青岛海湾大桥青岛端接线工程C6#桥动静载试验报告.doc

检 验 报 告TEST REPORT报告编号（NO）：2012-TZQL-095 检 验 类 别： 委 托 检 验 Test Type样 品 名 称： C6#桥 Sample of Description 委 托 单 位： 青岛诚投路桥发展有限公司 Client工 程 名 称：青岛海湾大桥（北桥位）青岛端接线工程Name of engineering山东铁正工程试验检测中心有限公司Shandong Tiezheng Engineering Test Inspection Center Co.,Ltd目 录1工程概况12 试验目的及依据12.1 检测目的12.2 检测依据13 静动载试验实施方案23.1 静载试验23.3 动载试验（脉动试验）94 试验准备及过程104.1 现场的准备工作104.2 测试仪器的准备工作104.3 内业的准备工作104.4 试验过程115 静载试验成果整理及分析115.1 桥梁承载能力的评定方法115.2 静载试验资料的整理分析135.3 静载试验分析146 动载试验成果整理分析176.1脉动试验结果整理176.2脉动试验结果分析197 静动载试验结论198部分试验照片20青岛海湾大桥（北桥位）青岛端接线工程C6#桥动、静载试验报告 2012-TZQL-0951工程概况青岛海湾大桥青岛端接线工程中桥梁工程是青岛海湾大桥（北桥位）青岛端接线工程的重要组成部分，也是整个工程的关键和控制性工程。桥梁西起海湾大桥李村河互通立交东侧，向东跨过四流路、规划周口路、重庆路、台柳路、黑龙江路、海尔路等主要道路，接规划长沙路，形成青岛市快速路系统的第三“横”。桥梁工程包括三段主线高架、重庆路立交、黑龙江路立交、海尔路立交六大部分，高架桥以三座立交为界分为西中东三段：西段为跨海大桥分界点至重庆路立交段，高架沿李村河河道架设，上跨胶济铁路、胜利桥（四流路跨李村河桥）和规划周口路，向东接重庆路立交，该段高架包括四流中路立交和周口路立交（该立交远期实施）；中段高架沿张村河河道架设，西起重庆路立交终点，向东接黑龙江路立交；东段高架沿张村河河道架设，西起黑龙江路立交终点，向东接海尔路立交，包括株洲路、海尔工业园路以及长沙路跨张村河桥。本次所检测的C6#桥主跨形式为30m+40m+35m预应力混凝土连续箱梁，我公司根据其结构形式对本桥进行了动、静载承载能力评定试验。2 试验目的及依据2.1 检测目的(1) 通过测定桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，检验桥梁的承载能力是否满足正常使用状况的要求，为交（竣）工验收提供科学依据；(2) 测定桥梁结构在试验荷载作用下的动力响应，以评估实际结构的动力性能；(3) 通过荷载试验建立桥梁初始技术档案。2.2 检测依据(1) 城市桥梁设计准则（GJJ11-93）；(2) 城市桥梁设计荷载标准（GJJ77-98）；(3) 公路工程技术标准（JTG B01-2003）；(4) 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；(5) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）；(6) 公路工程质量检验评定标准（土建工程）（JTG F80/1-2004）；(7) 大跨径混凝土桥梁的试验方法（交通部公路科学研究所 1982/10 北京）；(8) 公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG/T J212011）(9) 委托方提供的有关设计资料。3 静动载试验实施方案3.1 静载试验3.1.1测试目的静载试验的目的是通过荷载试验，了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，从而判断桥梁结构的安全承载能力及预见桥梁的运营质量。对于一些在理论上难以计算的部位，通过荷载试验可达到直接了解其受力状态的目的。针对本桥而言，主桥的结构型式为三跨连续箱梁，对本桥实施静载试验，目的是为了考核桥梁结构在试验荷载作用下正弯矩控制断面的应力效应、挠度变化、负弯矩控制断面的应力效应和支座剪力控制截面的应力效应，以评定其承载能力，为竣工验收提供依据。3.1.2 测试截面的确定利用桥梁结构分析专用程序Midas/Civil对该桥进行结构计算分析。该桥横向设计为6个车行道，计算时采用公路-I级荷载加载，按6车道布载，并按照规范取0.55的横向折减系数。活载作用下主桥的弯矩包络值如图3-1所示，根据主桥活载作用下的内力包络图，可确定各测试控制截面，根据包络图最终确定各控制截面具体位置如图3-2所示。图3-1 主桥活载作用下弯矩图图3-2主桥测试截面位置示意图（单位：m）各测试截面的具体测试内容如下表3-1所示。表3-1 各测试截面测试项目表序号检测对象测试内容1试验跨正弯矩控制截面()主梁应力、挠度、裂缝2试验跨负弯矩控制截面()主梁应力、裂缝3试验跨正弯矩控制截面()主梁应力、挠度、裂缝3.1.3主要检测项目的检测方法1）应变检测方法：应变检测，首先是在测试构件上粘贴JMZX-215型振弦式应变计，使用JMZX-3000综合测试仪进行测量；2）挠度及变位检测方法：挠度检测采用精密水准仪配备测微器、铟钢尺进行测量。3.1.4静载试验测点布置（1）应变、挠度测点布置根据静载试验检测项目的需要，测试断面的测点布置如图3-3、3-4所示，总计应变测点15个，挠度测点10个。图3-3 、截面挠度、应变测点布置示意图图3-4 截面应变测点布置示意图3.1.5 加载工况及试验荷载布置方式（1）加载工况本桥按照公路I级设计标准活载计算荷载效应，按等效车辆荷载确定测读工况，整个静载试验按以下3个控制工况进行：1. 试验联边跨跨中最大正弯矩偏心加载工况；2. 试验联中跨跨中最大正弯矩偏心加载工况；3. 试验联中跨支点最大负弯矩对称加载工况。（2）加载车型静载试验采用34t重车进行等效加载，车辆参数如表3-2，车型如图3-5所示。车队纵向位置按Midas/Civil软件计算的影响线进行布设，为保证试验效果，对于某一特定荷载工况，试验荷载的大小和加载位置的选择采用静载试验效率系数进行控制，静力试验荷载的效率系数即为试验施加荷载产生的作用效应和设计荷载作用效应（考虑冲击影响）的比值一般应满足0.851.05之间。静载试验效率为：式中：静载试验荷载作用下控制截面的内力计算值；控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值；按规范取用的冲击系数；静力试验荷载的效率系数。表3-2 试验加载车辆参数表序号车牌号轴重(kN)轴距(cm)轮距(cm)前轴中轴+后轴总重前轴中轴中轴后轴1鲁B4339968.1272.0340.12901401802鲁BL191368.0272.6340.62901401803鲁BG522368.4272.5340.92901401804鲁BG909068.2272.3340.52901401805鲁BK756867.8272.5340.42901401806鲁BM311267.8272.8340.52901401807鲁B4336267.8271.8339.52901401808鲁B4356068.3272.0340.3290140180图3-5 重车加载车型图 （尺寸单位：cm）（3）各控制截面实际加载效率根据该桥在正常使用极限状态下的弯矩及剪力包络图可以得到各控制截面的最不利荷载效应。各控制截面的最不利加载效应计算值及实际加载值见表3-3所示。表3-3 各控制截面计算及实际加载效应对比表加载工况主测断面试验项目试验荷载效应设计荷载效应荷载效率系数（）1应力、挠度、裂缝13825kNm13700kNm1.012应力、挠度、裂缝13825kNm13700kNm1.013应力、挠度、裂缝13125kNm12856kNm1.024应力、挠度、裂缝13125kNm12856kNm1.025应力、沉降-9012kNm-9106kNm0.99（3）主桥加载工况及其车辆荷载纵横向布置工况1、2：截面最不利正弯矩的加载试验，分偏载和中载两种工况加载。测试项目：加载前、加载后及卸载后箱梁截面挠度、应力，截面弯矩影响线见图3-6，车辆加载见图3-7。. 图3-6 截面弯矩影响线a）纵向加载示意图b)横向加载示意图图3-7 工况1、2车辆加载示意图工况3、4：截面最不利正弯矩的加载试验，分偏载和中载两种工况加载。测试项目：加载前、加载后及卸载后箱梁截面挠度、应力，截面弯矩影响线见图3-8，车辆加载见图3-9。图3-8 截面弯矩影响线a）纵向加载示意图b)横向加载示意图图3-9 工况3、4车辆加载示意图（cm）工况5：截面最不利负弯矩加载试验，为中载加载。测试项目：加载前、加载后及卸载后箱梁截面应力，截面弯矩见图3-10，车辆加载见图3-11。图3-10 截面弯矩影响线a）纵向加载示意图b)横向加载示意图图3-11工况5车辆加载示意图3.3 动载试验（脉动试验）（1） 测点布置与测量方法在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，通过高灵敏度动力测试系统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微幅振动响应，测得结构的自振频率、振型和阻尼比等动力学特征。加速度传感器在桥面横向布置在桥面两侧，测点布置如图3-12所示。图3-12加速度传感器布置图（2）试验处理方法 频率分析采用CRAS软件分析系统对测试数据进行频谱分析，根据相关自相关谱、互相关谱、各点相位及相干系数确定各阶频率。 阻尼分析结构阻尼系数用阻尼比Dn表示为：(其中：An表示第n次振动时的振幅)。试验中采用频谱图中的半功率谱带宽来计算阻尼比Dn：(其中：表示第n阶频率，表示第n阶半功率带宽频率)。 振型分析振型分析主要采用CRAS软件分析系统作传函分析来确定各测点的幅值大小和相位，从而得出桥梁结构的振型。4 试验准备及过程4.1 现场的准备工作检测小组于2012年7月12日进场，于2012年7月15日完成试验的准备工作，包括梁底混凝土打磨、混凝土表面应变计、应变片粘贴、导线的连接、测点编号以及桥面车辆荷载停放位置的放样等。4.2测试仪器的准备工作所有的仪器设备均根据本桥动静载试验需要而配置，并满足本动载试验精度要求。试验所用的主要仪器设备如表4-1，均在标定有效期内。表4-1 试验主要仪器设备表序号仪器设备名称规格型号单位数量备 注1综合测试仪JMZX-3000台2台长沙金码2高精度水准仪DSZ-2套2套莱卡3测微器ZXS1套2套/4铟钢尺/套2套/5裂缝观测仪DJCK-2台1台放大50倍6智能弦式数码应变计JMZX-215套19套长沙金码7发电机/台1/8笔记本电脑Tingkpad台1/9数码相机Sony架2/10振动及动态信号采集分析系统CRAS V7.0套1配备超低频941B拾振器4.3 内业的准备工作内业主要完成表面应变计的标定，导线的编排，仪器设备的调试等项目，为现场试验的顺利进行做好准备。4.4 试验过程本桥试验于2012年7月15日完成，试验过程无异常情况发生。正式荷载试验是整个桥梁试验的核心内容，其试验过程如下：(1) 桥梁预压全桥预压，加载车以5km/h的速度驶过试验桥面，然后退回。(2) 仪器调试试验仪器能否正常工作是试验成功的关键，因此在桥梁预压时对相关测试仪器进行了仔细的调试，以保证正式加载试验时仪器的正常工作。(3) 静载初读数测量、读数记录人员各司其职，进行正式加载开始时的零荷载读数。(4) 加载安排专人指挥车辆摆放，并根据试验方案在桥面上标出详细的加载位置进行停放。(5) 稳定后读数加载后结构的变形和内力需要有一个稳定过程，试验时以控制点的应变值、挠度值索塔偏位值稳定为准，只要读数波动值在测试仪器的精度范围以内，就认为结构已处于相对稳定状态，可以测量读数。(6) 卸载读数一个工况结束，荷载退下桥去，各测点要读回零值，同样要有一个稳定过程。读完本次数据后即完成了一个工况，重复以上步骤进行下一工况的试验测试。5 静载试验成果整理及分析5.1 桥梁承载能力的评定方法经过荷载试验的桥梁，应根据整理的试验资料，分析结构的工作状况，进一步评定桥梁承载能力和桥梁概况。结构性能评定根据如下：一是按施工图进行计算得到的理论检算值；二是按规范规定的挠度、强度和裂缝容许值。主要可以结合结构的具体情况，从以下几个方面来对次桥进行评定。(1) 校验系数校验系数是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标，可以从中判定桥梁结构的承载能力的工作状态。实测结构校验系数h是试验的实测值与理论计算值的应力或挠度之比，它反映结构的实际工作状态。实测应力测应力理论应力对于应力，则： h= 实测挠度理论挠度对于挠度，则： h=当h1时，说明理论计算偏于安全，结构尚有一定的安全储备。这种情况说明桥梁结构的工作状况良好。值越小说明结构的安全储备越大，但值不宜过大或过小，如值过大可能说明组成结构的材料强度较低，结构各部分联结性能较差，刚度较低等。值过小可能说明组成结构材料的实际强度及弹性模量较大，桥的混凝土铺装及人行道等与主梁共同受力，支座摩擦力对结构受力的有利影响，以及计算理论或简化的计算图式偏于安全等等。另外，试验加载物的称量误差、仪表的观测误差等对值也有一定的影响。对于公路桥梁，实测结构校验系数的常用值如表5-1。表5-1 实测结构校验系数的常用值表梁 别项 目结构校验系数预应力砼梁桥混凝土应力0.500.90挠 度0.601.00普通砼梁桥混凝土应力0.400.80挠 度0.500.90钢筋应力0.550.65钢结构桥应 力0.750.95挠 度0.750.95(2) 相对残余变位（或应变）正常运营的桥梁应无残余挠度，突然出现残余挠度，说明该桥受到严重损伤或某处截面进入弹塑性。测点在控制荷载工况作用下的相对残余变位越小，说明结构越接近弹性工作状况。一般要求值不大于20，当大于20时，应查明原因。如确系桥梁强度不足，应在评定时，酌情降低桥梁的承载能力。(3) 结构刚度要求试验荷载作用下，主要测点挠度校验系数应不大于1。各测点的挠度应不超过公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定的允许值。5.2 静载试验资料的整理分析5.2 1 应力计算方法梁顶上、下缘应力由实测的应变按下式求得：式中：实测应变（）； E材料弹性模量（MPa）； ； k表面应变计的最小读数（c/F）； F表面计的实时测量值（F）； F0表面计的基准值（F）； b表面计的温度修正系数（10-6/）；被测结构物的线膨胀系数，（10-6/）； T温度的实时测量值（）；T0温度的基准值（）。5.2.2 各测点变位与应变的计算根据量测数据作下列计算总变位（或总应变）StSlSi弹性变位（或弹性应变）SeSlSu残余变位（或残余应变）SpStSeSuSi式中：Si加载前测值；Sl加载达到稳定时测值；Su卸载后达到稳定时测值。引入相对残余变位（或应变）的概念描述结构整体或局部进入塑性工作状态的程度。相对残余变位（或应变）按下式计算：式中：相对残余变位（或应变），Sp、St意义同前。5.2.3 主要测点弹性变位（或应变）与相应的理论检算值的关系列出各加载程序时主要测点实测弹性变位（或应变）与相应的理论检算值的对照表。5.3静载试验分析5.3.1 挠度数据分析挠度数据具体见以下图表，挠度变化向下为正。表5-2各工况加载作用下测点挠度数据分析表（单位：mm）加载工况测点编号对称加载计算值校验系数偏载加载实测值平均值实测值平均值偏载系数工况1、215.295.355.530.975.845.371.0925.465.6135.375.3145.255.1555.364.93工况3、415.635.685.920.966.165.761.0725.715.9235.505.7945.735.5655.855.39图5-1各工况作用下挠度（平均值）数据对比分析图5.3.2 残余变形分析表5-3 各加载工况作用下测点相对残余变形表（）加载工况测点编号对称加载偏载加载工况1、212.11.422.41.531.61.641.71.651.31.7工况3、411.61.722.02.031.61.641.71.651.51.9从表中所计算的相对残余变形可以看出，在试验荷载作用下，各测试断面卸载后其相对残余变形均在大跨径混凝土桥梁的试验方法规定的20范围以内，说明结构产生的变形能够得到恢复，表明结构处于线弹性工作状态。5.3.3 应力数据分析应力数据见以下图表，应力以拉为正，以压为负.表5-4各工况加载作用下测点应力数据分析表（单位：MPa）加载工况测点编号对称加载计算值校验系数偏载加载实测值平均值实测值平均值工况1、221.341.371.570.871.421.3631.381.3741.381.291-1.06-1.07-1.240.86-0.97-1.005-1.08-1.02工况3、421.481.491.660.901.621.5231.521.5341.471.421-1.18-1.17-1.360.86-1.01-1.105-1.16-1.18工况51-0.53-0.58-0.720.812-0.613-0.640.650.680.870.7850.7图5-2各工况作用下底缘应力（平均值）数据对比分析图图5-3各工况作用下顶缘应力（平均值）数据对比分析图5.3.4 静载试验小结（1）在试验荷载作用下，各控制截面挠度实测值均小于理论计算值，挠度校验系数小于1.0，且最大实测挠度远小于L/600，结构刚度满足设计要求；（2）在试验荷载作用下，各测试截面的关键测点应力值均小于理论计算值，应力校验系数小于0.9，结构强度满足设计要求；（3）在试验加载前后，未发现结构混凝土构件有明显新增裂缝，结构抗裂性满足要求；（4）位移测试控制截面量测的相对残余变形均满足大跨径混凝土桥梁的试验方法总第3.19.2条规定10.2，表明卸载之后结构的变形能够及时恢复，结构处于弹性工作状态。6 动载试验成果整理分析6.1脉动试验结果整理表6-1桥梁自振特性实测值与理论计算值对比表频率阶数自振频率阻尼比（）fmi/fdi实测值fmi计算值fdi13.303.291.161.0025.554.911.121.1337.306.490.441.12图6-1一阶振型图图6-2二阶振型图图