鄂东长江大桥荷载试验实例教学文案

1、鄂东长江大桥荷载试验实例总则总则 主桥为（主桥为（3 367.5+72.5+926+72.5+367.5+72.5+926+72.5+367.567.5）m m九跨连九跨连续半飘浮体系的双塔双索面混合梁斜拉桥。续半飘浮体系的双塔双索面混合梁斜拉桥。1900190019001900主1主3主4主5主6主7主8主9主10立 面 图 3x6750+7250=27500926007250+3x6750=2750014760028750（预应力混凝土箱梁）90100（钢箱梁）28750（预应力混凝土箱梁）K5+776.00K7+252.00浠水（北）黄石（南）301130301130主2混凝土箱梁截面图

2、钢箱梁截面图总则总则 工程概况工程概况2010年8月16日提交了包含试验加载轮位的鄂东大桥动静载试验实施细则，并顺利通过专家组评审；于2010年8月25日9月10日期间对大桥的主桥及南北滩桥进行成桥状态测量和外观普查；2010年9月4日9月8日，顺利完成了大桥静动载试验2010年10月中旬，提交了正式试验报告。总则总则显著的几何非线性显著的几何非线性；温度效应复杂温度效应复杂；钢砼结合段钢砼结合段正交异性板正交异性板主塔较高主塔较高振动复杂振动复杂难点难点理论分析难度大理论分析难度大试验试验工作量大工作量大组织工作复杂组织工作复杂安全质量控制安全质量控制高温影响高温影响 主桥结构特点及难点主桥

3、结构特点及难点检验检验承载能力承载能力、工作状态工作状态、可靠性；可靠性；强度及刚度评价，提供验收强度及刚度评价，提供验收、评定、评定、管管养依据养依据；测试测试结构工作状态，检验其是否符合要求结构工作状态，检验其是否符合要求；探索探索特特大桥受力规律，大桥受力规律，积累桥梁积累桥梁实践资料实践资料；了解了解结构结构动力性能，确定运营条件动力性能，确定运营条件、注意事项注意事项；检验施工质量，提供的运营和养护依据检验施工质量，提供的运营和养护依据；提供提供桥梁运营健康监测的桥梁运营健康监测的初始初始状态状态和基础数据和基础数据总则总则 试验目的试验目的总则总则 试验依据试验依据1）湖北鄂东长江

4、公路大桥设计图纸）湖北鄂东长江公路大桥设计图纸2）公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范）公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）3）公路工程技术标准（）公路工程技术标准（JTG B01-2003）4）公路桥涵设计通用规范（）公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）5）公路工程质量检验评定标准（）公路工程质量检验评定标准（JTGF80/12004）6）公路斜拉桥设计规范（）公路斜拉桥设计规范（JT/T4-2004）7）大跨径混凝土桥梁的试验方法（）大跨径混凝土桥梁的试验方法（1982）8）国家现行的其他桥涵工程试验标准、规范、规程）国家现行的其他桥涵工程试

5、验标准、规范、规程9）业主审批）业主审批及专家评审通过的荷及专家评审通过的荷载试验载试验细则细则第二部分第二部分 桥梁状态测量桥梁状态测量外观检测外观检测主桥恒载线形主桥恒载线形恒载索力测试恒载索力测试桥梁状态测量桥梁状态测量桥梁状态测量桥梁状态测量 外观检测外观检测 斜拉索外观；斜拉索外观； 混凝土梁外观；混凝土梁外观； 主塔外观；主塔外观； 钢箱梁及钢混凝土结合段外观；钢箱梁及钢混凝土结合段外观； 桥面铺装层外观。桥面铺装层外观。主体结构主体结构附属结构附属结构 支座；支座； 伸缩缝；伸缩缝； 桥面系桥面系 附属设施。附属设施。方方 法法 资料收集；资料收集； 肉眼观测，照片收集；肉眼观测

6、，照片收集； 仪器测量，数据收集。仪器测量，数据收集。桥梁状况测量桥梁状况测量 主桥主桥总体良好。侧钢混结合段附近钢箱梁内部有水渍，总体良好。侧钢混结合段附近钢箱梁内部有水渍，底板表面轻微锈蚀。底板表面轻微锈蚀。钢箱梁钢箱梁混凝土混凝土 箱梁箱梁总体完好。钢混结合段附近的箱梁内部存在积水总体完好。钢混结合段附近的箱梁内部存在积水，并有少量杂物。检查及荷载试验过程中，边跨混，并有少量杂物。检查及荷载试验过程中，边跨混凝土箱梁未见结构性裂缝。凝土箱梁未见结构性裂缝。钢混结合段钢混结合段表观整体较为完好，内有少量杂物。表观整体较为完好，内有少量杂物。斜拉索斜拉索斜拉索斜拉索PEPE护套、锚头等均较为

7、完好。斜拉索外置护套、锚头等均较为完好。斜拉索外置式阻尼器外观良好。式阻尼器外观良好。支座和支座和伸缩缝伸缩缝状况良好，工作性能正常。状况良好，工作性能正常。桥面系及桥面系及附属设施附属设施外观良好，工作性能正常。外观良好，工作性能正常。l 恒载线形恒载线形注： 主梁线形测点； 塔顶偏位测点。黄石（南）浠水（北）K7+252.00K5+776.0028750（预应力混凝土箱梁）90100（钢箱梁）28750（预应力混凝土箱梁）1476007250+3x6750=27500926003x6750+7250=27500立 面 图 主5主6主10主9主8主7主2主4主3主1钢箱梁截面图混凝土箱梁截面

8、图桥梁状况测量桥梁状况测量 主梁线形测点与监控基本一致：测点横向布置在上下游侧防撞主梁线形测点与监控基本一致：测点横向布置在上下游侧防撞护栏的路沿石顶面；边跨线形测点纵向间距为拉索梁端标准间距护栏的路沿石顶面；边跨线形测点纵向间距为拉索梁端标准间距7.5m7.5m，主跨线形测点纵向间距为拉索梁端标准间距为，主跨线形测点纵向间距为拉索梁端标准间距为15m15m。 主桥主桥 主桥主桥从测量结果可以看出，主桥恒载线形总体上较为光滑平顺。从测量结果可以看出，主桥恒载线形总体上较为光滑平顺。主桥桥面设计高程标记点处的恒载线形图主桥桥面设计高程标记点处的恒载线形图测量仪器：水准仪、全站仪；测量仪器：水准仪

9、、全站仪；测量时间：测量时间：20102010年年9 9月月8 8日下午日下午16:0016:0018:3018:30；测量气温：测量气温：26262828；测量风力：微风（测量风力：微风（3 3级），无持续风向。级），无持续风向。 桥梁状况测量桥梁状况测量 恒载索力恒载索力桥梁状况测量桥梁状况测量恒载总索力与二恒铺装后理恒载总索力与二恒铺装后理论恒载总索力的差值约为论恒载总索力的差值约为 -2.2%，实测索力与理论值，实测索力与理论值相比总体上略为偏小。相比总体上略为偏小。上游侧总索力与下游侧总上游侧总索力与下游侧总索力的比值为索力的比值为99.74%,上上下游侧索力总体偏差不大。下游侧索力

10、总体偏差不大。 根据根据鄂东长江公路大桥主桥主梁及拉索施工控制手册鄂东长江公路大桥主桥主梁及拉索施工控制手册，本次测，本次测试的试的90%90%以上斜拉索实测索力满足该文件的索力控制精度要求，成桥索力以上斜拉索实测索力满足该文件的索力控制精度要求，成桥索力控制较好。控制较好。 例例例例第三部分第三部分 静载试验测试静载试验测试测试内容测试内容加载方法加载方法主桥应力测试主桥应力测试静载试验测试静载试验测试主桥温度测试主桥温度测试有限元计算有限元计算试验结果及举例试验结果及举例静载试验测试静载试验测试 测试内容测试内容 主梁关键截面；主梁关键截面； 主塔关键截面；主塔关键截面； 结构局部（结合段

11、、钢锚箱；结构局部（结合段、钢锚箱； 斜拉索索力；斜拉索索力；应力及索力应力及索力位移位移 主塔空间位置；主塔空间位置； 梁体挠度；梁体挠度； 支座位移支座位移 梁端转角梁端转角其它其它 裂缝观测（既有变化、新出现查找；）裂缝观测（既有变化、新出现查找；） 温度场测量（索、梁、塔、环境温度）；温度场测量（索、梁、塔、环境温度）； 风速、风向。风速、风向。静载试验测试静载试验测试 位移测试专利技术位移测试专利技术液液-气耦合压差数字式桥梁挠度仪气耦合压差数字式桥梁挠度仪静载试验测试静载试验测试 加载方法加载方法基本原则：基本原则：静载试验采用静载试验采用300kN载重载重等效加载等效加载，根据设

12、计标准活荷载产，根据设计标准活荷载产生的某工况下的最不利效应值按下式所定原则等效换算生的某工况下的最不利效应值按下式所定原则等效换算确定等效加载荷载确定等效加载荷载效应：效应：静载试验的现场加载静载试验的现场加载 静载试验测试静载试验测试 加载方法加载方法试载荷载参数：试载荷载参数：三轴载重汽车轴重、轴距及平面布置三轴载重汽车轴重、轴距及平面布置如下如下 120kN120kN60kN3.6m1.2m1.2m3.6m1.8m试验加载规定：试验加载规定：车辆重称、停车辆重称、停放、预加载、分级、环境温度、监放、预加载、分级、环境温度、监控、持荷时间、终止加载等控、持荷时间、终止加载等静载试验测试静

13、载试验测试 加载方法加载方法6159.6238.4298.0-2.06259.4240.4299.8-0.26361.4239.8301.31.36458.5241.5300.00.06558.8242.8301.61.6单辆加载车最大偏差（kN）4.5单辆加载车最小偏差（kN）-5.2偏差合计（kN）-34.7单辆载重车的平均重量（kN）299.5 主桥应力测试主桥应力测试主1主2主3主4主5主6主7主8主9主10主跨边跨1边跨2301130130301边跨4边跨3黄石（南）浠水（北）K7+252.00K5+776.0028750（预应力混凝土箱梁）90100（钢箱梁）28750（预应力混凝

14、土箱梁）1476007250+3x6750=27500926003x6750+7250=27500立 面 图 66554422113377应力测试截面布置图应力测试截面布置图静载试验测试静载试验测试典型典型截面截面应力应力布置布置1-11-101-91-81-71-61-51-41-31-2 表示纵向应变测点 表 示 纵 向 应 变 测 点4-12 4-114-104-94-84-74-64-54-44-34-24-1表示纵向应变测点1-11-21-31-41-51-61-71-81-91-101-111-12表示纵向应变测点； 表示45应变花测点2-12-22-32-42-52-62-72-

15、82-92-102-112-122-132-142-152-162-172-182-192-207-167-157-147-137-127-117-107-97-87-77-67-57-47-37-27-1表示竖向应变测点。 主桥应力测试主桥应力测试静载试验测试静载试验测试正交异性板局部应力正交异性板局部应力布置图布置图（4-4截面）截面）4-574-55564-52544-49514-46484-43454-40424-394-384-374-34364-31334-28304-25274-22244-20214-18194-15174-1214 为横隔板45应变花测点。注： 顶板十字应变花

16、测点； D大样DB-BBBA-AAAB-4横隔板U肋底板U肋侧板顶板1.5mB-3横隔板DB-3横隔板1.5mB-4横隔板U肋板U肋板U肋板顶板B大样BA大样1/2B-4横隔板断面ACC大样 主桥应力测试主桥应力测试静载试验测试静载试验测试注： 为竖向单向测点注： 为应变花测点注： 为纵桥向测点钢混结合段局部应力测点布置钢混结合段局部应力测点布置主塔钢锚箱局部应力测点布置主塔钢锚箱局部应力测点布置 主桥应力测试主桥应力测试静载试验测试静载试验测试主1主2主3主4主5主6主7主8主9主10注： 主梁线形测点； 塔顶偏位测点； 梁端转角测点； 支座位移测点浠水（北）K5+776.0028750（预

17、应力混凝土箱梁）1476003x6750+7250=2750090100（钢箱梁）92600立 面 图 黄石（南）K7+252.0028750（预应力混凝土箱梁）7250+3x6750=27500混凝土箱梁截面图钢箱梁截面图130301130301测试仪器：挠度测试仪、测量机测试仪器：挠度测试仪、测量机器人、电子百分表、倾角仪器人、电子百分表、倾角仪 主桥位移测试主桥位移测试静载试验测试静载试验测试 主桥温度测试主桥温度测试斜拉索截面表示温度测点主2301130301130黄石（南）浠水（北）K7+252.00K5+776.0028750（预应力混凝土箱梁）90100（钢箱梁）28750（预应

18、力混凝土箱梁）1476007250+3x6750=27500926003x6750+7250=27500立 面 图 主10主9主8主7主6主5主4主3主11122333-3截面图1-1、2-2截面图测温元件测温元件：结构温度自动记录体、环境温度挠度计自带结构温度自动记录体、环境温度挠度计自带静载试验测试静载试验测试主桥整体计算模型主桥整体计算模型主桥活载弯矩包络图主桥活载弯矩包络图Von Mises应力分布应力分布计算软件：计算软件：ANSYS和和MIDAS/CIVIL；计算计算内容：确定内容：确定各桥各桥的的轴力、弯矩、剪力、应力及位移的包络图，确定轴力、弯矩、剪力、应力及位移的包络图，确定

19、 受力复杂的截面和部位作为测试控制截面。受力复杂的截面和部位作为测试控制截面。 有限元计算有限元计算静载试验测试静载试验测试 试验结果及举例试验结果及举例 试验荷载作用下，主桥混凝土箱梁各试断面的实测应力增量在试验荷载作用下，主桥混凝土箱梁各试断面的实测应力增量在- -3.0MPa3.0MPa+1.1MPa+1.1MPa，钢箱梁实测应力增量在，钢箱梁实测应力增量在-23.1MPa-23.1MPa+51.2MPa+51.2MPa之间，应力之间，应力测试结果均在正常范围内。测试结果均在正常范围内。 主梁各测试断面的应力校验系数在主梁各测试断面的应力校验系数在0.310.310.980.98之间，北

20、塔上塔柱根部之间，北塔上塔柱根部截面校验系数在截面校验系数在0.650.650.900.90之间，主桥各测试断面的应力校验系数均小于之间，主桥各测试断面的应力校验系数均小于1 1。 测试结果表明主桥结构承载力满足设计要求。卸载后的残余应变较小，测试结果表明主桥结构承载力满足设计要求。卸载后的残余应变较小，测试结构处于弹性受力状态。各测试部位的受力均满足设计和规范要求。测试结构处于弹性受力状态。各测试部位的受力均满足设计和规范要求。 主梁应力主梁应力例：例：工况工况6静载试验测试静载试验测试 钢混结合段应力钢混结合段应力 在试验荷载作用下，钢混结合段附近混凝土箱梁及钢箱梁截面的实测应力水平在试验

21、荷载作用下，钢混结合段附近混凝土箱梁及钢箱梁截面的实测应力水平和校验系数较其它测试截面没有明显的变化，钢混结合段加劲肋上沿纵向布置测点和校验系数较其它测试截面没有明显的变化，钢混结合段加劲肋上沿纵向布置测点的应力值变化较为均匀，的应力值变化较为均匀，表明主梁在钢混结合段处的内力传递总体上较为平顺。表明主梁在钢混结合段处的内力传递总体上较为平顺。例：例：工况工况3钢混结合段处弯矩影响线钢混结合段处弯矩影响线静载试验测试静载试验测试 正交异性板及横隔板应力正交异性板及横隔板应力 中跨中跨L/4L/4处钢箱梁截面的正交异性板各单向应力测点实测应力在处钢箱梁截面的正交异性板各单向应力测点实测应力在-2

22、0.6MPa-20.6MPa33.6MPa33.6MPa之间。横隔板在钢箱梁顶板之间。横隔板在钢箱梁顶板U U肋过焊孔应变花换算最大主拉应力为肋过焊孔应变花换算最大主拉应力为41.1MPa41.1MPa，最大主压应力为最大主压应力为-13.3MPa-13.3MPa。由试验荷载引起的拉应力幅值总体较小，小于铁路桥梁。由试验荷载引起的拉应力幅值总体较小，小于铁路桥梁钢结构设计规范钢结构设计规范60.2MPa60.2MPa的最小疲劳应力幅值。的最小疲劳应力幅值。 例：例：工况工况4主跨主跨1/41/4处弯矩影响线处弯矩影响线 主跨主跨1/41/4跨中位移影响线跨中位移影响线 静载试验测试静载试验测试

23、 与足尺模型的应力对比与足尺模型的应力对比 实桥荷载试验实桥荷载试验的纵向应力测试值与的纵向应力测试值与模型试验单向应力测模型试验单向应力测点的比值在点的比值在0.520.95之间，主拉应力之间，主拉应力的比值在的比值在0.930.99之间，主压应力的比之间，主压应力的比值在值在0.570.90之间之间。与之前进行的单节。与之前进行的单节段足尺索塔锚固区模段足尺索塔锚固区模型试验结果相比，在型试验结果相比，在相同的索力增量下，相同的索力增量下，实桥的应力测试值总实桥的应力测试值总体上相对偏小。体上相对偏小。静载试验测试静载试验测试 挠度挠度 在相应试验荷载作用下，主梁各关键测点实测挠度的校验系

24、数在在相应试验荷载作用下，主梁各关键测点实测挠度的校验系数在0.420.420.990.99之间，校验系数均小于之间，校验系数均小于1 1。主梁的挠度线形与理论计算结果总体上吻合较。主梁的挠度线形与理论计算结果总体上吻合较好。实测结果表明主桥结构竖向整体刚度满足设计要求。好。实测结果表明主桥结构竖向整体刚度满足设计要求。 例：例：工况工况6工况介绍见应力测试工况介绍见应力测试静载试验测试静载试验测试 挠度挠度 在工况在工况6试验荷载作用下，中跨跨中实测竖向挠度为试验荷载作用下，中跨跨中实测竖向挠度为-495mm（挠度向下为（挠度向下为负），理论计算值为负），理论计算值为-500.4mm（挠度向

25、下为负），校验系数为（挠度向下为负），校验系数为0.98。试验荷。试验荷载作用下，中跨挠度测点的校验系数在载作用下，中跨挠度测点的校验系数在0.830.98之间，主梁抗弯刚度满足设之间，主梁抗弯刚度满足设计要求。计要求。静载试验测试静载试验测试 在工况在工况1010（北塔塔顶最大纵向偏位）试验荷载作用下，北塔塔顶实测最大纵（北塔塔顶最大纵向偏位）试验荷载作用下，北塔塔顶实测最大纵向偏位为向偏位为212mm(212mm(向大里程偏移向大里程偏移) )，理论计算的偏位值为，理论计算的偏位值为226mm226mm（向大里程偏偏移），（向大里程偏偏移），校验系数为校验系数为0.940.94。其他工况下

26、，北塔和南塔的塔顶偏校验系数在。其他工况下，北塔和南塔的塔顶偏校验系数在0.600.600.930.93之间，之间，校验系数均小于校验系数均小于1 1，索塔结构整体纵向抗弯刚度满足设计要求。，索塔结构整体纵向抗弯刚度满足设计要求。 在各主要工况的试验荷载作用下，南北塔塔顶纵向偏位测试结果见下表。塔在各主要工况的试验荷载作用下，南北塔塔顶纵向偏位测试结果见下表。塔顶偏位以偏向大里程为正，偏向小里程为负，其中北塔侧为小里程方向，南塔侧为顶偏位以偏向大里程为正，偏向小里程为负，其中北塔侧为小里程方向，南塔侧为大里程方向大里程方向 塔偏塔偏静载试验测试静载试验测试在工况在工况13（斜拉索（斜拉索NA3

27、0最大索力加载，轮位同工况最大索力加载，轮位同工况9）试验荷载作用下，斜拉）试验荷载作用下，斜拉索索NA30的实测索力增量为的实测索力增量为798kN，理论计算值为，理论计算值为805 kN，校验系数为，校验系数为0.98。其他。其他工况下的索力实测增量的校工况下的索力实测增量的校验系数在验系数在0.730.99之间，之间，满足设计和规范要求。满足设计和规范要求。 索力索力静载试验测试静载试验测试 支座支座 在试验过程中，测量了主要试验工况下的在试验过程中，测量了主要试验工况下的1#1#墩梁端支座纵向位移，测量结果见墩梁端支座纵向位移，测量结果见表表9-2-269-2-26。支座位移向大里程（

28、南侧）移动为正。测试结果表明，在试验荷载作用。支座位移向大里程（南侧）移动为正。测试结果表明，在试验荷载作用下，支座工作性能正常。下，支座工作性能正常。支座位移测试装置支座位移测试装置 静载试验测试静载试验测试 其他其他 在荷载试验过程中，对主桥混凝土箱梁和索塔等混凝土结构关键受力部位进行在荷载试验过程中，对主桥混凝土箱梁和索塔等混凝土结构关键受力部位进行重点观测，未发现由试验加载引桥的受力裂缝。重点观测，未发现由试验加载引桥的受力裂缝。 在主桥静载试验时间段内，大气温度平均变化速率在主桥静载试验时间段内，大气温度平均变化速率0.50/0.50/小时，结构温度平均小时，结构温度平均变化速率的最

29、大值为变化速率的最大值为0.88/0.88/小时，大气温度和桥梁结构的温度变化均比较平稳。小时，大气温度和桥梁结构的温度变化均比较平稳。例：例：结构温度在结构温度在5 5日晚上日晚上2121：0000至次日凌晨至次日凌晨6 6：0000之之间变化相对较为稳定，间变化相对较为稳定，主桥静载试验选择该时主桥静载试验选择该时间段内进行。根据温度间段内进行。根据温度测试结果，在主桥静载测试结果，在主桥静载试验时间段内（温度时试验时间段内（温度时程曲线竖向虚线之间的程曲线竖向虚线之间的区域），结构温度平均区域），结构温度平均变化速率最大值为变化速率最大值为0.88/0.88/小时，大气温小时，大气温度和

30、桥梁结构的温度变度和桥梁结构的温度变化比较平稳。化比较平稳。 静载试验测试静载试验测试第四部分第四部分 动载试验测试动载试验测试动载概述动载概述主桥脉动试验主桥脉动试验主桥强迫震动试验主桥强迫震动试验静载试验测试静载试验测试动载试验测试动载试验测试 桥梁结构的动力特性（振型、阻尼、自振频率）桥梁结构的动力特性（振型、阻尼、自振频率） 测定测定； 试验汽车动力作用下，桥梁结构的动力响应信号和动力试验汽车动力作用下，桥梁结构的动力响应信号和动力响应值（振幅、主频和频率范围、动应力、冲击系数等）响应值（振幅、主频和频率范围、动应力、冲击系数等）测试及评估测试及评估 ； 各种行车速度下桥梁结构行车动力特性测试及评估。各种行车速度下桥梁结构行车动力特性测试及评估。 试验目的试验内容 有限元计算有限元计算 ； 脉动试验脉动试验 ； 跑车试验；跑车试验； 会车试验会车试验 ； 原地跳车试验原地跳车试验 。 汽车刹车试验汽车刹车试验测试仪器 941型低频传感器型低频传感器 ； 941放大器放大器 ； 共和动态应变仪两台共和动态应变仪两台 INV系统、系统、CRAS系统系统 雷达测速仪雷达测速仪 。振动测试分析框图振动测试分析框图 动载概述动载概述动载试验测试动载试验测试 主桥脉动试验主桥脉动试验 主桥实测一阶竖向弯曲振动频率为主桥实测一阶