大桥静动荷载

摘要随着中国经济的飞速发展，交通运输出现了重载、高速、大流量的现代运输结构的发展趋势，公路运输在整个运输体系中占有的比例越来越大。而桥梁是道路的咽喉，因此公路运输对现有桥梁（即旧桥）和新建桥梁的结构性能与使用质量提出了更高的要求。静载试验对于桥梁检测的重要性愈加明显，是桥梁检测方面不可缺少的重要组成部分。本论文以梁桥的静载试验为例来进一步描述静载试验。根据确定汽车-超20级荷载标准，以及待测试部位内力与变形的计算值，选用4辆重约380KN的东风自卸车作为汽车-超20级加载车辆。挠度测试采用悬挂钢丝法。预应力T型梁混凝土表面应力测试采用先测出应力测点处的应变，然后根据材料的物理特性由应变计算出应力的方法。结构温度，采用定点搁置PN结点温度计现场标定、测定。关键词：梁桥检测静载试验承载能力

目录第1章绪论 11.1课题研究的目的意义 1第2章京秦陡河大桥结构试验 22.1案例简介 22.2静力加载试验 22.2.1试验荷载 32.2.2加载试验项目 32.2.3加载位置与加载工况的确定 42.2.4静载试验荷载效率 42.2.5测量仪器与方法 42.2.6测试断面与测点布置 62.2.7试验加载程序 152.2.8静力试验规则 152.2.9测试结果 15第3章结论 24参考文献 25致谢 26第1章绪论1.1课题研究的目的意义为保证桥梁的正常安全运营，掌握目前桥梁的工作性能并对其承载能力进行评定，京秦高速公路管理处决定对该桥进行结构静力加载试验。本次试验的目的主要是检测该桥在正常服役多年之后，其结构的刚度、强度以及整体受力性能，了解桥梁的荷载横向分布规律、受力性能，评定桥梁结构承载能力是否达到设计荷载标准。静载试验在桥梁检测方面的作用越来越大，是桥梁检测不可缺少的重要组成部分，具有重要的意义，也为我们以后能够更好的从事此工作提供依据。

第2章京秦高速公路陡河大桥结构静动荷载试验2.1案例简介京秦高速公路全长199.31公里，是交通部规划建设的十二条国道主干线的重要组成部分，是连接华东、华北与东北地区的重要通道。陡河大桥位于京秦高速公路K158+290.15处，桥梁全长965.04m。其上部结构为9×30+9×30+5×30+9×30m先简支后连续预应力混凝土T梁，下部结构为肋板式桥台、柱式桥墩。为保证桥梁的正常安全运营，掌握目前桥梁的工作性能并对其承载能力进行评定，京秦高速公路管理处决定对该桥进行结构静力加载试验。2.2静力加载试验静载试验是通过对试验荷载作用下桥梁结构的内力与变形进行测量，从而对桥梁工作状态和工作性能进行检验。桥梁结构不仅受到其本身重量即恒载的作用，同时还受到车辆荷载、人群荷载等活载的作用。静力加载试验是对桥梁结构在活载作用下桥梁的工作状态与工作性能进行检验，从而确定桥梁的承载能力。京秦高速公路陡河大桥桥型布置图京秦高速公路陡河大桥横断面示意图2.2.1试验荷载本桥静载试验的目的是检验桥梁的承载能力是否符合设计荷载标准汽车－超20级的要求。根据交通部公路科研所等单位编写的《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定，静力试验荷载效率：基本荷载试验为1.05≥η≥0.8，其中：（2-1）式中，η——荷载效率系数；Sstat——试验荷载作用下，检测部位位移或力的计算值；S——设计标准荷载作用下，检测部位位移或力的计算值；δ——设计取用的动力系数。本桥的静载试验采用等效荷载加载方式，在结构设计的影响线最不利处布载，计算出桥梁结构控制截面（跨中正弯矩最大截面、墩顶最大负弯矩截面）在试验荷载下的最大内力值，与设计荷载（汽车-超20级；挂车-120）作用下的该控制截面的理论内力值的进行比较，以保证静力试验荷载效率系数在0.8～1.05范围内。根据确定汽车-超20级荷载标准，以及待测试部位内力与变形的计算值，选用4辆重约380KN的东风自卸车作为汽车-超20级加载车辆。静载试验所用的加载车辆的型号、数量及轴距、轮距见表2－1。表2-1加载车辆轴距、轮距及实际载重表荷载等级车型前后轴距中后轴距前轴重中轴重后轴重总重（cm）（cm）(kN)(kN)(kN)(kN)汽-超20级东风54014075.6151.2151.2373东风54014077.6155.2155.2379东风54014078.2156.4156.4385东风540140741481483862.2.2加载试验项目该桥主跨结构为连续T型梁，在选择测试项目时，应充分考虑连续梁桥的特点。连续梁桥由于连续梁端的卸载作用，最大正弯矩出现于边跨跨中位置，最大负弯矩出现在边跨与次边跨间的支点位置。故测试的主要项目为连续T型梁桥跨结构边跨、次边跨跨中最大正弯矩以及支点最大负弯矩。本次静力荷载试验确定的试验项目主要有：`1、第一跨跨中断面的应变、挠度；2、第二跨跨中断面的应变、挠度；3、1＃墩墩顶最大负弯矩；4、第二跨1＃墩支点附近最大剪应力。2.2.3加载位置与加载工况的确定试验加载位置与加载工况的确定主要依据以下原则进行：1）尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率；2）在满足试验荷载效率以及能够达到的试验目的前提下，加载工况进行简化、合并，以尽量减少加载位置；3）每一加载工况依据某一加载试验项目为主，兼顾其他加载试验项目。由于此次桥梁荷载试验为竣工试验，为了防止结构出现意外损坏，试验过程中需进行逐级加载，加载至最大荷载，而后逐渐卸载至零载。陡河大桥静载试验共有六种加载位置：1）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向偏心布载，纵向布置在第一跨跨中正弯矩最不利加载位置，具体加载位置和车辆的排列情况见图2－1；2）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向对称布载，纵向布置在第一跨跨中正弯矩最不利加载位置，具体加载位置和车辆的排列情况见图2－2；3）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向偏心布载，纵向布置在第二跨跨中正弯矩最不利加载位置，具体加载位置和车辆的排列情况见图2－3；4）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向对称布载，纵向布置在第二跨跨中正弯矩最不利加载位置，具体加载位置和车辆的排列情况见图2－4；5）4辆加载车辆排成2行2列，横桥向偏心布载，纵向布置在一号墩墩顶负弯矩最不利加载位置，具体加载位置和车辆的排列情况见图2－5；6）2辆加载车辆排成1行2列，横桥向偏心布载，纵向布置在第二跨支点剪力最不利加载位置，具体加载位置和车辆的排列情况见图2－6。2.2.4静载试验荷载效率试验前需对受力最不利梁的加载效应值与标准荷载效应值进行比较，以保证试验的有效性。2.2.5测量仪器与方法本次静力加载试验各测试项目所用仪器和方法如下：1、挠度测试挠度测试所用仪器是机械式百分表，方法采用悬挂钢丝法。2、预应力T型梁混凝土表面应力测试应力测试采用先测出应力测点处的应变，然后根据材料的物理特性由应变计算出应力的方法。表2-2陡河大桥静载试验工况表工况号荷载位置主要测试内容01零荷载相关测试项目的初始值13辆加载车横桥向偏心布载，纵向布置在第一跨跨中测试第一跨跨中挠度及应变02零荷载相关测试项目的初始值23辆加载车横桥向对称布载，纵向布置在第一跨跨中测试第一跨跨中挠度及应变03零荷载相关测试项目的初始值33辆加载车横桥向偏心布载，纵向布置在第二跨跨中测试第二跨跨中挠度及应变04零荷载相关测试项目的初始值43辆加载车横桥向对称布载，纵向布置在第二跨跨中测试第二跨跨中挠度及应变05零荷载相关测试项目的初始值54辆加载车横桥向偏心布载，纵向布置在第一、二跨测试一号墩墩顶负弯矩应变06零荷载相关测试项目的初始值62辆加载车横桥向偏心布载，纵向布置在第一跨测试第二跨1＃梁一号台附近剪力应变07零荷载相关测试项目的恢复值表2-3静载试验荷载效率加载工况加载位置试验断面及试验项目主要测试断面最不利梁号试验荷载效应(KN·m)理论荷载效应(KN·m)试验荷载效率η1第一跨3辆加载车横桥向偏心布载，第一跨最不利正弯矩一跨1＃13311489.60.8942第一跨3辆加载车横桥向对称布载，第一跨最不利正弯矩跨中4＃807857.90.941续表2-3静载试验荷载效率加载工况加载位置试验断面及试验项目主要测试断面最不利梁号试验荷载效应(KN·m)理论荷载效应(KN·m)试验荷载效率η3第二跨3辆加载车横桥向偏心布载，第二跨最不利正弯矩二跨1＃11211264.20.8874第二跨3辆加载车横桥向对称布载，第二跨最不利正弯矩跨中4＃686.9743.30.9245第一、二跨4辆加载车横桥向偏心布载，一号墩墩顶最不利负弯矩一号墩顶断面1＃-1186.6-1344.90.8826第一跨2辆加载车横桥向偏心布载，第二跨最不利剪力最大剪力断面1＃193.82280.850注：1、理论荷载效应（已计入冲击系数影响）应为按汽车-超20级、挂车-120级设计标准的各断面最不利内力，横向布置3列；2、试验荷载效率η为各工况满载时的试验荷载效应与理论荷载效应之比。应变测量的传感器是电阻应变片，配DH3815静态应变测量系统。该系统由数据采集箱、微型计算机及支持软件组成。数据采集箱与微型计算机通过RS-232C串行通信进行数据传输。支持软件能自动完成预调平衡，自动采样、定时采样以及对初始值、长导线、灵敏系数修正等功能。每台计算机可控制16台数据采集箱，每台数据采集箱可测60点，采样速率为12点／秒。3、结构温度，采用定点搁置PN结点温度计现场标定、测定。2.2.6测试断面与测点布置本次静力加载试验选取的试验对象为该桥秦皇岛方向的北京桥台侧起第一、二跨，测试断面及测点布置如下：1、应力测试图2－7为应变测试断面及测点布置图。2、挠度测试图2－8为挠度测试断面及测点布置图。2.2.7试验加载程序1、为了使结构进入正常的工作状态，在进行正式加载试验前，用两辆加载车在主跨跨中部位进行2～3次横桥向对称的反复预加载，预加载试验每一加载工况的持荷时间为30分钟。2、预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷载恢复后，即可进入正式加载试验。正式加载时为了保证结构安全，防止意外情况的发生，采取分级加载的方式。正式加载试验按加载工况序号进行，完成一个序号的加载工况，在结构得到充分的零荷载恢复后，再进入下一个序号的加载工况。结构零荷载充分恢复的标志为：加载试验实测的结构最大变位测点在卸载后变位恢复至最后一个10分钟的增量小于第1个10分钟增量的15％。2.2.8静力试验规则1、静力试验选择在气温变化不大于2℃和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行。试验过程中在试验荷载作用下，测量结构响应的同时应相应地测量结构表面温度，本次荷载试验为保证测试结果的准确性，选择傍晚时分进行；2、静力试验荷载持续时间，根据结构变位达到相对稳定所需要的时间而定，只要结构变位达到相对稳定后，才能进入下一个荷载阶段。同一级荷载内，若结构变位最大的测点在最后5分钟内的变位增量小于第1个5分钟变位增量的15％，或小于所用量测仪器的最小分辨率，即认为结构变位达到相对稳定。3、全部测点在正式加载试验前均应进行零荷载读数，以后每次加载或卸载后即读数一次，并在结构变位达到相对稳定后，进入下一级荷载之前再读数一次。只有对结构变位较大的测点，每隔5分钟观测一次，以观测结构变位是否达到相对稳定。2.2.9测试结果下列各表分别表示出各加载工况下的主要测试断面的应力及挠度（应力值表中正值表示受拉，负值表示受压；挠度值表中负值表示向下，正值表示向上），并分别进行了比较。1、各加载工况下的主要测试断面的应力值及其与理论值的比较（梁号从桥外侧向中心线位置从小往大编号）。在以上各加载工况下，该桥的应力测试校验系数最小为0.37，最大为0.73，均小于1.0，表明该桥的结构强度满足设计要求，且具有一定的安全储备。第一、二跨跨中加载工况下，荷载的横向分布与理论分布规律基本吻合。表明该桥在试验荷载作用下，桥梁的横向整体受力状况良好。表2-4第一跨跨中断面加载3辆车时第一跨跨中断面应力值表（单位：MPa）加载工况测点位置1＃梁底2＃梁底3＃梁底4＃梁底5＃梁底6＃梁底7＃梁底8＃梁底测点号1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃8＃偏心加载实测值4.053.662.882.581.580.750.440.03理论值6.005.574.864.073.031.990.970.06校验系数0.680.660.590.630.520.380.450.50对称加载实测值0.941.691.972.852.412.291.400.98理论值2.543.193.613.923.923.613.192.54校验系数0.370.530.550.730.610.630.440.39表2-5支点负弯矩偏心加载时1号墩墩顶断面负弯矩应力值表（单位：MPa）加载工况测点位置1＃墩边梁湿接头翼缘上1＃墩边梁湿接头翼缘中1＃墩边梁湿接头腹板上1＃墩边梁湿接头腹板中上1＃墩边梁湿接头腹板中1＃墩边梁湿接头腹板中下1＃墩边梁湿接头腹板下偏心加载测点号14#15#16#17#18#19#20#实测值1.331.040.650.33-0.31-1.02-1.54理论值2.001.871.740.62-0.50-1.62-2.74校验系数0.60－－－－－0.56表2-61号墩支点剪力工况偏心加载2辆车时相应断面应力值表（单位：MPa）项目支点主应力实测值理论值校验系数方向51.2°45°0.48数值0.330.69表2-7第一跨跨中断面偏心加载3辆车时1＃板腹板跨中断面应力值表（单位：MPa）加载工况测点位置1＃梁跨中腹板上部1＃梁跨中腹板中上部1＃梁跨中腹板中部1＃梁跨中腹板中下部1＃梁跨中腹板下部偏心加载测点号9＃10＃11＃12＃13＃实测值-0.94-0.500.020.941.34理论值-2.06-0.700.652.003.36校验系数0.46－－－0.40通过对上表应力数据的分析发现，第一跨1＃梁在试验荷载作用下，中性轴距T梁下缘高度约为1.05m，理论值为1.11m，实测值与理论值比较接近，由此说明理论计算模型受力状况与上部结构实际受力状况比较接近，上部结构刚度未发生较大变化。2、各加载工况下的主要测试断面的挠度值及其与理论值的比较（梁号从桥外侧向中心线位置从小往大编号）。表2-8第一跨跨中断面加载3辆车时第一跨跨中断面挠度值表（单位：mm）加载工况梁号1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃8＃偏心加载实测值-8.42-7.88-6.82-5.64-3.26-1.06-0.42-0.2理论值-11.7-10.41-8.99-7.39-5.66-3.84-2.06-0.4校验系数0.720.760.760.760.580.280.200.50对称加载实测值-1.35-3.24-4.32-5.42-4.86-3.61-3.08-1.99理论值-5.55-6.11-6.66-6.9-6.9-6.65-6.1-5.55校验系数0.240.530.650.790.700.540.500.36表2-9第二跨跨中断面加载3辆车时第二跨跨中断面挠度值表（单位：mm）加载工况梁号1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃8＃偏心加载实测值-7.42-6.31-5.09-4.02-2.88-1.32-0.42-0.08理论值-9.4-8.39-7.27-5.97-4.55-3.03-1.56-0.19校验系数0.790.750.700.670.630.440.270.42对称加载实测值-1.61-2.45-3.12-4.04-3.99-3.28-1.99-1.51理论值-4.31-4.85-5.39-5.63-5.63-5.38-4.84-4.3校验系数0.370.510.580.720.710.610.410.35表2-10第一跨跨中断面偏心加载3辆车时最不利梁（1＃梁）挠度值表（单位：mm）位置0号台L/4L/23L/41号墩L/4L/23L/42号墩第一跨跨中3辆车实测值0-3.88-8.42-4.0101.211.770.890理论值0-7.54-11.70-7.6903.523.762.130表2-11第一跨跨中断面对称加载3辆车时最不利梁（4＃梁）挠度值表（单位：mm）位置0号台L/4L/23L/41号墩L/4L/23L/42号墩第一跨跨中3辆车实测值0-2.88-5.42-2.2300.971.340.85.0理论值0-4.32-6.90-4.4301.962.061.170表2-12第二跨跨中断面偏心加载3辆车时最不利梁（1＃梁）挠度值表（单位：mm）位置0号台L/4L/23L/41号墩L/4L/23L/42号墩第二跨跨中3辆车实测值00.991.671.310-3.21-8.42-3.080计算值02.063.713.420-5.60-9.40-5.880表2-13第二跨跨中断面对称加载3辆车时最不利梁（4＃梁）挠度值表（单位：mm）位置0号墩L/4L/23L/41号墩L/4L/23L/42号墩第二跨跨中3辆车实测值00.561.040.750-1.89-4.04-1.610计算值01.142.041.890-3.22-5.63-3.220表2-14第一跨跨中加载时跨中挠度残余变形对照表偏心加载对称加载位置号加载挠度值残余挠度值相对残余变位（％）位置号加载挠度值残余挠度值相对残余变位（％）1＃-8.42-0.212.491＃-1.35-0.128.892＃-6.92-0.517.372＃-3.24-0.3410.493＃-6.82-0.334.843＃-4.32-0.4811.114＃-5.64-0.295.144＃-5.42-0.712.925＃-3.26-0.288.595＃-4.86-0.295.976＃-1.06-0.1312.266＃-3.61-0.174.717＃-0.42-0.0614.297＃-3.08-0.237.478＃-0.2-0.0315.008＃-1.99-0.199.55表2-15第二跨跨中加载时跨中挠度残余变形对照表偏心加载对称加载位置号加载挠度值残余挠度值相对残余变位（％）位置号加载挠度值残余挠度值相对残余变位（％）1＃-7.42-0.324.311＃-1.61-0.1811.182＃-6.31-0.193.012＃-2.45-0.156.123＃-5.09-0.326.293＃-3.12-0.299.294＃-4.02-0.4310.704＃-4.04-0.5613.865＃-2.88-0.196.605＃-3.99-0.287.026＃-1.32-0.2115.916＃-3.28-0.3811.597＃-0.42-0.0716.677＃-1.99-0.2412.068＃-0.08-0.0112.508＃-1.51-0.1912.58由以上各加载工况的挠度数据可以看出，试验孔跨中在偏心、对称布载工况下，荷载的横向分布与理论分布规律基本吻和，表明该桥在试验荷载作用下，横向整体受力状况良好。同时纵向各点挠度的分布规律与理论挠度的纵向分布规律基本吻合，表明该桥在原设计荷载作用下，纵向受力状况良好。且各工况下挠度的校验系数（最大校验值为0.79）均远小于1.0，表明桥梁整体受力状况良好。同时该桥大多数挠度测点相对残余变位远小于20％，表明结构在试验荷载下，接近弹性工作状况。从而由以上试验结果可以判断，该桥的结构刚度满足设计荷载使用要求。

第3章结论通过本次设计，使我对静力加载试验的过程有了一定的认识。基于对国内外研究现状的了解，我认识到本课题研究的重要意义，认识到桥梁荷载试验的重要性，其对我国国民经济以及我们自身发展的影响极为重大。因此，掌握好这项知识是非常有必要的。在本次设计中，我感受最深的是过程，做设计首先态度一定要端正，要认真有耐心，事事亲为。有些看似很简单的东西，做起来并不容易，不要大而话之，细节问题一定要注意。而且完成以后要反复检核，不要怕麻烦。经过这次设计，我感觉自己学到的不仅仅是专业知识，同时也大大也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等综合能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同