重庆市綦江区畅通公路工程质量检测有限公司 重庆市綦江区 401420
[摘 要]人行吊桥因其结构简单、受力合理、施工方法简便等诸多优点，现已成为跨越山区、等自然风景区的首选桥型。为了解人行吊桥在运营阶段的安全性，本文以实际工程为依托，制定荷载试验方案，评价安全性和承载能力。测试结果显示，该人行吊桥的承载能力满足正常使用要求。
[关键词]人行吊桥；荷载试验；安全性；承载能力
0 引言
近年来对吊桥在运营过程中的安全性提出了较高的要求。因人行吊桥整体的刚度小，变形较大，其承载能力的评价工作迫在眉睫。
1 工程概况
该人行吊桥位于重庆市渝北区石船镇石壁村矿山公园内，为1×42m柔式人行吊桥，全长42m，桥面总宽2.0m，人行道宽度1.7m。上部结构采用6根直径28mm的6×19S+IWS优质钢芯钢丝绳作为承载索，承载索固定方式用不锈钢卡扣连接，各承载索横向间距为0.372m。桥面采用厚3.5cm防腐木板做人行走道，与承载索用U型不锈钢构件螺栓贯穿连接形成。两侧设有栏杆，左右侧各采用10根钢索作为防护索，穿越栏杆立柱安装孔安装。下部结构桥台采用实体式C30混凝土台，坐落于基岩上。设计人群荷载为200人，风荷载0.2kN/m2，矢跨比为1/47.0。
2 有限元模型分析及验算
2.1分析模型
采用桥梁结构有限元分析软件Midas civil 2019建立模型，桥面系不单独建模，将其作为容重等效分配到各承重索上，人群荷载转化为等效荷载施加在承重索节点。为简化计算，以单根承重索模拟实际受力情况，承重索采用只受拉桁架单元，锚固端采用固结方式模拟。将单根承重索划分为19个节点，18个单元。承重索模型结构受力见图1。
图1 单根承重索模型结构受力图
2.2内力及位移计算
栏杆、桥面横梁均以容重等效分配到各承重索上，人群荷载采用等效节点荷载施加在承重索上，得到自重及人群荷载作用下的轴力、位移，见表1。
表1 承重索轴力、位移表
位置 | 自重荷载作用下承重索轴力、位移 | 人群荷载作用下承重索轴力、位移 | ||
内力-I（kN） | 位移DZ（m） | 内力-I（kN） | 位移DZ（m） | |
1 | 37.91 | 0 | 94.24 | 0 |
2 | 37.87 | -0.0289 | 94.15 | -0.1319 |
3 | 37.84 | -0.0502 | 94.06 | -0.2272 |
4 | 37.81 | -0.0720 | 93.99 | -0.3250 |
5 | 37.78 | -0.0881 | 93.93 | -0.3981 |
6 | 37.76 | -0.1004 | 93.88 | -0.4574 |
7 | 37.75 | -0.1080 | 93.84 | -0.4940 |
8 | 37.74 | -0.1131 | 93.82 | -0.5171 |
9 | 37.73 | -0.1183 | 93.81 | -0.5363 |
10 | 37.73 | -0.1168 | 93.81 | -0.5318 |
11 | 37.74 | -0.1154 | 93.82 | -0.5234 |
12 | 37.75 | -0.1076 | 93.85 | -0.4866 |
13 | 37.76 | -0.1013 | 93.88 | -0.4543 |
14 | 37.78 | -0.0890 | 93.93 | -0.4010 |
15 | 37.81 | -0.0745 | 94.00 | -0.3375 |
16 | 37.84 | -0.0586 | 94.07 | -0.2676 |
17 | 37.87 | -0.0394 | 94.16 | -0.1744 |
18 | 37.91 | -0.0180 | 94.27 | -0.0830 |
19 | 37.92 | 0 | 94.28 | 0 |
2.3计算结果分析及验算
经过Midas civil 2019建模分析，在自重作用下，承重索最大轴力作用在1和19节点，约为F=37.92kN，最大位移发在跨中，跨中位移约为Δf=0.12m；人群荷载作用下，承载索最大轴力作用在1和19节点，约为F=94.26kN，最大位移发生在跨中，约为Δf=0.54m。
最大拉应力：
=132.18×103N÷615mm2=214.93MPa＜[σ]=
=748MPa，承重索强度符合要求。
3 静载试验方案内容及方法
3.1试验内容
（1）相应试验工况作用下，测试截面挠度检测；
（2）相应试验工况作用下，测试截面附近裂缝观测；
（3）试验加载过程中，其它异常现象观测。
3.2试验方案
以设计荷载200人（126kN）作为本次静载试验的控制荷载，采用沿桥面纵向均匀铺设水箱方式模拟人群荷载。满载时加载用水共计12.6吨，水深0.15m，均匀对称布置于桥面全场净宽范围处，静载试验效率系数为1.00。
3.2.1加载分级
现场采用分级、对称加载方式往水箱内注水，分3级加载，2级卸载，每级加载达到预定荷载后持荷15min，再进行数据采集。具体荷载分级见表2。
表2 荷载分级表
加载 | 卸载 | |||
第一级 | 第二级 | 第三级 | 第一级 | 第二级 |
42kN （水深5cm） | 84kN （水深10cm） | 126kN （水深15cm） | 63kN （水深7.5cm） | 卸载完全 |
3.2.2测点布置
根据人行吊桥在人群活载下（不考虑冲击）的受力特点及现场检查情况，本次静载试验承载索试验测点分别布置在桥梁各栏杆立柱位置处，详见图2。
图2 承载索试验测点布置示意图
3.2.3加载控制
（1）加载前应进行外观检查，在结构无较大损伤，确保安全的情况下才可进行静载试验。
（2）加载过程中，需密切注意钢丝绳、锚固端的状态，如加载过程中发生异响、锚固端混凝土开裂等情况，应立即停止加载。
（3）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，应立即停止加载。
（4）每级荷载加载结束后，应将实测值与理论计算值进行比较，如发生实测值与理论计算值偏差较大，应及时分析原因，确保安全的情况下方可加载。
3.3测试方法
以电子全站仪进行挠度测量，精度等级为2级；对出现裂缝的位置用裂缝观测仪进行裂缝观测，测量精度为±0.01mm。
4 静载试验结果
各级试验荷载作用下，承载索各测点挠度测试结果见表3。
表3 承载索各测试挠度测试结果
测点位置 | 实测变位值（mm） | 残余值 （mm） | 弹性变位值（mm） | 理论值（mm） | 校验系数 | 相对残余变位（%） | ||
第一级 | 第二级 | 第三级 | ||||||
1 | -19.3 | -28.7 | -50.8 | -3.2 | -47.5 | -74.34 | 0.64 | 6.4 |
2 | -41.5 | -76.4 | -105.8 | -8.7 | -97.1 | -131.9 | 0.74 | 8.2 |
3 | -67.2 | -127.5 | -170.6 | -15.4 | -155.2 | -227.2 | 0.68 | 9.0 |
4 | -91.5 | -184.1 | -242.9 | -21.0 | -221.8 | -325.0 | 0.68 | 8.7 |
5 | -112.2 | -231.5 | -304.4 | -29.3 | -275.0 | -398.1 | 0.69 | 9.6 |
6 | -123.7 | -266.6 | -353.3 | -24.4 | -328.8 | -457.4 | 0.72 | 6.9 |
7 | -133.5 | -286.0 | -383.5 | -32.9 | -350.6 | -494.0 | 0.71 | 8.6 |
8 | -137.7 | -306.8 | -418.1 | -32.5 | -385.5 | -517.1 | 0.75 | 7.8 |
9 | -144.2 | -313.1 | -427.2 | -35.6 | -391.5 | -536.3 | 0.73 | 8.3 |
10 | -145.4 | -315.3 | -425.3 | -26.5 | -398.8 | -531.8 | 0.75 | 6.2 |
11 | -141.1 | -312.1 | -418.7 | -36.1 | -382.5 | -523.4 | 0.73 | 8.6 |
12 | -127.9 | -288.8 | -388.4 | -29.3 | -359.1 | -486.6 | 0.74 | 7.5 |
13 | -116.9 | -266.2 | -363.6 | -21.7 | -341.9 | -454.3 | 0.75 | 6.0 |
14 | -107.0 | -243.8 | -325.6 | -26.8 | -298.7 | -401.0 | 0.75 | 8.2 |
15 | -89.9 | -193.6 | -263.2 | -20.5 | -242.7 | -337.5 | 0.72 | 7.8 |
16 | -68.3 | -150.8 | -200.2 | -14.7 | -185.5 | -267.6 | 0.69 | 7.3 |
17 | -44.4 | -94.6 | -129.5 | -8.5 | -121.0 | -174.4 | 0.70 | 6.5 |
18 | -23.9 | -49.7 | -67.5 | -5.7 | -61.8 | -83.0 | 0.80 | 8.5 |
19 | -9.1 | -18.3 | -34.4 | -2.5 | -31.9 | -46.8 | 0.70 | 7.1 |
各级试验荷载作用下，各测点挠度实测值和满载时理论值比较见图3。
图3 各测点挠度实测值和满载时理论值对比图
5 静载试验结果分析
（1）本次静载试验荷载效率为1.00，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG /T J21-2011）要求，其试验检测结果能反映结构的实际工作状态。
（2）试验荷载作用下，各测点的实测挠度值均小于理论计算值，各测点的挠度校验系数介于0.64～0.75（＜1）之间，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG /T J21-2011）的要求，说明该桥工作状况良好，具有足够安全储备。
（3）卸载后的相对残余挠度介6.0%～9.6%（＜20%）之间，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /T J21-2011)的要求，该桥基本处于弹性工作状态，结构受力合理。
（4）试验荷载作用下，结构未出现裂缝，结合面未出现开裂滑移现象，桥梁抗裂性能较好，结构承载能力满足正常使用要求。
6 结语
对于人行吊桥，为全面客观的反映桥梁的安全性，在其正常使用过程中应加大观测力度，加强对运营荷载的管理，避免应长期超载导致结构产生疲劳破坏。吊桥的金属构件应定期保养除锈，避免材料锈蚀破损，消除人民生命财产安全隐患。
参考文献
公路桥梁荷载试验规程JTG/T J21-01—2015.
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王瑞娟,仇天天,凡旭.景区人行悬索桥静力荷载试验研究[D].杭州：浙江大港桥梁科学研究有限公司,2019.
朱斌.大跨度人行悬索桥静动力特性分析、舒适度评价及振动控制[D].福州：福州大学,2018.
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