华阴黄埔峪桥荷载试验

PAGEPAGE151.试验桥概况310国道黄埔峪桥位于华阴市境内。桥梁总长32米，桥面宽度为：1.5米（人行道）+12.0米+1.5米（人行道）。上部结构为16米预应力混凝土简支空心板梁；下部结构为柱式桥墩，柱式桥台，钻孔灌注桩基础。设计荷载为汽车－20级，挂车－100。为了适应新的交通量要求，华阴市对310国道局部路段进行拓宽改建。原黄埔峪桥属新建黄埔峪桥中的一部分，为了确定是否能够继续使用原桥中的16米预应力混凝土空心板梁(新桥设计荷载与旧桥相同)，受黄埔峪桥项目部委托，中交第一公路勘测设计研究院科研试验检测中心于2002年三月对该桥承载能力进行整体检测，以便为新桥建设提供技术资料。本次检测在业主、监理、施工单位三方互相配合下共同完成。2.检测目的和内容本次检测工作目的是：通过静载试验，测定桥跨结构的静应变、静位移和裂缝开展情况，进而评价梁体可靠性和安全性。所以主要试验内容为：(1)板梁控制截面砼的正应变(2)板梁控制截面的挠度(3)观测梁体的裂缝开展情况3.试验方案和实施过程3.1测试截面的确定和测点布置确定测试截面的原则是将桥跨结构在使用荷载下内力和位移最不利的截面作为本次试验的测试截面。为此目的，按照施工图提供的资料，依据《公路桥涵设计通用规范》的有关规定，对该桥上部结构进行了分析计算，可确定该桥的最大弯矩和最大挠度将发生在跨中截面处。根据交通部公路科学研究所、交通部公路局技术处、交通部公路规划设计院编写的《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的建议及业主的要求,确定对该桥第2孔跨中截面和1/4截面位置（见图1所示）实测应变和挠度。为了分析桥跨结构在试验荷载下的应力状况，在该孔桥跨中截面和1/4截面处各空心板底面布置应变片，全孔总计20个应变测点（尚未计入温度补偿片），各应变测点的具体位置和编号见图1所示。为了分析桥跨结构在试验荷载下的变形状况，在该孔桥跨中截面处布置12个挠度计，支点处布置2个挠度计，全桥总计14个挠度测点，各挠度测点的具体位置和编号如图2所示。11234689107115121234689107115北123546781817151613141112109201912图1应变片的位置和编号跨中截面1/4截面494945464448424341471234689107115北12505152图2挠度计的位置和编号跨中截面3.2试验荷载实桥静载试验的目的是检验结构的承载能力是否达到设计要求。根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的建议，一般采用基本荷载，静力试验荷载的效率系数η的取值范围为05≥η≥0.8这里η＝Ｓstat/（Ｓ×δ）式中：Ｓstat─试验荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；Ｓ───设计标准活荷载作用下，检测部位变位或力的计算值（不计动力系数）；δ───设计取用的动力系数。由于目前汽车－20级重车数量较少，为了便于租借试验用车，全部采用二轴载重车来代替，通过适当增加车辆的数量，使其产生与汽车－20级相当的荷载效应。为了保证试验的有效性，必须使测试截面试验荷载的效率系数η至少达到0.80以上。经过计算（详见后面结果）确定，本次试验需用180KN汽车（车重＋荷重）5辆。试验前对每辆车都过了磅，记录下各辆车的实际轴重、总重和轴间距，详见表-1。表-1试验用车辆的参数表序号车辆号码重量（吨）轴间距（米）前轴重后轴重总重前—后1055763.0115.2818.292.02314063.1615.8118.9730号3.6213.5617.1842号3.5113.1216.635装载机7.2512.4519.703.2在内力分析和截面应变计算的过程中，荷载都是按实际的轴距、轮距和车重取值的。3.3主要测试仪器挠度量测采用机电百分表，应变量测采用电阻应变片，配以DH3815静态应变测试系统，该机可自动扫描所接测点的应变和挠度并记录相应数据。观测裂缝采用刻度放大镜和塞尺。3.4试验工况和加载方法与测试内容对应，分为2种试验工况。每种工况下均采用5辆车加载。根据影响线可确定各工况中汽车荷载的位置如下：工况１：顺桥向按第2孔桥跨中截面正弯矩和挠度的最不利位置布载，（见图3）横桥向为对称布载（见图4）。工况２：顺桥向布载与工况１相同，横桥向为靠左偏心布载（见图5）。上述各工况中试验荷载对测试截面产生的荷载效应和标准活荷载效应的最大值汇总如下：表-2试验荷载效应与标准活荷载效应的对比项目试验荷载下的计计算值①标准活载下的计计算值荷载效率③=①/②汽车－20级挂车－100控制值②2孔桥跨中截面弯弯矩(KN-mm)29202560285028501.02注：1.依据《公路工程技术标准》第7.0.2条规定，标准荷载效应中汽车荷载按三车道计算，并计入冲击系数1.2和三车道折减系数0.782.为了便于比较，表中试验荷载效应的计算值和标准活荷载效应的计算值中均未计入偏载系数的影响。由上表可见，测试截面在试验荷载下的弯矩值超过标准荷载效应的102％以上，完全符合《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定，这就保证了试验的有效性。8m8m16m5m3m潼关西安图3工况1、2车辆沿纵向加载示意图11234689107115北12图4工况1车辆沿横向中载布置示意图20020011234689107115北12图5工况2车辆沿横向偏载布置示意图50试验过程试验前，针对本座桥的结构情况，根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》和中交第一公路勘测设计研究院科研试验检测中心编制的《桥梁荷载试验大纲》制定出详细的检测实施细则，以指导整个检测过程。试验前准备2002年3月28曰对该桥完成如下准备工作。（1）先对试验孔按前述的应变和挠度测点布置方式进行放样，在位移测点处安装机电百分表；对应变测点位置进行打磨、找平处理后，粘贴电阻应变片和焊接导线，其间即时量测应变片与导线的连通性及电阻值的大小，以保证连接于同一扫描单元的应变片的电阻值相差在±5欧姆以内。如果测点位置潮湿,则先用电吹风机烘干。对加载时车辆停放位置划线放样，并用三辆载重汽车对试验孔作预压处理，以尽量减小试验中非弹性变形的影响。试验导线及联机调试等项准备工作就绪后，采用一辆载重车进行预备试验，以检验各测点应变片、挠度计及采集记录仪器工作的可靠性，经检验无误后，开始正式加载测试。加载试验现场静载试验中每种工况保证有两个平行试验，并在试验中对重要测点数据与理论值及时进行分析比较。在试验过程中，为减少混凝土流变特性对测读结果的影响，各工况荷载到位后，关闭汽车发动机，持续10分钟以上，待结构变形完全稳定后再测取数据；每次卸载后至下一次加载的间隔时间均不少于10分钟。从而保证了测试结果的可靠性。4计算方法由于桥跨结构的内力、变形、应力分布均很复杂。为了确保计算的准确性，各工况荷载下的位移、应力均按空间有限元方法计算，具体作法是将每孔桥上部结构离散为平板单元组成的三维有限元模型，使用美国ALGOR公司的结构静、动力分析通用程序SUPER-SAPV93完成计算，因此解出的挠度、内力、应变具有较高的准确性，这为正确地分析试验结果和评估结构状况奠定了基础。5.试验结果和计算结果挠度计算值和实测值及其对比值详见表3。应变计算值和实测值及其对比值详见表4。在各工况试验荷荷载作用下下，支点截截面处各位位移测点的的竖向位移移值均很小小（不超过过0.2mm），可可以认为上上述位移值值主要是由由于支座变变形引起的的。表3和表4给出的跨跨中挠度值值里已将其其作为支座座变形的影影响量而予予以扣除，故故未单独列列出上述位位移值。这这也说明在在各工况荷荷载作用下下1号墩未出出现明显的的沉降。加载试验前，对对板梁底面面纵向裂缝缝进行了观观测。在加加载试验过过程中，经经观测在各各工况试验验荷载作用用下板梁底底面纵向裂裂缝均未出出现扩展现现象。表3挠度计算算值和实测测值汇总表表单位：mmm工况板梁编号号测点位置挠度计算值①挠度实测值挠度校验系数数⑤=④/③第一次②第二次③平均值④11412.7122.1122.1092.1110.7782422.9862.4352.3882.4120.8083433.7423.0433.1163.0800.8234444.2233.6963.7043.7000.8765454.7214.3044.3284.3160.9146465.1124.4874.4124.4500.8707475.1124.3214.3484.3350.8488484.7214.1214.2114.1660.8829494.2253.6523.6983.6750.87010503.7513.0013.0213.0110.80311512.9912.6092.7112.6600.88912522.7162.2422.1322.1870.805挠度校验系数平均值0.84721415.1874.4354.5414.4880.8652425.2914.6254.7114.6680.8823434.8024.0434.0864.0650.8464444.4483.6523.5633.6080.8115454.1023.1133.2143.1640.7716463.5132.3482.4132.3810.6787472.8231.9631.9711.9670.6978482.3261.6921.6961.6940.7289491.9181.5341.4211.4780.77010501.7621.2981.3021.3000.73811511.6431.2321.2871.2600.76712521.4921.1451.2021.1740.787挠度校验系数平均值0.778表4应变计算算值和实测测值汇总表表单位：με工况截面位置板梁编号号测点位置应变计算值①应变实测值应变校验验系数⑤=④/③第一次②第二次③平均值④11/4截面11332022210.63632463432330.71753726358610.84064865460570.66375866263630.72786725753550.764107463037340.728128331921200.606跨中截面19413423290.695210614641440.713311765855570.743412877573740.851513968287850.8806141057589820.7817151058079800.757816966967680.708917876554600.6841018764832400.5261119613835370.5981220411722200.476应变校验系数平均值0.705续表4应变计算算值和实测测值汇总表表单位：με工况截面位置板梁编号号测点位置应变计算值①应变实测值应变校验验系数⑤=④/③第一次②第二次③平均值④11/4截面11815969640.79032685461580.84653654855520.79264574453490.85175453643400.87886383134350.855107272521230.852128211912160.738跨中截面191289198950.7382101138289860.757311977479770.789412896771690.775513885965620.705614815160560.685715724539420.583816603641390.642917533132320.5941018462730290.6201119382216190.5001220311821200.629应变校验系数平均值0.7316.分析和结论1.由表33和表4可见：各各工况中第第2孔桥的挠挠度校验系系数在0.6778～0.914范围内，第第2孔桥的应应变校验系系数在0.4776～0.8778范围内。上上述挠度校校验系数和和应变校验验系数均低低于《大跨跨径混凝土土桥梁的试试验方法》中中的规定的的上限值1.05。这说明明试验孔在在设计荷载载作用下,,上部结构构处于弹性性工作状态态，竖向抗抗弯刚度达达到设计要要求，并有有一定的安安全储备。2.由于荷荷载试验是是按正常使使用极限状状态下最不不利荷载情情况进行的的，试验孔孔梁底表面面纵向裂缝缝均未出现现开展现象象，说明两两个试验孔孔的抗裂性性满足设计计要求。4．通过本次试验，依依实测数据据分析，说说明该桥16米预应力力混凝土板板梁的承载载能力和工工