广西黔桂线德胜公路立交桥荷载试验报告初稿

1、广西黔桂线德胜公路立交桥荷载试验报告*二一六年五月项目名称：广西黔桂线德胜公路立交桥桥梁荷载试验委托单位：*承担单位：*资质证书号：*计量认证证书号：*说明：1、报告无骑缝章及检测报告专用章无效；2、报告复印无重新加盖检测专用章无效；3、报告无检测、编写、校核、批准人签名无效；4、报告涂改无效；5、对检测报告若有异议，应于收到报告之日起十五日内向检测单位提出书面申诉，否则按认可检测报告处理。检测单位地址：*邮政编码：*电 话：*目 录1 工程概况52 检测目的及内容82.1 试验目的82.2 试验内容83 试验方法、依据及试验设备83.1 试验方法83.2 试验依据83.3 试验设备94 荷载

2、试验测点布置94.1 静载试验测点布置94.2 动载试验测点布置115 试验前准备115.1 不利汽车荷载及加载试验荷载的计算115.2 加载车准备及载重115.3 桥梁有限元计算126 试验加载程序136.1 静载试验136.2 动载试验156.3 静载试验终止加载的控制条件157 试验结果及分析157.1 静载应力（应变）成果分析167.2 静载挠度成果分析177.3 动态测试成果187.3.1 振动频率187.3.2 动应力测量197.3.3 振动速度207.3.4 冲击系数计算217.3.5 振动阻尼比218 荷载试验结论229 现场检测照片23附件1 现场检测见证确认表241 工程概

3、况广西黔桂线德胜公路立交桥为跨线立交桥，与黔桂铁路交点里程为GK0+275=D1K130+707.58，桥梁位置见图1-1。桥梁全长60.11m，上部结构采用1×35.8m预应力混凝土斜交箱梁，下部结构为U型桥台及桩基础、明挖扩大基础；桥面宽度为净7.3m行车道+2×1.0m人行道，桥面铺装采用C40聚丙烯纤维混凝土现浇铺装层；0号桥台、1号桥台处各设置一道CD-40型伸缩缝，支座采用GYZ350×55mm圆形板式橡胶支座。该桥与桥下铁路斜交30度，两桥台锥坡采用35cm厚M10浆砌片石，下设10cm厚碎石垫层，护坡末端与铁路两侧路堑边坡顺接。桥梁横断面布置图见图

4、1-2，桥梁立面图见图1-3，基础平面布置图见图1-4。桥梁主要技术指标与材料：设计标准：（1）荷载等级：公路-级；（2）标准跨径采用35.8m；（3）与铁路斜交30度；（4）桥面宽度9.3m（1.0m+7.3m+1.0m）。2块2.2m宽中板，2块2.2m宽边板；（5）上部结构采用35.8m预应力混凝土斜交箱梁。主要材料：（1）箱梁采用C50混凝土预制；（2）桥面铺装采用21.3cm厚C40聚丙烯纤维混凝土；（3）明挖扩大基础采用C20混凝土，承台采用C25钢筋混凝土；（4）桥台台身采用C20混凝土，台帽采用C30混凝土；（5）栏杆采用镀锌钢管；（6）人行道采用C30混凝土。图1-1 德胜公

5、路立交桥桥梁位置图图1-2 桥梁A-A横断面布置图（尺寸单位：cm）图1-3 桥梁立面图（尺寸单位：cm）图1-4 桥梁基础平面布置图（尺寸单位：cm）2 检测目的及内容2.1 试验目的桥梁荷载试验的目的是对桥梁结构的实际承载力进行检验，通过对试验数据分析，判断桥梁是否达到设计要求，为桥梁竣工验收提供依据，为桥梁后期营运安全管理提供技术资料。2.2 试验内容(1)在静荷载作用下测试桥梁各控制部位的应力；(2)在静荷载作用下测试桥梁各控制部位的竖向位移（挠度）值；(3)测定桥梁结构在车辆荷载作用下的冲击系数、动挠度、振动频率等；(4)测定桥梁结构的固有频率及振动阻尼特性。3 试验方法、依据及试验

6、设备3.1 试验方法德胜公路立交桥桥梁荷载试验按公路-级汽车荷载加载，且用汽车等效荷载加载，荷载标准及加载方法按照公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2015）、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）、公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG/T J21-2011），以及现场检测成果和理论分析计算结果，制定了该桥静载、动载试验方案。3.2 试验依据（1）公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2015）；（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；（3）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；（4）公路桥梁承载能力检测评定规

7、程（JTG/T J21-2011）；（5）公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）；（6）城市桥梁养护规范（CJJ99-2009）；（7）有关设计文件。3.3 试验设备（1）TDS-602多功能数据采集仪（日本TML，仪器编号：C-26，有效期至：2016年5月9日）；（2）智能信号采集处理分析仪（仪器编号：C-21，有效期至2016年6月22日）；（3）应变放大器（日本三荣，仪器编号：C-27，有效期至：2016年5月9日）；（4）精密水准仪（德国徕卡NA2，仪器编号C-53，有效期至2016年5月14日）；（5）速度传感器（国家地震局力学所，仪器编号：C-22、C-23，有效期至201

8、6年6月22日）。4 荷载试验测点布置德胜公路立交桥上部结构采用1×35.8m预应力混凝土斜交箱梁，根据桥梁的结构特点、现场实际情况，本次荷载试验选取桥梁跨中截面进行试验，试验控制截面为跨中I-I截面，试验截面纵向布置图如图4-1。图4-1 试验截面纵向布置图（尺寸单位：cm）4.1 静载试验测点布置（1）应力测点布置在桥梁跨中I-I截面布置应力测点,根据该桥有限元模型的受力计算，得出最大受力的典型位置，在典型位置上布置轴向受力测点。I-I截面布置4个应力测点，全桥共布置4个应力测点。应力测点截面纵向布置图见图4-2，横向布置图见图4-3。（2）挠度测点布置在桥梁跨中截面布置挠度测点

9、，I-I截面布置3个垂直挠度测点，左中右各一个，全桥共布置3个挠度测点。挠度测量使用精密水准仪进行量测，挠度测点截面纵向布置见图4-2，横向布置图见图4-3。图4-2 应力及挠度测点纵向布置图（尺寸单位：cm）图4-3 I-I截面应力及挠度测点横向布置图图4-4 I-I截面速度传感器横向布置图4.2 动载试验测点布置（1）速度测点：在桥梁跨中试验截面（I-I截面）布置一个横桥水平向及一个竖向速度传感器。全桥共布置2个速度传感器，速度测点横桥向布置见图4-4。（2）动应力测点：在桥梁跨中试验截面（I-I截面）选取2个测点（1#、2#测点）作为动应力测点，全桥共布置2点动应力测点。测点横桥向布置见

10、图4-3。5 试验前准备5.1 不利汽车荷载及加载试验荷载的计算试验前先进行不利试验荷载及检算荷载的计算，本试验采用等效荷载进行加载。试验前先根据桥梁工程所在地情况，确定试验加载用车的轴重和轴距标准，计算各截面内典型杆件轴力（弯矩）影响线，根据轴力（弯矩）影响线确定试验布载。计算桥梁试验荷载及检算荷载作用下的杆件内力，得出和，静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力、应力或变位的最大计算效应值；检算荷载产生的同一加载控制截面内力、应力或变位的最不利效应计算值；按规范取用的冲击系数值（根据计算的基频），加载效率，进行试验荷载布载时使=0.951.05，以符合公路桥梁承载能力检测

11、评定规程（JTG/T J21-2011）要求。根据试验布载计算确定试验荷载的试验车辆数、轴重和加载位置，采用有限元程序计算相应工况下各测点应力、挠度的理论计算值，以在试验过程中进行监控和试验后进行分析比较。经计算，本桥试验荷载等级与设计相同，均为公路-级。桥梁试验采用2辆600kN双后轴试验车进行加载。5.2 加载车准备及载重根据计算结果确定实际加载车辆的轴重和加载位置，并在加载前统一过磅称，严格控制加载车辆的轴重，在静载试验后用一辆车进行动载试验。加载车轴距、轮距见图5.2-1，参数见表5.2-1。图5.2-1 加载车轴距及轴重图（尺寸单位：cm）表5.2-1 加载车参数表序号车牌前轮重（k

12、N）后轮重（kN）总重（kN）1桂M08769107.0500.8607.82桂M06158105.0500.6605.65.3 桥梁有限元计算全桥采用有限元软件Midas-civil建模，全桥采用梁和板单元建模，桥梁箱梁材料采用C50混凝土，边界条件用铰支模拟，桥梁铺装C30混凝土，人群荷载换算成压力荷载作用到桥面上。全桥有限元模型图如图5.3-1所示。图5.3-1全桥有限元模型图6 试验加载程序6.1 静载试验（1）工况1: 桥梁跨中I-I截面下缘各测点受拉不利，用2辆600kN双后轴重车进行I-I截面正载试验，测试I-I截面下缘相应测点的应力值及挠度测点的挠度值，检算荷载作用下I-I截面

13、弯矩为1956.28kNm，静力试验荷载作用下I-I截面弯矩为1918.32kNm，加载效率为0.98，加载图见图6.1-1、图6.1-2和图6.1-5。（2）工况2: 桥梁跨中I-I截面下缘各测点受拉不利，用2辆600kN双后轴重车进行I-I截面偏载试验，测试I-I截面下缘相应测点的应力值及挠度测点的挠度值，检算荷载作用下I-I截面弯矩为2079.57kNm，静力试验荷载作用下I-I截面弯矩为2053.55kNm，加载效率为0.99，加载图见图6.1-3、图6.1-4和图6.1-6。图6.1-1 工况1加载立面布置图（尺寸单位：cm）图6.1-2 工况1加载平面布置图（尺寸单位：cm）图6.

14、1-3 工况2加载立面布置图（尺寸单位：cm）图6.1-4 工况2加载平面布置图（尺寸单位：cm）图6.1-5 工况1汽车荷载横向布置图（尺寸单位：cm）图6.1-6 工况2汽车荷载横向布置图（尺寸单位：cm）6.2 动载试验（1）工况1（跑车工况）：用一辆600kN的汽车以20km/h的速度从桥上驶过，测试I-I截面测点的动应力和强迫振动的频率。（2）工况2（刹车工况）：用一辆600kN的汽车以20km/h的速度在I-I截面处刹车，测试I-I截面的动应力和振动特性。（3）工况3（跳车工况）：用一辆600kN的汽车在I-I截面越过15cm高的三角木然后刹车，测试桥梁的振动特性。6.3 静载试验

15、终止加载的控制条件荷载试验的加载程序按以上工况顺序进行。（1）荷载试验的加载程序按以上工况顺序进行，荷载由小到大逐渐递增，每上一列车辆进行控制截面测点应变及位移的监测。（2）加载严格按照程序进行，荷载车经称重合格后才能加载。（3）发生下列情况时停止加载：控制测点应力值已达到或超过用弹性理论或按规范安全条件反算的控制应力值时；控制测点的变位（或挠度）超过规范允许值时；由于加载，使结构裂缝的长度、宽度急剧增加，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。7 试验结果及分析静载测试的加载过程，包括加载卸载、加卸载时间间隔等都严格按试验规程进行，并逐级加载。在加载过程

16、中观测测点的应变和位移变化及卸载后的综合回弹状况，待变形稳定后测读相关应变及竖向位移。7.1 静载应力（应变）成果分析各工况在相应荷载作用下，测点应力实测值及有限元计算值列于表7.1-1表7.1-2（预应力混凝土箱梁C50混凝土弹性模量采用3.45×104MPa），表中给出的应力值以拉应力为正，压应力为负，从表中可以看出： 工况1（桥梁跨中I-I截面最不利正载工况）：截面各测点应力测试值与有限元计算结果规律基本一致，各测点实测值小于理论计算值。在该工况荷载作用下桥梁跨中I-I截面混凝土箱梁下缘测点为拉应力，最大拉应力为2.79MPa，相应的理论计算值为5.20MPa。桥梁跨中I-I截

17、面混凝土箱梁测点应力实测值与计算值对比示意图见图7.1-1。叠加上恒载应力和预应力后混凝土箱梁下缘测点均为压应力，最大压应力值为-5.72MPa，小于箱梁混凝土轴心抗压强度设计值fcd=22.4MPa。成果见表7.1-1。表7.1-1 桥梁跨中-截面最不利正载工况应力测试成果表 单位：工况测点号实测值计算值恒载值（包括预应力）恒载+测试活载工况1跨中-截面最不利正载1#1.903.51-7.62-5.722#2.765.24-7.62-4.863#2.795.20-7.44-4.654#2.453.73-7.51-5.06 工况2（桥梁跨中I-I截面最不利偏载工况）：截面各测点应力测试值与有限

18、元计算结果规律基本一致，各测点实测值小于理论计算值。在该工况荷载作用下桥梁跨中I-I截面混凝土箱梁下缘测点为拉应力，最大拉应力为2.83MPa，相应的理论计算值为4.99MPa。桥梁跨中I-I截面混凝土箱梁测点应力实测值与计算值对比示意图见图7.1-1。叠加上恒载应力和预应力后混凝土箱梁下缘测点均为压应力，最大压应力值为-6.51MPa，小于箱梁混凝土轴心抗压强度设计值fcd=22.4MPa。成果见表7.1-2。表7.1-2 桥梁跨中-截面最不利偏载工况应力测试成果表 单位：工况测点号实测值计算值恒载值（包括预应力）恒载+测试活载工况2跨中-截面最不利偏载1#1.734.05-8.24-6.5

19、12#2.484.14-8.22-5.743#2.794.34-8.09-5.304#2.834.99-8.08-5.25卸载后，各应变测点的残余变形小于5，证明桥梁结构尚在弹性变形范围内，根据桥梁抗力计算及测试结果综合分析，桥梁强度满足公路-级荷载要求。图7.1-1 桥梁跨中-截面加载工况应力测点实测值与计算值对比示意图7.2 静载挠度成果分析每一工况试验加载过程，在测量应变的同时，也测量试验跨跨中挠度变形情况。表7.2-1列出了德胜公路立交桥各种不利荷载下测试点的挠度实测值，同时也将理论计算值列于表中。从表中看出，实测值与理论计算值规律基本一致，实测值均小于理论计算值。实测值与计算值对比示

20、意图见图7.2-1。实测挠度最大值为跨中I-I截面在工况2（跨中偏载工况）作用下河池侧测点的7.23mm，相应理论计算值为14.70mm。实测值比理论计算值小，证明桥梁实际刚度比理论刚度大，且跨中截面实测最大挠度值（7.23mm）远小于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设计值L/600（59.57mm），说明该桥的刚度满足设计荷载要求。表7.2-1 挠度（竖向位移）测试及计算结果汇总表 工况及不利荷载位置测点位置测点正载实测值计算值工况1：跨中-截面最不利正载桥梁跨中-截面柳州侧5.7111.35桥面中心5.9214.51河池侧5.5313.07工况2：跨中-截面最不利偏载桥梁

21、跨中-截面柳州侧5.6710.10桥面中心被车轮压住/河池侧7.2314.70图7.2-1 桥梁跨中-截面加载工况挠度测点实测值与计算值对比示意图7.3 动态测试成果7.3.1 振动频率桥梁振动的固有频率见表7.3-1，实测桥梁固有频率大于计算值，说明桥梁刚度较好，满足设计要求，各测点频域分析的自功率谱图见图7.3-1。从振动功率谱图分析，得出桥梁在跑车工况的振动主频如表7.3-2所示。桥的固有频率与部分跑车振动主频率虽然接近，但分布在跑车振动主频率能量很小，不会引起共振。表7.3-1 固有频率 /Hz项 目1 阶2 阶3 阶实测值计算值实测值计算值实测值计算值桥梁跨中-截面竖向振动3.912

22、.987.624.2816.216.58横向振动0.98/3.13/7.23/表7.3-2 振动主频率 /Hz项 目1 阶2 阶3 阶桥梁跨中-截面竖向振动20km/h跑车工况3.718.0119.28横向振动20km/h跑车工况0.191.172.49-截面竖向振动固有频率-截面水平振动固有频率图7.3-1 振动固有频率自功率谱图7.3.2 动应力测量表7.3-3为各测点的动应力，动应力时程曲线见图7.3-2。该桥在跑车工况下的最大拉应力为1.50MPa，在刹车工况下的最大拉应力为1.80MPa。表7.3-3 动应力值 /MPa 工况测点20km/h跑车工况跨中刹车工况均方根值最大值均方根值

23、最大值桥梁跨中-截面1号测点0.501.310.321.562号测点0.371.500.381.80桥梁跨中-截面1#测点20km/h跑车工况动应力桥梁跨中-截面2#测点20km/h跑车工况动应力图7.3-2（a） 各工况动应力时程曲线图桥梁跨中-截面1#测点刹车工况动应力桥梁跨中-截面2#测点刹车工况动应力图7.3-2（b） 各工况动应力时程曲线图7.3.3 振动速度速度测量结果列于表7.3-4，跨中速度时程曲线见图7.3-3。从表中可看出，该桥在跑车、刹车、落车工况下的测点最大速度是18.58mm/s（竖向），由于中国对于桥梁动态试验没有相应的标准进行判别结果对桥梁的影响，因此参考德国振动

24、安全判据（BRD-DIN4150）：对于一般工业建筑及大型混凝土结构，频率小于10Hz ，安全规程质点振动速度不大于20mm/s，测试结果说明该桥在跑车、刹车、跳车工况下能满足使用条件。表7.3-4 跨中速度值 mm/s 工况测点20km/h跑车工况跨中刹车工况跨中落车工况均方根值最大值均方根值最大值均方根值最大值桥梁跨中I-I截面竖向动速度0.69 3.94 1.33 6.69 2.26 18.58 横向动速度0.15 0.76 0.13 0.76 0.25 1.16 -I截面跨中20km/h速度垂直时程曲线图7.3-3（a） 各工况跨中速度时程曲线跨中-I截面刹车速度垂直时程曲线跨中-I截面落车速度垂直时程曲线图7.3-3（b） 各工况跨中速度时程曲线7.3.4 冲击系数计算用1辆车以20km/h的速度沿桥的机动车道行驶（动载试验跑车工况），测出20km/h车速下跨中截面的最大动应力max及静应力meam，冲击系数按公式：1+ = max/meam计算，该桥在各种跑车工况下的最大冲击系数为0.13，小于按照公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2015）计算的设计冲击系数