1工程概况桥体设计布置如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.F001图1桥体设计布置（单位：m）莫桑比克马普托大桥由北引桥、主桥、南引桥组成，北引桥采用9 m×30 m T梁+(64+6×119+75) m悬浇箱梁，南引桥采用(12×45+24×30) m T梁，主桥采用(260+680+284) m单跨双绞钢箱梁悬索桥，是非洲目前最大跨径的悬索桥，完全采用中国标准设计、施工和竣工验收[1]，于2018年11月10日通车运营。马普托大桥主桥的中跨主缆矢跨比为1/10，横向中心间距21.88 m，采用重力式锚碇。主缆和吊索均由φ5.0 mm、fk=1 670 MPa的镀锌高强钢丝组成，吊索采用销接式，全桥共计182根索股、220根吊索。主梁采用扁平流线型封闭钢箱梁，桥面板为正交异性板结构。钢箱梁宽25.6 m（含风嘴），高3 m（中心处内轮廓高度），梁段单元间连接采取全焊（除顶板U肋拴接外）连接方式。索塔采用钢筋混凝土门形框架结构，由上下塔柱和上下横梁组成。塔柱为普通钢筋混凝土结构，横梁为预应力混凝土结构。塔柱混凝土强度为C50，承台和系梁混凝土强度为C40，承台桩基采用C35混凝土。为全面检验桥梁结构的正常使用状态和承载能力，通车前应进行荷载试验[2]。考虑悬索桥具有几何非线性规律，为保证试验结果的准确、可靠，采用桥梁非线性分析系统BNLAS建立有限元模型进行分析。材料参数的取值及施工过程与实际保持一致，全桥共计684个梁单元、596个杆单元、55个膜单元，全桥有限元模型如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.F002图2全桥有限元模型2静载试验桥梁静载试验主要是通过测量桥梁结构在静力荷载作用下各控制截面的应力及变形，从而确定桥梁结构实际工作状态与计算期望值是否相符，对桥梁结构的承载能力进行检算和评定，是检验桥梁性能及工作状态（如结构的强度、刚度）最直接、最有效的办法[3]。马普托大桥主桥静载试验天数为5 d。2.1控制截面及工况控制截面选取如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.F003图3控制截面选取对该桥进行结构静力分析和移动活载分析后，结合桥梁结构的对称性和加载车辆调用的方便性，选择南半跨桥塔和加劲梁的最不利受力截面或对活载最为敏感的受力截面作为应力控制截面。文章静载试验选定的控制截面包括A-A截面（加劲梁7L/8处）；B-B截面（加劲梁L/2处）；C-C截面（桥塔塔底）；D-D截面（桥塔塔顶）；E-E截面（加劲梁7L/8处吊索）；F-F截面（加劲梁3L/4处）；G-G截面（加劲梁梁端）；H-H截面（加劲梁5L/8处）。各控制截面的荷载工况：工况1，截面（A-A）最大正弯矩及变形加载试验，中载；工况2，截面（B-B）最大正弯矩加载试验，中载；工况3，截面（C-C）最大弯矩加载试验，中载；工况4，截面（D-D）最大纵向水平位移加载试验，中载；工况5，截面（B-B）最大竖向变形加载试验，中载；工况6，桥跨7L/8截面附近吊索（E-E）最大索力加载试验，中载；工况7，截面（F-F）最大竖向变形加载试验，中载；工况8，截面（G-G）最大纵向水平位移加载试验，中载；工况9，截面（H-H）最大正弯矩加载试验，中载；工况10，截面（C-C）最大弯矩、截面（D-D）最大纵向水平位移和截面（B-B）最大竖向变形加载试验，偏载；工况11，截面（F-F）最大竖向变形和截面（G-G）最大纵向水平位移加载试验，偏载。为提高试验效率，通过优化试验车辆的布置对部分工况进行了合并，各试验工况的具体测试内容如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.T001表1各试验工况的具体测试内容试验工况测试内容工况1、6A-A截面应力测试；加劲梁挠度测试；塔顶水平偏位；加劲梁纵向位移；A-A截面加劲梁横桥向挠度测试；A-A截面附近8根吊索的索力测试工况2B-B截面应力测试；加劲梁挠度测试；塔顶水平偏位；B-B截面加劲梁横桥向挠度测试；B-B截面附近6根吊索的索力测试工况3、4、5C-C截面应力测试；加劲梁挠度测试；塔顶水平偏位；跨中附近6根吊索的索力测试工况7、8加劲梁挠度测试；塔顶水平偏位；加劲梁纵向位移；F-F截面附近6根吊索的索力测试工况9H-H截面应力测试；加劲梁挠度测试；塔顶水平偏位；加劲梁纵向位移；H-H截面加劲梁横桥向挠度测试；H-H截面附近6根吊索的索力测试工况10加劲梁挠度测试；塔顶水平偏位；跨中附近6根吊索的索力测试工况11加劲梁挠度测试；塔顶水平偏位；加劲梁纵向位移；F-F截面附近6根吊索的索力测试2.2加载效率《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）规定，交竣工验收荷载试验的效率宜介于0.85~1.05之间[4]。为使静载试验效率满足规定，试验荷载采用内力等效的原则计算，车辆具体布置位置按照各截面在最不利荷载作用下的有限元静力分析结果确定。值得注意的是，若某试验工况荷载效率满足要求，其他工况荷载效率可能大于1.05，因此应对该工况下各位置的荷载效率进行计算，保证结构安全。静载试验各工况荷载效率如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.T002表2静载试验各工况荷载效率工况项目设计荷载试验荷载荷载效率/%工况1主跨7L/8弯矩/(kN·m)47 480.3045 539.4095.90主跨7L/8竖向变形/m-1.12-1.1199.00工况2主跨L/2弯矩/(kN·m)39 509.4036 467.0092.30工况3塔底弯矩/(kN·m)91 948.8079 285.8098.60工况4塔顶纵向位移/m-0.13-0.1288.80工况5主跨L/2竖向变形/m-1.30-1.2293.90工况6主跨7L/8附近吊索轴力/kN136.60119.7087.60工况7主跨3L/4竖向变形/m-1.58-1.5095.20工况8梁端纵向位移/m0.340.3191.00工况9主跨5L/8弯矩/(kN·m)40 802.2038 050.7093.30工况10塔底弯矩/(kN·m)84 834.2074 278.0087.60塔顶纵向位移/m-0.11-0.1188.10主跨L/2竖向变形/m-0.98-0.8990.60工况11主跨3L/4竖向变形/m-1.20-1.1192.40梁端纵向位移/m0.260.2390.10注：竖向变形负值为向下，南岸塔顶纵向位移负值为向北岸。2.3试验结果结构校验系数是指试验荷载作用下结构应变或变形实测值与理论计算值的比值。悬索桥各工况静载试验工况校验系数如表3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.T003表3静载试验工况校验系数测试项目工况1、6工况2工况3、4、5工况7、8工况9工况10工况11主梁应力0.57~0.740.62~1.00—0.90~1.050.72~0.80——主梁挠度0.76~0.870.98~1.000.82~1.040.80~0.910.62~0.920.95~1.000.74~0.97桥塔偏位0.78~0.990.980.980.860.980.990.98由表3可以看出，各控制截面的应力与变形状况与理论计算值基本吻合，应力和变形校验系数基本接近或小于1，部分应力和变形校验系数大于1。由于规范并未给出悬索桥试验校验系数的常值范围，结合马鞍山长江大桥、泰州长江大桥等悬索桥的试验结果，建议悬索桥主梁应力和挠度的检验系数最大值为1.05[5]。3动载试验动载试验包括自振特性试验和动力响应试验（含无障碍行车试验、有障碍行车试验、制动试验），主桥动载试验内容如表4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.T004表4主桥动载试验内容工况试验项目测试内容及车速备注工况1自振特性试验主桥结构自振频率、振型及阻尼比—工况2无障碍行车试验动应变、冲击系数，车速10 km/h—工况3动应变、冲击系数，车速20 km/h—工况4动应变、冲击系数，车速30 km/h—工况5动应变、冲击系数，车速40 km/h—工况6有障碍行车试验动应变、冲击系数，车速15 km/h中跨1/2处有障碍工况7制动试验动应变、冲击系数，车速35 km/h中跨1/2制动3.1自振特性试验根据自振振型理论计算结果并考虑现场实测的方便性，布置纵向、横向、竖向测点数66个。桥面9个测量截面，共36个测点；主缆5个测量截面，共22个测点；索塔2个测量截面，共8个测点。主桥自振特性测点布设位置如表5所示，主桥自振特性试验测试结果如表6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.T005表5主桥自振特性测点布设位置序号测点位置上游下游竖向横向纵向竖向横向纵向1加劲梁1/8截面○○○○2加劲梁3/16截面○○○○3加劲梁1/4截面○○○○4加劲梁3/8截面○○○○5加劲梁1/2截面△△△△6加劲梁5/8截面○○○○7加劲梁3/4截面○○○○8加劲梁13/16截面○○○○9加劲梁7/8截面○○○○10北边跨主缆1/2截面○○○○11中跨主缆1/4截面○○○○12中跨主缆1/2截面○○○○○○13中跨主缆3/4截面○○○○14南边跨主缆1/2截面○○○○15北索塔塔顶○○○○16南索塔塔顶○○○○注：“○”和“△”代表有布置加速度计，“△”代表公共点。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.T006表6主桥自振特性试验测试结果阶次计算频/Hz实测频率/Hz实测阻尼比/%描述10.1030.1551.527加劲梁对称横弯20.1190.1630.872加劲梁纵飘30.1680.1840.560加劲梁反对称竖弯40.1990.2030.341加劲梁对称竖弯50.2670.2810.466加劲梁对称竖弯60.3430.3600.630加劲梁反对称竖弯70.4040.4110.161边跨主缆横弯80.4070.4240.340中跨主缆横弯90.4150.4540.080边跨主缆横弯文章受篇幅限制，仅列出第3阶自振特性实测结果，如图4所示。可以看出，桥梁结构实测振型与计算振型阶次、振动方式符合较好，主要实测频率大于或等于相应阶次计算频率，表明桥梁动态刚度良好。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.F004图4第3阶自振特性实测结果3.2动力响应试验实测冲击系数与理论冲击系数对比如表7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.02.008.T007表7实测冲击系数与理论冲击系数对比试验项目试验截面序号车速/（km/h）计算冲击系数平均值理论冲击系数(f1.5 Hz)无障碍行车试验主跨跨中L/21100.010.052200.030.053300.030.054400.030.05主桥3L/4跨北侧1.5 m处5100.010.056200.010.057300.030.058400.020.05有障碍行车试验主跨跨中L/21150.030.05刹车试验主跨跨中L/21350.050.05动力响应试验是通过测试关键断面的动应变变化，通过动应变时程曲线计算冲击系数。动应变测点布设在主跨跨中L/2截面、主桥3L/4跨北侧1.5 m处（避开横隔板），在底板布置3个动应变测点。由表7可以看出，实测主跨跨中冲击系数小于理论计算值，表明主桥结构行车性能较好，桥面平整度较好，车辆对桥面的冲击效应基本满足现行公路桥规要求。4结语文章荷载试验采用软件BNLAS分析汽车活载作用下的结构内力、变形及自振特性，并按照结构最不利受力和代表性原则确定控制截面，按照计算振型特征确定自振特性测点布置。通过测试结构的校验系数、自振特性和冲击系数，全面分析了主桥的正常使用状态和承载能力，具体结论：（1）在静力试验荷载下，各控制截面的应力与变形状况与理论计算值基本吻合，应力和变形校验系数基本接近或小于1。（2）在环境振动下，大桥固有振动振型阶次与理论计算值吻合，实测频率略高于理论值，实际刚度大于理论计算刚度。（3）在不同行车速度的车辆荷载作用下，结构实测冲击系数均较小，运动车辆行车舒适度良好。马普托大桥主桥悬索桥的结构动静力性能满足设计和规范要求，具有承受预定设计荷载的足够的强度和刚度。