倒水河大桥荷载试验报告_静动载

阳大公路倒水河大桥荷载试验报告

 

湖北省公路水运工程试验检测中心

武汉市公路水运工程试验检测中心

二○○三年六月

一、前言

受阳大公路改扩建工程指挥部的委托，湖北省公路水运试验检测中心和武汉市公路工程试验检测中心于二○○三年六月对倒水河大桥（新桥）进行了汽—超20，挂—120荷载等级的静、动载试验。现根据合同要求，提交此试验报告。

1.1、桥梁概况

倒水河大桥是阳（逻）黄（岗）公路上的一座重要桥梁，它由新旧两幅桥梁组成。其中，新桥全长327.06m，采用5×20m（钢筋混凝土T梁）＋3×40m（预应力混凝土T梁）＋5×20m（钢筋混凝土T梁）。桥幅为0.5m（护拦）＋10.25m（行车道）＋1.5m（人行道）。设计荷载为汽—超20级，挂车—120，人群3.5kN/m²。

注：若无特别声明，以下内容均对新桥而言。

1.2、试验目的

1.2.1了解桥跨结构的实际工作状态，评价其在设计荷载下的工作性能。

1.2.2检验施工质量，评定承载能力，为竣工验收提供依据。

1.3、试验内容

1.3.1静载试验内容

①桥梁在最不利设计荷载作用下，各控制截面的应力、挠度。

②测试截面：共4个截面。

1.3.2动载试验内容

①脉动试验，用于测定结构的自振特性，主要是自振频率。

②无障碍行车试验，用于测定桥面铺装层完好时运行车辆荷载作用下桥跨结构的动力反应。

③有障碍行车试验，模拟桥面铺装局部损伤，测定桥跨结构在运行

车辆荷载作用下的动力反应。

1.4、试验依据

1.4.1《沙咀倒水河大桥施工图设计》

1.4.2《公路桥涵设计通用规范》，JTJ021-89

1.4.3《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，JTJ023-85

1.4.4《大跨径混凝土桥梁的试验方法》，1982.10

1.5、试验荷载

本次试验采用 300kN双后轴载重车加载，见图01。主要技术指标如下：

轴距：前轴距中轴3.5m；

      中轴距后轴1.3m；

轴重：前轴60kN；

      中轴120kN；

      后轴120kN。

1.6、加载原则

各工况下试验所需加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得：

式中：η—静力试验荷载效率系数；

      S_stat—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（不计冲击作用时）；

           δ—设计取用的冲击系数。

二、静载试验

2.1、测试截面及测点布置

2.1.1、截面布置

共设4个控制截面，布置在每跨的L/2和L/4，分别编号为A、B、C、D。截面布置如图02所示。

2.1.2、测点布置

编号约定：T梁从桥跨中央分隔带向外侧依次为第1片、第2片、第3片、第4片、第5片和第6片梁。

①应变测点布置

两试验跨的L/2和L/4截面的第1～6片梁各布置4个测点，全桥共布置96个测点。具体布置图见图03。测点编号规则：B3-4表示B截面3号梁4号测点。

②挠度测点布置

具体布置见图04。测点编号规则：B3表示B截面3号梁挠度测点。

2.2、试验工况

静载试验时，采用结构计算得出的各控制截面的内力影响线，以实际加载车辆按最不利荷载位置布载，以获得较大荷载效率，根据加载车辆的实际技术指标，选定了6个加载载位作为此次静载试验的试验工况。

各工况车辆布置如图05、图06、图07所示（单位：m）；各控制截面内力试验荷载效率见表01、表02、：

 

第二跨试验荷载效率系数表             表01

工况	控制截面	控制项目	加载车数	效率系数	加载 方式
1	A	最大正弯矩	4	3757.7/4300.8=0.874	对称
	B	最大正弯矩		2943.1/3430.9=0.858
2	A	最大正弯矩	4	3757.7/4300.8=0.874	偏载
	B	最大正弯矩		2943.1/3430.9=0.858

 

 

第六跨试验荷载效率系数表              表02

工况	控制截面	控制项目	加载车数	效率系数	加载 方式
3	C	最大正弯矩	4	9588.6/10790.1=0.889	对称
4	C	最大正弯矩	4	9588.6/10790.1=0.889	偏载
5	D	最大正弯矩	4	7293.2/83551.4=0.873	对称
6	D	最大正弯矩	4	7293.2/83551.4=0.873	偏载

2.3、试验数据及分析

2.3.1、应变分析

各测试截面在各工况下应变值列于表03、表04、表05、表06。

其中应变以拉为“+”，以压为“-”。

 

表03    第六跨C截面应变值表        （单位：με）

工况   测点	工况3				工况4
	实测值		理论值	校验   系数	实测值		理论值	校验   系数
	单值	均值			单值	均值
C1-1	104	87	126	0.77	169	83	232	0.73
C2-1	102		128		133		186
C3-1	100		125		104		138
C4-1	85		115		61		89
C5-1	71		100		26		40
C6-1	57		82		2		-9
C1-2	80	61	88	0.78	127	59	161	0.75
C2-2	75		89		98		129
C3-2	70		87		62		96
C4-2	53		80		42		62
C5-2	55		69		22		28
C6-2	35		57		1		-6
C1-3	27	19	19	/	33	15	35	/
C2-3	22		19		28		28
C3-3	28		19		11		21
C4-3	/		18		/		/
C5-3	10		15		1		6
C6-3	8		12		0		-1
C1-4	-26	-20	-49	/	-38	-15	-91	/
C2-4	-29		-50		-22		-73
C3-4	-20		-49		-17		-54
C4-4	-23		-45		-11		-35
C5-4	-17		-39		-1		-16
C6-4	-5		-32		-1		3

 

 

 

 

表04    第六跨D截面应变值表        （单位：με）

工况   测点	工况3				工况4
	实测值		理论值	校验   系数	实测值		理论值	校验   系数
	单值	均值			单值	均值
D1-1	65	61	96	0.71	118	61	177	0.71
D2-1	68		97		102		141
D3-1	71		95		78		105
D4-1	60		88		45		68
D5-1	51		76		18		30
D6-1	48		62		3		-7
D1-2	52	44	67	0.73	91	46	123	0.77
D2-2	50		68		79		98
D3-2	55		66		55		73
D4-2	40		61		35		47
D5-2	33		53		15		21
D6-2	31		43		1		-5
D1-3	18	15	15	/	22	14	27	/
D2-3	21		15		19		21
D3-3	17		14		11		16
D4-3	11		13		10		10
D5-3	9		12		8		5
D6-3	/		9		/		-1
D1-4	-22	-15	-38	/	-27	-14	-69	/
D2-4	-17		-38		-22		-55
D3-4	-14		-37		-15		-41
D4-4	-15		-34		-12		-26
D5-4	-11		-30		-5		-12
D6-4	-8		-24		0		3

 

 

 

 

 

 

 

表05   第二跨A截面应变值表        （单位：με）

工况   测点	工况1				工况2
	实测值		理论值	校验   系数	实测值		理论值	校验   系数
	单值	均值			单值	均值
A1-1	299	/	203	/	1594	/	374	/
A2-1	66		206		78		299
A3-1	191		201		203		222
A4-1	200		186		155		143
A5-1	223		161		149		64
A6-1	130		131		34		-14
A1-2	/	/	126	/	/	/	232	/
A2-2	35		128		68		186
A3-2	39		125		51		138
A4-2	35		115		49		89
A5-2	/		100		/		40
A6-2	29		82		4		-9
A1-3	195	/	49	/	/	/	91	/
A2-3	20		50		36		73
A3-3	22		49		28		54
A4-3	18		45		20		35
A5-3	19		39		12		16
A6-3	18		32		2		-3
A1-4	5	/	-26	/	8	/	-47	/
A2-4	4		-26		5		-38
A3-4	6		-25		7		-28
A4-4	3		-23		3		-18
A5-4	7		-20		0		-8
A6-4	2		-17		1		2

 

 

 

 

 

 

表06    第二跨B截面应变值表        （单位：με）

工况   测点	工况1				工况2
	实测值		理论值	校验   系数	实测值		理论值	校验   系数
	单值	均值			单值	均值
B1-1	124	115	159	0.81	/	/	293	/
B2-1	126		161		166		234
B3-1	131		157		161		174
B4-1	131		145		114		112
B5-1	102		126		63		50
B6-1	75		103		42		-11
B1-2	59	51	99	0.58	127	62	182	0.70
B2-2	61		100		98		145
B3-2	58		98		62		108
B4-2	53		90		42		70
B5-2	41		78		22		31
B6-2	35		64		19		-7
B1-3	17	13	39	0.36	33	13	71	0.37
B2-3	14		39		21		57
B3-3	11		38		11		42
B4-3	15		35		9		27
B5-3	10		31		1		12
B6-3	8		25		1		-3
B1-4	4	5	-20	/	24	12	-37	/
B2-4	5		-20		19		-30
B3-4	3		-20		17		-22
B4-4	7		-18		11		-14
B5-4	7		-16		1		-6
B6-4	2		-13		2		1

 

表07为C、D截面应变最大总变形值及相应残余值的比较:

表07         残余应变表           （单位：με）

由表03、表04和表07可知：在工况3、4作用下， C截面、D截面的下缘，在控制载位下的控制应变校验系数均小于1.00，且残余应变较小。

由于A、B截面混凝土开裂，实测应变值可能失真，故不对其进行分析，所列应变值也仅供参考。

2.3.2、平截面假定验证

由于A、B截面混凝土开裂，实测应变值可能失真，故仅对C、D截面进行平截面假定验证。

在工况4和工况6作用下，第六跨1#梁C、D截面实测应变与理论应变如图08。由该图可知，第六跨1#梁C、D截面基本满足平截面假定。

 

2.3.3、挠度分析

取控制截面在各控制载位下的挠度进行分析,分析结果见表08：

表08           挠度分析表              （单位：mm）

工况	测点	实测值		理论值	校验   系数
		单值	均值
工况1	A-1	4.30	4.65	6.52	0.71
	A-2	4.99
	A-3	5.33
	A-4	6.03
	A-5	4.16
	A-6	3.11
工况2	A-1	7.24	4.80	6.52	0.74
	A-2	7.47
	A-3	6.46
	A-4	4.07
	A-5	2.52
	A-6	1.06
工况1	B-1	3.21	3.29	4.67	0.70
	B-2	3.74
	B-3	3.94
	B-4	3.66
	B-5	3.03
	B-6	2.16
工况2	B-1	5.36	3.26	4.67	0.70
	B-2	4.80
	B-3	3.97
	B-4	2.92
	B-5	1.81
	B-6	0.68
工况3	C-1	6.10	6.10	14.00	0.44
工况4	C-1	9.22	9.22	24.13	0.38
工况5	D-1	3.63	3.63	8.88	0.41
工况6	D-1	6.04	6.04	15.3	0.39

 

各截面挠度最大总变形值及相应残余值的比较列于表09：

表09            残余变形表           （单位：mm）

从表08和表09可以看到：在各静力工况下，各控制截面在控制载位下的挠度效验系数均小于1.00，且残余较小。

第六跨C、D截面边梁的挠度校验系数均较小，经分析认为：理论计算表明，边梁的横向分布系数值最大，而实际的荷载横向分布可能比理论的要均匀一些，则边梁的实际挠度要偏小，故导致边梁的挠度校验系数较小。

2.3.4、横向分布系数

由于第六跨地处深水，测量每片梁的挠度较困难，而由应变求得的横向分布系数可信度不高。故仅对第二跨跨中进行荷载横向分布的分析。

由A截面工况2作用下的挠度求得的横向分布系数如表11和图09。

由表11和图09可知，实际的荷载横向分布比理论的要均匀一些，表明结构具有可靠的横向联系。

 

 

 

表11           第二跨横向分布系数

梁    号	1	2	3	4	5	6
实测值	0.5024	0.5184	0.4483	0.2824	0.1749	0.0736
理论值	0.6873	0.5495	0.4081	0.2630	0.1178	-0.0257

2.3.5、桥梁外观监测

    试验前，对全桥外观质量进行了仔细检查，第六跨未见质量问题，第二跨跨中有若干细小裂缝。

试验过程中，对控制截面附近进行了裂缝监测。第六跨未见异常情况。第二跨跨中裂缝有所开展，最大缝宽为0.12mm，且卸载后基本恢复。

裂缝分析：由于第二跨采用20米普通钢筋混凝土T梁，其开裂是容许的，且实测最大裂缝宽度小于0.20mm，在规范允许范围之内。

 

三、动载试验

3.1、脉动试验

采用高灵敏度的传感器和放大器测量桥梁在环境振动作用下的振动。

试验时，在L/4、L/2、3L/4的桥面上各放置1个传感器。

左、右幅桥实测振动曲线及频谱分析如图10至图13。

实测竖向基频第二跨为6.93Hz、第六跨为3.56Hz，分别大于理论计算值6.48Hz和3.13Hz，说明桥梁的动刚度满足要求。

第六跨试验荷载效率系数表             表01-2

工况	控制 截面	控制项目	加载 车数	效率系数	加载 方式
3	L/2	最大正弯矩	4	9719.4/10790.1=0.901	对称
4	L/2	最大正弯矩	4	9719.4/10790.1=0.901	偏载
5	L/4	最大正弯矩	4	7374.5/83551.4=0.883	对称
6	L/4	最大正弯矩	4	7374.5/83551.4=0.883	偏载

各试验工况的载位布置见图03、图04、图05。

5.3测试项目

5.3.1挠度测试

具体布置见图06

5.3.2应力测试

第二、六跨的L/2和4/L截面的应变测点布置见图07示，共布置应变测点96个。

5.3.4裂缝观测

在各工况试验汽车荷载作用下，观测最大正弯矩是否有裂纹产生，如有裂纹产生，观测裂纹产生时间，裂纹宽度和分布。

6．动载试验

在第二跨和第六跨的L/2、L/4等处放置速度传感器，并利用跨中下缘静态应变测点作为动应变测点，进行动载试验。

6.1脉动试验

采用高灵敏度的传感器和放大器测量桥梁在环境振动作用下的振动，然后对记录到的数据进行多次平均谱分析，以改善信号谱分析的精度，得到结构的自振频率等参数。

6.2无障碍行车试验

5.3.4裂缝观测

在各工况试验汽车荷载作用下，观测最大正弯矩是否有裂纹产生，如有裂纹产生，观测裂纹产生时间，裂纹宽度和分布。

6．动载试验

在第二跨和第六跨的L/2、L/4等处放置速度传感器，并利用跨中下缘静态应变测点作为动应变测点，进行动载试验。

6.1脉动试验

采用高灵敏度的传感器和放大器测量桥梁在环境振动作用下的振动，然后对记录到的数据进行多次平均谱分析，以改善信号谱分析的精度，得到结构的自振频率等参数。

6.2无障碍行车试验

用两辆30t的汽车分桥以20km/h、30m/h、40km/h的速度匀速通过桥跨结构。测定跨中竖向振移及冲击系数。

6.3有障碍行车试验

在跨中桥面设置高度为15cm的三角形木板，使一辆30t后轮停在其顶部，然后突然下落。测定跨中竖向振移。

7．试验要求

7.1荷载试验前必须对所有的加载车辆进行称重。要求量测仪器的精度用于静载测量的不大于预计测量值的5%，用于动态测量的不大于预计测量值的10%。

7. 2静载试验时，汽车进入加载区域后时速不得超过5公里，以免对桥梁结构产生额外的冲击。

7. 3若在加载试验过程中发生下列情况之一则立即终止加载试验：

7.3.1控制测点应力超过计算值并且达到或超过按规定按安全条件反算的控制应力时。

7.3.2控制测点变位超过规范允许值时。

7.3.3由于加载试验使结构出现非正常的受力损伤或局部发生损坏，影响桥梁承载能力和今后正常使用时。

8．试验现场的准备工作：

8.1试验脚手架

在相关测试截面要求有牢固可靠的脚手架，以用于布置测点和上人观察。

8.2电源

测试现场提供220V交流电源，供测试仪器使用。

9．安全措施

9.1要组织足够数量的人员从事试验现场秩序维护和安全保卫工作，禁止无关人员和车辆进入试验区域，并组织管理好非直接参加试验人员。

9.2高空作业的人员必须系安全带。

9.3试验车辆有专人指挥，按特定路线行驶。

9.4跳车和跑车前应疏散桥上非相关的试验人员。

9.5安排专人守护试验设备。

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