大跨度桥梁静载试验分析

-.z.大跨度桥梁静动载试验分析研究邵样林市交业工程质量检测中心2013.3523125摘要:静动载试验是评估桥梁的重要手段，通过对大跨度连续刚构桥静动载试验研究，测得构造的力学特性和性能指标，用桥梁专用软件Midas建立有限元模型，进展静力分析，通过试验值和理论值作比拟，分析桥梁的承载力和对桥梁综合评定。关键词：大跨度；静载试验；动载试验；Midas；承载力；综合评定Abstract：Staticanddynamicloadtestisanimportantmeansofbridgeassessment,basedonalong-spancontinuousrigidframebridgestaticanddynamicloadtestresearch,thestructureofthemeasuredmechanicalpropertiesandperformanceindicators,usingbridgededicatedsoftwareMidastoestablishfiniteelementmodel,thestaticanalysis,throughthee*perimentalandthetheoreticalvalue,forceanalysisofbridgebearingcapacityandprehensiveevaluationofthebridge.Keyword：Largespan；Staticloadtest；Dynamicloadtest；Midas；Bearingcapacity;prehensiveevaluation1、绪论随着交通事业的开展，我国新建了各式各样的桥梁，桥梁作为交通的枢纽，发挥了重要的作用，这些桥梁在运营之前要进展检测，以保证其工程质量和运营平安。比方桥梁的承载力、刚度和稳定性直接影响到桥梁的平安和使用寿命。所以对桥梁进展检测评估有着十分重要的作用。对新桥进展静动载试验安康评估，其目的是通过鉴定能够获得新建桥梁质量评定依据，使得评定结果有章可循，继而很好的检验设计理论和施工质量，而且能够依据此更好的做好桥梁的运营和养护工作。要做好新桥的质量评定工作，首先要采取实施可行的试验手段测试桥梁的主要质量指标，然后根据数据对桥梁的进展安康评估。本文采用对一座连续刚构桥的静载和动载相结合试验，并结合有限元分析，对其进展安康评估，为其竣工验收和今后运营养护提供数据和技术资料。2、工程概况本桥上部构造跨径组合为45+75+45=165m，半幅桥梁宽15.6米。设计荷载为城-A级,验算荷载为公路-Ⅰ级。图1～图3是试验跨立面、平面和横断面图。图1立面图〔单位：cm〕图2试验跨平面图〔单位：cm〕〔a〕A-A截面图〔单位：cm〕〔b〕B-B截面〔单位：cm〕〔c〕C-C截面〔单位：cm〕图3试验跨横断面图(单位：mm)3、试验方案实施根据"公路桥梁承载能力检测评定规程"〔JTG/TJ21-2011〕以及有关的规和技术标准，本桥检测的容包括以下容：①静载试验：通过分级静力加载试验，检验控制截面应力和挠度；②动载试验：对试验跨进展跑车、刹车和自然脉开工况下的动载试验，测量构造的固有频率、冲击系数等参数。通过静动载试验，结合有限元理论分析，根据有关规定，评定桥梁的承载能力和综合技术状态。3.1有限元仿真计算用桥梁专用软件Midascivil建立有限元模型见图4，通过理论分析得到桥梁控制截面在城-A级作用下的最不利弯矩包络图见图5。表1是桥梁的主要控制截面的荷载效率。图4桥梁有限元模型图5最不利活载作用下弯矩包络图表1控制截面的荷载效率控制截面试验荷载弯矩〔kN·m〕设计荷载弯矩〔kN·m〕效率系数〔η〕工况1：边跨17*~18*轴跨主梁0.4L截面7.96E+038.35E+030.95工况2：18*墩附近主梁截面-2.55E+03-2.64E+030.98工况3：中跨18*~19*轴跨主梁跨中截面7.46E+037.63E+030.983.2加载工况在静载试验中，设计汽车的设计荷载为城-A级，本次试验加载采用350KN，车辆横向布置如图6。图6加载车辆车轮间距〔单位：cm〕本次试验分三个工况共7级进展加载：工况1〔1-3级加载〕如图7。工况2〔1-4级加载〕如图8；工况3〔5-7级加载〕如图9。图7工况1试验荷载载位图〔单位：cm〕图8工况2试验荷载载位图〔单位：cm〕图9工况2试验荷载载位图〔单位：cm〕3.3测试截面和测点的布置选择测试截面和测点必须具有代表性，选择的截面是桥梁最不利荷载区域。测点一般布设在构造的最不利点,如L/4、L/2、3L/4点。测点的布设也有差异性，对于不同类型的桥梁，测点的布设也不同，检测人员根据实际情况进展布设和设计。本次测试桥跨的桥墩号为17*～19*,测试截面为图1中的A-A截面〔边跨0.4L最大弯矩〕；B-B截面〔18*桥墩附近最大负弯矩和最大剪力〕；C-C截面〔主跨跨中最大正弯矩〕，如图10所示。控制截面应变测点如图11。挠度测点如图12所示。图10应变测点布置截面示意图〔单位：cm〕(A-A截面应变测点〕(B-B截面应变测点〕(C-C截面应变测点〕图11截面应变测点布置示意图〔单位：cm〕图12检测跨变形测点布置图〔单位：cm〕4、试验数据与有限元理论计算数据比拟在桥梁检采用校验系数和相对剩余来评定桥梁的承载能力和工作状态。校验系数η是在桥梁静载试验所得的数据〔挠度、应力〕与理论计算值之比。η大于1说明构造设计强度缺乏不平安。η过大过小都要对其分析原因。η过小可能是桥梁构造整体工作好，也可能是材料的弹性模量高于设计值或者是桥梁有限元分析简化计算过于简单，相对剩余大小反映桥梁构造的刚度。4.1桥梁测点挠度分析根据"大跨径混凝土桥梁试验方法"中混凝土挠度的校验系数一般在0.7≤η＜1.0，试验记录各个测点的挠度、剩余挠度，可以计算出各个测点的弹性挠度，结合理论计算值可以计算挠度的校验系数和相对剩余，并做出类似数据的图形。表2是各断面主要测点挠度校验系数和相对剩余表。表2试验工况下各断面挠度的实测值和计算值比拟〔mm〕测点数值类型第三级加载第七级加载卸载阶段最大弹性挠度实测值/计算值〔Se/Sstat〕相对剩余〔%〕〔Sp/Sstat〕B3*实测值-5.2-0.2-5.00.613.8计算值-8.2/-8.2B3-1*实测值-4.70.3-5.00.616.4计算值-8.2/-8.2B8*实测值/-11.4-0.7-10.70.826.1计算值/-13.1/13.1B8-1*实测值/-9.3-0.4-8.90.684.3计算值/-13.1/-13.1表2和图13可以看出试验工况下，控制截面的主要测点挠度值均小于理论计算值，挠度校验系数在0.61～0.82之间，挠度校验系数均小于1，能够满足"评定规程"中关于桥梁主要测点静载试验校验系数的要求。表3可知梁主要测点挠度相对剩余均小于20%，桥梁具有足够的刚度和平安储藏。4.2应力结果的分析应力校验系数是评价桥梁构造强度及承载力特性的重要参数，下表是各个工况下控制截面主要测点应变校验系数和相对剩余。见表3。表3试验工况下应变的实测值和计算值比拟〔〕测点数值类型第三级加载第四级加载第七级加载卸载阶段最大弹性应变实测值/计算值〔Se/Sstat〕相对剩余〔%〕〔Sp/Sstat〕A3*实测值8//-190.1812.5计算值51///51A4*实测值27//0270.530.0计算值51///51A5*实测值18//-3210.4016.7计算值52///52B3*实测值/-12/-1-110.508.3计算值/-22//-22B4*实测值/-5/1-60.2712.5计算值/-22//-22B5*实测值/-10/-1-90.4110.0计算值/-22//-22C3*实测值//23-3260.4813.0计算值//54/54C4*实测值//16-3190.3518.8计算值//55/55C5*实测值//252230.428.0计算值//55/55由表2可知控制截面的主要测点的应变校验系数小于0.50，相对剩余均小于20%，说明桥梁构造由足够的强度，满足设计荷载对其承载力的要求，有足够的平安储藏。4.3桥梁动力特性分析通过不同时速和刹车测试桥梁的自振频率和阻尼系数，表4是桥梁频率和阻尼系数实测值和理论值比拟。表4实测和理论值比拟频率〔Hz〕冲击系数实测值2.221.13理论值2.011.18从表4看出实测频率大于理论值，冲击系数实测值平均值小于理论值，该桥的实际刚度较大，振动响应较小，说明桥梁实际刚度满足设计要求。5、总结〔1〕桥梁在试验荷载作用下，变形和应变分布正常，校验系数和相对剩余均满足"评定规程"要求，应变校验系数较小，有足够刚度和强度和平安储藏。〔2〕采用静动载试验相结合，能够对桥梁的实际受力有个全面的了解，进展全