大跨度交通索道桥病害检查与静荷载试验

大跨度交通索道桥病害检查与静荷载试验

王润

浙江华东工程安全技术有限公司浙江杭州311122

摘要：索道桥在水电站施工工程中作为临时便桥用途广泛，通过对某西部大型水电站临时交通索道桥的病害检查及静荷载试验，分析该索道桥的损伤原因及维修对策。

关键词：大跨度；索道桥；荷载试验

1.概述

某西部大型水电站临时交通索道桥桥型为锚索式索道桥，设计全桥总长约296m，桥净跨为260m，单座索道桥由基础工程（桥台及锚板）、70根承重主钢索（型号为52NAT6×37+FC-1770）、松紧调节系统、桥面等组成。设计荷载：汽-54级，挂-100；单幅桥面净宽：4.5m+1m+0.75m×2，单向行驶；设计行车速度：10km/h；跨中最大垂度：3%L米。

2.外观检查

该桥自2011年初建成后已运行3年，由于桥面破损严重，且桥面横坡角度发生变化，荷载试验前对该桥进行了详细的外观检查。

（1）桥面铺装：车行道花纹板和纵桥板破损严重，纵桥板大多已经腐烂开裂，另外横木亦存在老化开裂现象。部分花纹板开裂破损严重且存在凹陷情况，花纹板锚钉和螺栓存在较大程度的破损、缺失现象，大多锚钉已失去锚固作用。

（2）栏杆、护栏：该桥栏杆为铁栏杆，采用空心铁管柱串联在钢索上，栏杆下侧用螺杆与桥面缘木固定。经检查，较多栏杆柱固定螺杆位置存在不同程度的松动现象，上游侧栏杆整体存在比较明显的外倾现象。

（3）鞍座和滑轮：由于生活用水从桥台位置排走，台帽位置鞍座存在水侵害和不同程度的锈蚀状况。且由于台帽位置杂物较多，鞍座滑轮均存在不同程度的卡死现象。

其他检测部位如横梁、主缆、抗风索等情况良好，未见主缆存在明显腐蚀、断丝、锈蚀等病害。

3.跨中失度测量

失度测量采用高精度全站仪配棱镜直接测量。测点布置在桥面上方。由该桥一年前最后一次矢度监测结果显示，桥梁跨中中线位置矢度为6.286m，桥面横坡角度1.134°。本次线形测量桥梁跨中中线位置矢度为6.271m，与上次比较矢度变化不大，无增大趋势。桥面横坡角度1.739°，与上次比较角度增大，且最大位置断面桥面横坡角度2.304°，已大于设计控制值2°，桥面向上游侧倾斜明显，上游侧测点高程基本小于下游测点高程，最大高差为0.29m。

4.静荷载试验

4.1工况分级和测点布置

根据设计荷载，采用一辆54T的加载车进行试验，纵向布置三个断面分别为L/4跨、L/2跨、3L/4跨位置。试验荷载工况表见表2，试验按照矢度等效原则计算布置加载。

表2

试验荷载工况表

4.2荷载试验结果

4.2.1结构计算模型

主缆和横梁分别采用索单元和空间梁单元模拟，桥面系不单独建模，根据本桥的受力特点，建模中将桥面系质量根据杠杆原理分配于横梁上，分别对各工况进行非线性静力分析。

本桥的实测跨中恒载矢度f=6.42m。通过反复试算，当模型空缆垂度为4.00m时，计算得到恒载垂度为6.339m，与实测值相对误差仅为1%，可认为此时模型内主缆单元轴力即为恒载索力。求得主缆最大恒载索力为422.50kN。

4.2.2挠度测试结果

根据测试工作安排，本次试验用54T汽车完成了全桥在3个工况作用下的三个控制截面位移测试内容和索力测试内容。位移以向上为正，向下为负。表4为索力对比结果，其中实测索力值是由跨中实测矢度换算而得。

表3挠度测试对比结果表

由表3中数据可以看出，有限元分析结果同实测数据吻合良好，各工况计算校验系数位于0.40~0.97之间，且规律变化一致。另外通过对三个控制截面的横向挠度测试，结果显示各工况下桥面横坡角度均小于设计控制值2°。

表4索力测试对比结果表

根据中华人民共和国行业标准《公路悬索桥设计规范》（报批稿）第9.3.3条规定，主缆应力验算时，主要组合下安全系数不得小于2.5。通过计算可知，该索道桥悬吊索（钢丝绳）强度满足国家标准要求。

4.3验算结果分析

（1）在对该索道桥进行测试的整个过程中，结构变形处于设计范围之内。

（2）由静位移分析结果可以得出：对称加载时，该索道桥在汽54t时的最大竖向位移小于设计规定的3%L，满足设计要求。

（3）该索道桥控制截面上各个测点上的索力未出现异常变化情况，最大索力没有超过设计的规定限值。

（4）该索道桥的静力刚度和强度满足设计文件要求，并满足汽54t级荷载的通行能力要求。

5.病害成因分析

（1）该桥处在施工区域交通要道上，是连接左右岸的通道，施工各大、小、轻、重车辆均进过此桥。自通车以来，一直存在着车流量过大，过车频率高等情况，且存在社会车辆不按规程行驶、过往渣车掉落泥浆、沙土等情况，对桥面损害侵蚀严重，照成车行道花纹板破裂、螺栓脱落、车行道纵桥板和横桥板断裂、破损严重。

（2）荷载影响：由于桥面支撑结构属于柔性结构，车辆通过相对刚性组合结构的车行道时，车行道同时受到垂直于车行道的压力和行驶方向的水平力作用，从而形成一定角度的合力。水平分力使车行道相对于主索产生微滑移，垂直压力使纵向护板连接螺栓、铁带螺母钩连接螺栓产生拉应力；纵向护板产生反复折弯变形。特别是车轮便宜行车道行驶时，轮胎与对桥面纵向护板形成剪切发生撕裂现象等。

6.养护维修建议

（1）对行车道横木、纵木、行车道花纹板进行整体更换，并对桥头鞍座进行除锈处理；

（2）对破损和倾斜护栏进行修补处理；

（3）由于桥面往上游侧倾斜明显，且最大位置断面桥面横坡角度已大于设计控制值，需对上游侧索夹进行调整，确保桥梁横坡值满足设计要求。

（4）维修完通车时需先进行小吨位车辆试行，在1~2周内每日进行矢度监测，严格按照设计荷载通行，如果监测数据稳定，则逐渐减少监测频次。

7小结

本文结合索道桥工程实例，对索道桥的检测和验算作出一定的探讨，并提出相应的维护措施，为类似工程的检测和维修加固提供经验。