(shí)可滿足浙江省關(guān)于橋梁荷載試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定口 ：靜力試驗(yàn)荷載的效率系數(shù)取值為
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。
4．1．3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
?。?）主纜最大拉力測(cè)試結(jié)果：4根主纜的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。加載至90 kN 時(shí)，4根主纜拉力達(dá)到最大，拉力校驗(yàn)系數(shù)滿足試驗(yàn)規(guī)范要求，主纜滿足正常使用階段要求。主纜破環(huán)拉力值由主纜截面計(jì)算而得，實(shí)測(cè)拉力值遠(yuǎn)未達(dá)到破壞值，表明主纜拉力儲(chǔ)備充裕。
4．1．3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
?。?）主纜最大拉力測(cè)試結(jié)果：4根主纜的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。加載至90 kN 時(shí)，4根主纜拉力達(dá)到最大，拉力校驗(yàn)系數(shù)滿足試驗(yàn)規(guī)范要求，主纜滿足正常使用階段要求。主纜破環(huán)拉力值由主纜截面計(jì)算而得，實(shí)測(cè)拉力值遠(yuǎn)未達(dá)到破壞值，表明主纜拉力儲(chǔ)備充裕。
注：主纜編號(hào)由北向南依次為C1、c2、c3、c4，如圖2所示。
?。?）鋼梁L5最大應(yīng)力測(cè)試結(jié)果如表2所示。加載至90 kN時(shí)，鋼粱產(chǎn)生最大拉應(yīng)力，校驗(yàn)系數(shù)滿足試驗(yàn)規(guī)范要求，鋼梁尚處于彈性工作階段。
?。?）橋面豎向撓度測(cè)試結(jié)果：各工況下測(cè)點(diǎn)中以S5、S6斷面測(cè)點(diǎn)的撓度最大。加載至90 kN時(shí)，各測(cè)點(diǎn)豎向撓度達(dá)到最大，此時(shí)，s5斷面南、北測(cè)點(diǎn)撓度值相差1．2 cm。在最大荷載下，全橋線形平順，南、北兩側(cè)基本能保持空載下的相對(duì)位置。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。
4．2 動(dòng)載試驗(yàn)
橋梁動(dòng)力性能測(cè)試屬于正常使用所考慮的范疇。動(dòng)載試驗(yàn)包括：脈動(dòng)法測(cè)量該橋的自振頻率和跑步通行工況下測(cè)量橋梁的動(dòng)應(yīng)變。測(cè)點(diǎn)沿順橋向取5個(gè)斷面，每個(gè)斷面橫向布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，共10個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)試儀器采用DH5936動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)，傳感器采用B&K8318高精度超低頻加速度傳感器。
依據(jù)實(shí)測(cè)線形，采用ANSYS建立該橋的有限元模型，模型采用索（Linkl0）、梁、板單元組成的組合單元模型計(jì)算橋梁的自振頻率。通過(guò)DHMA2．56模態(tài)軟件分析得到實(shí)測(cè)頻率和阻尼比如表3所示，試驗(yàn)采集的時(shí)域曲線如圖4所示。
試驗(yàn)中根據(jù)實(shí)測(cè)振幅采用下列公式求得實(shí)測(cè)阻尼比：
對(duì)比實(shí)測(cè)頻率與理論計(jì)算頻率，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)值均大于理論值較多，說(shuō)明實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度較大。從實(shí)測(cè)阻尼比看其阻尼比系數(shù)很小，說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)衰減較慢。通過(guò)試驗(yàn)采集的時(shí)域曲線結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)衰減過(guò)程正常。
5、結(jié)論
病害檢查顯示該橋的主要受力構(gòu)件基本完好，部分構(gòu)件與附屬結(jié)構(gòu)存在缺陷及輕微損傷，可修補(bǔ)完善。靜載試驗(yàn)加載效
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，符合《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》及浙江省的相關(guān)規(guī)定。該橋各主要受力構(gòu)件的實(shí)測(cè)應(yīng)力均小于規(guī)范中材料的容許值；橋面線形平順，試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形等異?，F(xiàn)象；錨體穩(wěn)定，地錨混凝土及周圍巖體在加載過(guò)程中未出現(xiàn)裂縫；原有裂縫在試驗(yàn)過(guò)程中也沒(méi)有明顯發(fā)展；受客觀條件限制，主纜索存在偏角，索鞍采用的鋼墊板，在受荷狀態(tài)下橋塔會(huì)受到一定的水平分力，使橋塔受力狀況較為復(fù)雜，并存在穩(wěn)定性問(wèn)題，該次靜載試驗(yàn)中，在90 kN 的荷載下橋塔沒(méi)有出現(xiàn)新增裂縫，橋塔的頂面位移也很小，卸載后能回歸原位，可見在90 kN 荷載下橋塔受力及穩(wěn)定性都是安全的。檢測(cè)結(jié)果表明，橋梁有輕微病害存在，但能達(dá)到90kN 的承載力要求。
建議在主橋兩側(cè)各加1道防風(fēng)纜，以減小橋面的側(cè)向傾斜，并能增加行人的安全感。在靠近欄桿處標(biāo)注縱向雙黃線，引導(dǎo)游客在靠近中心線1．0 m范圍內(nèi)行走，避免出現(xiàn)嚴(yán)重偏載現(xiàn)象。該橋所用的木質(zhì)橋面板在新的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60—2004）中已被禁止使用，可考慮更換為高強(qiáng)度易加工的鋼質(zhì)橋面板。建議在正常天氣情況下，維持目前的限載60 kN要求，限制通行人數(shù)80人以內(nèi)，旅游高峰期派駐工作人員進(jìn)行交通管制。
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