桥梁验收荷载试验解读

桥梁验收荷载实验检测报告10月长春桥梁验收荷载实验检测报告总负责人：执行负责人：项目负责人：技术负责人：检测组员：报告执笔：报告审核：报告审批：实验日期：2008年910月长春目录桥梁地理位置图 1桥梁基本状况卡片 2第一章概述 3一、工程概述 3二、设计原则 4三、检测及评定根据 4四、检测项目及目的 5五、检测办法和技术要点 6第二章静载实验 10第一节静载的检测内容及其测点布置原则 10一、静载实验检测内容 10二、静载实验测点布置原则 11三、承载能力检算及实验加载方案 11四、静载实验的测点布置 18五、实验环节 19第二节静载实验成果及分析 21第三节静载实验成果评定 26一、校验系数评定 26二、残存变形评定 27三、挠度值（刚度）评定 27第三章动载实验 27第一节动载实验的检测内容及办法 27一、测点布置 27二、脉动实验 28三、行车实验 28四、跳车实验 28五、仪器连接图 28第二节动载实验成果及分析 29一、脉动实验 29二、行车实验 29三、实测阻尼比 30四、小结 31第四章综合评定及建议 31一、静载实验 31二、动载实验 32三、综合评定 32本桥本桥桥梁地理位置图桥梁基本状况卡片1路线编号G122路线名称3路线等级高速公路4桥梁编号/5桥梁名称K80+174.2分离立交6设计荷载汽车--超20级7桥面铺装沥青混凝土8建成年限9管养单位/10桥长(m)9711桥面总宽(m)2-12.212车行道宽(m)2-11.013支座形式板式橡胶支座14伸缩缝类型毛勒式伸缩缝上部构造孔别项目1～3式样简支转持续箱梁跨径（m）30材料预应力砼下部构造墩台号项目0、3＃台1～2式样肋板式桥台柱式墩材料钢筋混凝土基础型式桩基础桥梁草图：第一章概述一、工程概述K80+174.2分离式立交桥：跨径3-30m预应力混凝土简支转持续箱梁，根本上跨，交角80°，被交叉铁路为长春至图们铁路，桥下净空为8.1m。下部构造为柱式桥墩和肋板式桥台，基础为扩大基础。桥梁概貌见照片1.1。照片1.1分离立交桥桥梁概貌根据现场条件及构造的受力特点，选用右幅桥第3跨为实验跨。实验桥跨示意图见图1.1。图1.1实验桥跨示意图（右幅桥第3跨）二、设计原则①设计荷载：汽车－超20级，挂车-120；②桥面宽度：(0.75m+净11.0m＋0.45m)×③桥面横坡：2%单向坡；三、检测及评定根据本次检查、检测及荷载实验根据或参考下列原则、规范和资料进行1、招标文献及建设单位提供的设计图纸等有关资料；2、交通部行业原则：《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－89）；3、交通部行业原则：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023－85）；4、《大跨径混凝土桥梁的实验办法》（最后建议）；5、《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿）；6、交通部行业原则：《公路旧桥承载能力鉴定办法》（1988试行）；7、《公路工程质量检查评定原则》（JTGF80/1-）；8、《公路工程竣（交）工验收方法》（第3号部长令）；9、《公路桥修养护规范》（JTGH11-）；四、检测项目及目的1.静载实验（1）通过荷载实验，拟定实验构造控制截面的应变分布状况，涉及中性轴高度、截面应变分布、应变与荷载效率的关系、实测值与理论计算值的对比；（2）通过分析在实验荷载下桥梁跨中挠度的状况，评定构造的整体刚度。2.动载实验（1）脉动实验：测试在环境振动下桥梁的微小振动响应，分析桥梁的自振特性（自振频率、振型及阻尼）。（2）行车实验：实验车以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h通过桥梁，测试桥梁的振动响应；（3）跳车实验：单辆车（总重约15t）10km/h在桥梁跨中越过高15cm的三角垫木，测试桥梁的振动响应；通过以上工作，判断构造与否满足设计规定及安全开通规定，为桥梁竣工验收提供根据，并为构造此后的状态评定提供原始数据。五、检测办法和技术要点1.静载实验桥梁荷载实验是一项复杂而又细致的工作，应在桥梁调查和检算的基础上，拟定实验项目、加载方案、测点布设、观察方案、安全方法等内容，认真考虑实验的全过程，预计可能出现的问题及其解决办法，制订切实可行的实验计划。在制订荷载实验计划时，应考虑荷载实验能够弥补桥梁调查和检算的局限性，使桥梁承载能力评定工作进一步深化。静载实验重要使用的仪器设备以下：表1.1静载实验重要使用的仪器设备项目仪器名称精度应变测试120Ω电阻式应变片1μεDH3815桥梁静态应变测试仪1με挠度测试DH-50应变式位移传感器0.01mm2.动载实验动载实验重要通过脉动实验、行车实验、跳车实验测定桥梁作为一种整体构造在动力荷载作用下的受迫振动特性和构造的自振特性，以评价桥梁的最大动力响应，分析构造有无较大缺点。动载实验重要使用的仪器设备以下：表1.2动载实验重要使用的仪器设备项目仪器名称精度频率振幅加速度941型拾振器相对精度0.3%DH5922N桥梁动态测试仪0.001HzINV306型智能信号采集与解决系统频率误差<1/10003.分析办法（1）静载实验分析办法①对实验测试成果进行修正：测值修正（根据各类仪表的标定成果进行测试数据的修正）；温度影响修正（由于温度对测试的影响比较复杂，普通采用缩短加载时间，选择温度稳定性较好的时间进行实验等方法，尽量减小温度对测试精度的影响）；支点沉降（支座压缩）修正（当位移量较大时，应修正其对挠度值的影响）。②各测点变位（挠度，位移，沉降）与应变的计算总变位（或总应变）：弹性变位（或弹性应变）：残存变位（或残存应变）：式中：Si加载前测值；Sl加载达成稳定时的测值；Su卸载后达成稳定时的测值。③测点实测应力计算在单向应力状态下，测点应力可按下式进行计算：式中：σ—应力，E—弹性模量；ε—实测应变。④荷载横向分布系数，可根据量测截面实测各主梁的测点挠度，按下式进行计算：式中：Mi—荷载作用下，某一量测截面第i片主梁横向分布系数；fi—荷载作用下，某一量测截面第i片主梁的测点挠度；n—主梁的根数。⑤校验系数计算对加载实验的重要测点（即控制测点或加载实验效率最大部位测点），可按下式计算校验系数ζ：式中：Se—实验荷载作用下量测的弹性变位（或应变）值；Ss—实验荷载作用下的理论计算变位（或应变）值。⑥相对残存变位（或应变）计算Spˊ：式中：Sp、St意义同前。⑦实验曲线的整顿列出各加载工况下重要测点实测变位（或应变）与对应的理论计算值的对比状况；绘制各加载工况下重要控制点的变位（或应变等）与荷载效率的关系曲线；绘制各加载工况下控制截面应变（或挠度）分布图、沿纵桥向挠度分布图、截面应变沿高度分布图等。（2）动载实验分析办法①实验资料进行整顿时应消除系统误差，舍弃因过失误差产生的可疑数据，对时域波形应先预检，去掉奇异项、修正零线飘移、趋势项等误差，以确保数据分析的精确性和真实性。②构造自振频率，重要根据脉动实验测记的测点随机振动响应信号分析而得；也可根据桥梁跳车激振实验测记的测点余振响应信号分析而得；还可根据行车实验测记的测点动挠度或动应变余振曲线分析而得。③对跳车激振实验，当激振荷对构造振动含有附加质量影响时，可按下式计算构造自振频率：式中：f0—构造自振频率；f—有附加质量影响的实测自振频率；M0—构造在激振处的换算质量；M—附加质量。④桥梁构造阻尼比根据频谱分析得出的测点自功率谱图，用半功率点带宽按下式计算：式中：Bi—第i阶自振频率对应的半功率点带宽，即0.707倍功率谱峰值所对应的频率差；fi—第i阶自振频率。第二章静载实验第一节静载的检测内容及其测点布置原则一、静载实验检测内容吉林省交通工程质量监督站和高速公路建设局的委托，我所于2008年9月23日本桥全桥共3跨，左右幅桥分别独立设立，均为预应力混凝土简支转持续箱梁构造。根据现场条件及构造的受力特点，选用右幅桥第3跨为实验跨。重要测试内容为：预应力混凝土简支转持续箱梁边跨跨中截面横向分布测试以及承载能力测试；预应力混凝土简支转持续箱梁边跨1/4跨截面承载能力测试；预应力混凝土简支转持续箱梁支点截面承载能力测试。二、静载实验测点布置原则（1）构造的最大挠度和扭转变位（涉及上、下游两侧挠度差）处需布置挠度测点；（2）构造控制截面最大应力或应变（涉及最大正弯矩区、最大负弯矩区）处需布置应变测点（预应力构件需在受拉区布置抗裂应变测点）；（3）构造控制截面需沿截面高度布置不少于3个应变测点，测试应变沿截面高度的分布状况及截面中性轴高度；（4）梁端支点处需布置竖向位移测点，测试支座压缩及支点沉降状况（构造挠度评定需扣除支座压缩及支点沉降的影响）。三、承载能力检算及实验加载方案1、承载能力检算在荷载实验实施前我所对构造进行了计算分析，简支转持续箱梁构造静力计算采用现在国内比较成熟的桥梁构造计算软件——桥梁博士3.1，上部构造重要参数取自《江密峰至黄松甸段高速公路第三设计段施工图设计文献》，计算模型见图2.1、图2.2。图2.1预应力砼简支转持续箱梁三维模型（桥梁博士）图2.2预应力砼简支转持续箱梁立面模型（桥梁博士）2、实验加载方案（1）、实验车概况本次简支转持续箱梁桥静载实验采用6辆重为34t左右的重车进行加载，加载车各轴实际重量见表2.1。表2.1简支转持续箱梁桥静载实验加载车轴重表（单位：kN）编号车牌号前轴重后轴重总重轴距18130451.02×144.5340.025103752.02×144.0340.038152560.02×132.5325.044113561.02×130.2321.45232664.02×138.5341.066917255.02×134.0323.0平均加载车重331.73（2）、实验车辆荷载布置①、边跨跨中实验车辆荷载布置见图2.3。图2.3边跨跨中截面车辆布置图本次实验分为3级加载，按照车辆在控制截面影响线的不同部位形成分级，如图2.4所示。第一级加载车位布置第二级加载车位布置第三级加载车位布置图2.4车辆分级载位图②、边跨1/4跨实验车辆荷载布置见图2.5。图2.5边跨1/4跨截面车辆布置图本次实验分为2级加载，按照车辆在控制截面影响线的不同部位形成分级，如图2.6所示。第一级加载车位布置第二级加载车位布置图2.6车辆分级载位图③、支点实验车辆荷载布置见图2.7。图2.7支点截面车辆布置图本次实验分为2级加载，按照车辆在控制截面影响线的不同部位形成分级，如图2.8所示。第一级加载车位布置第二级加载车位布置图2.8车辆分级载位图（3）、荷载实验效率①、边跨跨中实验弯矩（kN.m）和效率系数见表2.2。表2.2实验弯矩（kN.m）和效率系数控制截面实验弯矩设计弯矩荷载效率系数（kN.m）（kN.m）1#梁（外边梁）1558.4831513.6901.0302#梁1358.2971412.9300.9613#梁1038.6551435.8300.7234#梁（内边梁）762.4591570.9400.485注：本方案中荷载布置以1#梁为重要研究对象。②、边跨1/4跨实验弯矩（kN.m）和效率系数见表2.3。表2.3实验弯矩（kN.m）和效率系数控制截面实验弯矩设计弯矩荷载效率系数（kN.m）（kN.m）1#梁（外边梁）955.731932.0101.0252#梁832.968869.9700.957注：本方案中荷载布置以1#梁为重要研究对象。③、支点实验弯矩（kN.m）和效率系数见表2.4。表2.4实验弯矩（kN.m）和效率系数控制截面实验弯矩设计弯矩荷载效率系数（kN.m）（kN.m）1#梁（外边梁）-1376.080-1374.8801.0012#梁-1199.324-1283.3600.935注：本方案中荷载布置以1#梁为重要研究对象。四、静载实验的测点布置1、测试断面和测点布置3-30简支转持续箱梁横向分布以及承载能力测试截面布置如图2.5所示。挠度观察的测点布置见图2.6，应变测点布置和测试断面见图2.7。图2.5预应力砼简支转持续箱梁测试截面布置示意图图2.6挠度观察的测点布置图图2.7应变测点布置和测试断面图五、实验环节（1）、实验加载原则=1\*GB3①实验荷载效率η＝Sstat/S×δ应满足：0.8＜η≤1.05，其中：Sstat为实验荷载作用下检测部位变位或力的计算值；S为设计原则荷载作用下变位或力的计算值；δ为设计取用的动力系数。=2\*GB3②实验加载采用分级加载的方式，共分2级或3级加载，1级卸载。=3\*GB3③为确保测试数据的可靠性，每一加载工况进行2次（即重复1次）。（2）、实验加载安全监测实验加载过程中，实时观察构造控制截面的变位、应力，如果在未加载到预计的最大实验荷载前，应力或变位提前达成或超出设计原则的允许值，应立刻停止加载。(3)、实验加载方式实验加载采用34吨左右的重车，根据控制截面的内力影响线，用加载车布载，每一测试截面通过移动不同的加载车达成实验目的值，使控制截面的力矩与原则活载作用下的设计力矩之比达成实验荷载效率的规定。(4)、加载图式静载实验加载位置经构造分析软件——桥梁博士3.1计算拟定，设计荷载按照汽车－超20级（并考虑对应的折减系数）考虑，同时要符合荷载效率应在0.8～1.05之间的规定。(5)、加载工序本桥静载实验各截面各加载工况实施程序以下：①初始状态（静载实验加载开始）→预加载→预加载卸载→读取测点初读数；②移动加载车至第一级加载位置→读取实验数据；③移动加载车至第二级加载位置→读取实验数据；④移动加载车至第三级加载位置→读取实验数据；⑤加载车开出实验桥桥面（卸载）→读取测点卸载读数（每个截面静载实验测试结束，根据各测点的残存读数决定与否进行第二循环加载）。第二节静载实验成果及分析1、截面应变成果分析（1）、边跨跨中各测点应变实测成果见表2.3。表2.3各测点实测应变值（单位：）工况测点一级二级三级卸相对实测值理论值校验系数实测值理论值校验系数实测值理论值校验系数载残存1-160690.8780920.871041150.9054.82%1-258690.8477920.841001150.8765.98%2-139460.8552720.7267900.7545.93%2-238460.8351720.7066900.7334.57%3-120290.6927550.4835690.5025.78%3-224290.8332550.5841690.6024.82%4-116210.7621450.4728560.4927.23%4-217210.8123450.5029560.5226.80%B-148540.8964720.8979900.8811.27%B-228320.8837420.8946520.8824.35%B-3560.83670.86690.6700.00%B-4-6-70.86-8-90.89-9-110.8200.00%（2）、边跨1/4跨各测点应变实测成果见表2.4。表2.4各测点实测应变值（单位：）工况测点一级二级卸相对实测值理论值校验系数实测值理论值校验系数载残存1-336420.8656700.8047.14%1-435420.8358700.8335.17%2-320280.7145550.8224.44%2-421280.7543550.7824.65%（3）、支点各测点应变实测成果见表2.5。表2.5各测点实测应变值（单位：）工况测点一级二级卸相对实测值理论值校验系数实测值理论值校验系数载残存1-5-43-490.88-67-800.84-68.96%1-6-40-490.82-65-800.81-23.08%2-5-29-350.83-53-700.76-23.77%2-6-28-350.80-57-700.81-23.51%S-110130.7721260.8114.76%S-215180.8522300.7329.09%Z-1-29-370.78-49-610.802-4.08%Z-2-16-210.76-28-340.821-3.57%Z-3120.50240.501Z-4890.8511.62140.8318.61%从表中可知各测点实测残存应变较小，除应变绝对值较小的测点外其他测点相对残存均满足技术规范规定，阐明截面处在弹性工作状态。图2.8给出了最大级加载工况下1#梁外侧实测应变沿截面高度的分布状况。图2.81#梁外侧实测应变沿截面高度分布图从图2.8能够看出：1#梁外侧实测应变沿截面高度基本呈线性变化，满足平截面假定；根据回归公式可得出实测中性轴高度为113cm，同理论计算的中性轴高度112cm实测1#梁截面下缘混凝土平均拉应变为102，理论计算值为115，应变（或应力）校验系数为0.87；实测2#梁截面下缘混凝土平均拉应变为67，理论计算值为90，应变（或应力）校验系数为0.74。1#、2#梁应力校验系数均符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》（下列简称《评定规程》）中，预应力混凝土桥应变（或应力）校验系数应在0.5～0.9之间的规定。2、截面抗裂性分析1#梁应变实测应变与荷载效率关系图2#梁应变实测应变与荷载效率关系图图2.9从图2.9能够看出，实测各抗裂测点应变与荷载效率线性关系良好，同时在各级加载工况下各测点应变分布及变化比较均匀，无畸变及退还现象，检查亦未发现有裂缝出现，阐明各梁截面下缘抗裂性满足规定。3、截面挠度成果分析表2.6为各级实验荷载下各梁的实测挠度值，图2.10给出了1#梁实测挠度与荷载效率的关系，图2.11给出了各梁实测挠度横向分布曲线。表2.6实测挠度值(mm)工况梁号一级二级三级卸相对实测值理论值校验系数实测值理论值校验系数实测值理论值校验系数载残存1#3.0454.3380.704.396.1690.714.977.1820.690.142.72%2#2.293.1570.734.075.4240.754.696.3150.740.112.24%3#1.3652.0550.662.9254.1480.713.3454.8290.690.092.54%4#0.931.3420.692.0553.0180.682.383.5140.680.062.52%注：对于残存变形，当η<0时，能够认为是零。由表2.6中数据可知，实测挠度残存较小，卸载相对残存满足技术规范的规定，阐明构造处在整体弹性工作状态。最大级加载工况下实测1#、2#、3#、4#梁最大挠度分别为4.97mm、4.69mm、3.35mm、2.38mm，1#、2#、3#、4#梁理论计算挠度分别为7.18mm，6.32mm，4.83mm、3.51mm最大级实验荷载作用下，1#、2#、3#、4#梁实测挠度分别为4.97mm、4.69mm、3.35mm、2.38mm，远远不大于L/600=3图2.10各梁实测挠度横向分布曲线由图2.10可知，各梁实测挠度横向分布与理论计算值总体趋势一致，曲线比较圆滑，阐明梁体间横向连接状况正常。第三节静载实验成果评定一、校验系数评定3×30m简支转持续箱梁边跨跨中截面、边跨1/4截面、支点截面1#、2#、3#、4#梁应变（或应力）校验系数均符合《评定规程》的规定；各梁截面下缘抗裂性满足规定；各梁挠度校验系数均符合《评定规程》中预应力混凝土桥挠度校验系数应在0.6～1.0之间的规定二、残存变形评定各测试截面除个别实测应变较小的测点外（不作控制），其他测点卸载后残存应变均不大于10%，符合《实验办法》的规定，阐明梁体处在弹性工作状态。三、挠度值（刚度）评定各测试截面根据实测挠度推算在汽车荷载作用下（不计冲击）各个截面的挠跨比均远不大于1/600，构造刚度满足《规范》的规定。第三章动载实验第一节动载实验的检测内容及办法一、测点布置动载实验拾振器测点布置如图3.1所示。图3.1动态测点布置二、脉动实验脉动实验，测试在环境振动下桥梁的微小振动响应，分析桥梁的自振特性（自振频率、振型及阻尼）。三、行车实验行车实验，实验车以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h通过桥梁，测试桥梁的振动响应。四、跳车实验跳车实验，单辆车（总重15t）10km/h在桥梁跨中越过高15五、仪器连接图图3.2仪器连接示意图第二节动载实验成果及分析一、脉动实验自振频率（特别是基频）是综合分析和评价桥梁构造刚度的重要指标。本桥的自振频率采用脉动法进行测试，实测本桥一阶频率为3.93Hz，频谱图见图3.3。构造动力分析计算成果一阶频率为4.5Hz，实测值略不大于理论值。图3.3脉动实验频谱分析图二、行车实验行车实验重要测试梁体的竖向受迫振动响应。时速10KM/S到50KM/S时冲击系数为1.127至1.178以下图，在时速10到30KM/S时冲击系数最大1.18，最大动位移为2冲击系数理论计算值为1.23，与实测值比较吻合。