长沙市环线长宁路立交桥检测方案新e

长沙市环线长宁路立交桥成桥静载试验检测方案湖南大学桥梁工程研究所2005 年 12 月 01 日1第一章 概 述一、长沙环线长宁路立交桥简介长沙市长宁路立交桥位于长宁高速快速干道上，主桥为三跨变截面连续预应力混凝土箱梁结构，下部结构为方柱式桥墩，基础为 D220cm 人工挖孔灌注桩。（1）技术标准：设计荷载：汽超 20，挂车120；桥面净宽：18.0m；坡度：该高架桥 0桥台14桥墩处于半径为 1000m 的平曲线上，横坡为 1.5%的双向横坡；（2）桥型及结构上部构造：跨径为（329.83 ）+ （429.83）+（29.83+38.28+29.83）+（530.22）+（530.22）m 的等截面（变截面）单箱 4 室预应力混凝土连续箱梁，梁高1.705m。下部构造： 采用方柱式桥墩，D220cm 人工挖孔灌注桩基础；2二、结构检测长沙市环线长宁路立交桥为新建桥梁，拟于 2005 年 12 月竣工通车。为了检验桥梁的施工质量，判断结构的实际承载能力是否满足设计荷载的要求。长沙市环线建设指挥部特委托湖南大学桥梁工程研究所对环线长宁路立交桥进行成桥静载试验，以便对桥梁现状作出科学客观的评定，并为以后的养护维修工作提供依据。湖南大学桥梁工程研究所组织人员对大桥设计、施工资料进行分析研究，提出以下静载试验检测方案。3第二章 检测目的和依据为了检验长沙市环线长宁路立交桥主梁的结构性能是否满足规范和使用要求，确保桥梁结构的安全性和长期使用性能，需对长宁路路立交桥的主梁进行静力荷载试验检测，并依据有关规范和规定对结构的正常使用性能、结构强度、刚度、裂缝等各项指标作出评价。本桥梁检测试验方案制定的主要依据规范及文件如下：中华人民共和国交通部标准：公路旧桥承载能力鉴定方法 （试行）11988 年，北京交通部公路局：大跨径混凝土桥梁试验方法 ，1985 年2中华人民共和国行业标准：公路桥涵设计通用规范 （JTG 3D602004）中华人民共和国行业标准：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计4规范(JTG D622004)湖南大学设计研究院：环线长宁路立交桥工程54第三章 静载试验一、测试跨选择静载试验荷载使结构受力，但必须控制其反应不超过规定的容许值，即不会对结构造成新的损伤，同时荷载大小又应能使结构损伤特性得以暴露，因而现场试验应准确把握以上原则。为达到试验目的，按照试验规程规定，一般需选择受力最不利、施工质量相对不利、缺陷较多且施工记录不完备的桥跨结构进行加载试验。长沙市环线长宁路立交桥是一座多联、多跨连续箱梁桥。而 710墩为三跨变截面连续结构，受力复杂，因此，选择该联桥为测试桥，进行静载试验，以检验该桥的结构性能：1 选择 7墩和 8墩之间的边跨和 8墩和 9墩之间的主跨作为测试跨，如图 3-1 所示。 5X30.2.4x2.39.88.9.84x2.30.桥图 3-1 测试跨位置示意图5二、结构静力分析根 据 设 计 图 纸 ， 应 用 桥 梁 结 构 分 析 软 件 对 该 变 截 面 连 续 箱 梁 桥 进 行 了 全 面 的结 构 分 析 计 算 ， 主 桥 结 构 有 限 元 分 析 模 型 示 于 图 3-2， 主 桥 在 活 载 和 温 度 变 化 下 的内 力 包 络 图 （ 计 入 活 载 ， 并 考 虑 10的 温 度 变 化 ） （ 见 图 3-3） 、 关 键 截 面 的 内 力影 响 线 （ 见 图 3-4） 等 ， 其 中 几 个 主 要 控 制 截 面 组 合 内 、 应 力 计 算 （ 见 表 3-1） 结果 如 下 ：控 制 截 面 主 要 内 力 、 应 力 结 果 表 表 3-1应 力 （ MPa， 压 拉 ） 项 目截 面弯 矩（ kN m）剪 力 （ kN） 上 缘 下 缘A 主 跨 跨 中 （ Mmax） 8166 -697.9 2.7 -2.2B 主 跨 支 点 （ Mmin） -8144 -1777 2.5 -1.7C 主 跨 支 点 （ Qmax） -2450 -1796 - -D 边 跨 跨 中 （ Mmax） 7542 -433.7 2.1 -0.2F 边 跨 支 点 （ Qmin） 1590 -1400 1.5 0.8三、测试断面、测试工况及测点布置1、测试截面由结构分析结果可知，在汽车和温度活载作用下，三 跨 变 截 面 连 续 梁 测 试跨 的 控 制 截 面 为 ：a、 主 跨 跨 中 截 面b、 主 跨 左 支 点 截 面c、 主 跨 右 支 点 截 面d、 边 跨 跨 中 截 面e、 边 跨 支 点 截 面6三跨变截面连续箱梁结构离散图 图3-2 长沙环线长宁路高架桥主桥结构分析有限元离散图7正常使用极限装态剪力包络图(kN)图3- 长沙环线长宁路高架桥主桥结构内力包络图正常使用极限装态弯矩包络图(kN.M)89主跨跨中弯矩影响线 图3-4a 长沙环线长宁路高架桥主桥控制截面弯矩影响线10主跨支点最大负弯矩弯矩影响线 主跨支点剪力影响线图3-4b 长沙环线长宁路高架桥主桥控制截面影响线11边跨跨中弯矩影响线 图3-4c 长沙环线长宁路高架桥主桥控制截面影响线12边跨跨中弯矩影响线 图3-4c 长沙环线长宁路高架桥主桥控制截面影响线边跨支点剪力影响线测 试 截 面 位 置 如 图 3-5 中 所 示 。 实际试验时，对这些控制截面按设计荷载进13行加载测试。 29.8338.229.83图 3-5 测 试 截 面 示 意 图 （ 单 位 ： cm）2、测试工况及项目三个测试跨各控制截面相应的测试工况列于表 3-2 中。测试工况、测试内容、加载图示等各项目列表 表 3-2工况 测试项目 测试内容 加载图示1 主跨跨中最大正弯矩测试a. 截面 A 纵向应力及挠度b. 截面 B 纵向应力c. 裂缝图 3-82 主跨跨支点最大负弯矩测试a. 截面 B 纵向应力及挠度b. 截面 C 纵向应力及挠度c. 裂缝图 3-93 主跨支点最大主拉应力测试a. 截面 A、B 纵向应力及挠度b. 截面 B 主拉应力c. 截面 C 主拉应力d. 裂缝图 3-104 边跨跨中最大正弯矩测试a. 截面 D 纵向应力及挠度b. 截面 C 纵向应力b.裂缝图 3-115 边跨支点最大主拉应力测试a.截面 D、E 纵向应力及挠度b.截面 E 主拉应力c.裂缝图 3-12全 桥 三 个 测 试 跨 共 5 个 工 况 。143、 测 点 布 置（ 1） 应 变箱 梁 测点预应力混凝土箱梁测试断面 A、D 纵向正应力的测点布置如图 3-6a 所示。机 测机 测 1.58 1.40 a)箱 梁 A、 D断 面 正 应 力 测 点 布 置图 3-6a 箱梁主跨和边跨跨中测点布置示意图(单位： m)预应力混凝土箱梁测试断面 B、C 纵向正应力、支点主拉应力测点布置如图 3-6b 所示。 机 测机 测 1.581.40 a)箱 梁 B、 C断 面 正 应 力 测 点 布 置920应 变 花 0.85920应 变 花 b)箱 梁 B主 拉 应 力 测 点 布 置 c)箱 梁 C断 面 主 拉 应 力 测 点 布 置图 3-6b 箱梁主跨支点测点布置示意图(单位： m)预应力混凝土箱梁测试断面 E 纵向正应力、支点主拉应力测点布置如图 3-6c 所示。151.58 1.40 a)箱 梁 E断 面 正 应 力 测 点 布 置 720应 变 花 0.45 b)箱 梁 E断 面 主 拉 应 力 测 点 布 置 机 测机 测图 3-6c 箱梁边跨支点测点布置示意图(单位： m)（2）挠度测点主跨和边跨的挠 度 变 形 测点均布设在支点、跨中和 1/4 跨位置，同时在邻近跨的跨中设 2 个测点，主跨纵向布置如图 3-7a 所示，边跨纵向布置如图 3-7b所。桥面挠度测试采用精密水准仪，桥面两侧各置一台。测尺绑在刚性支架上，置于桥面两侧防撞墙内侧，纵向对称布置，每跨共设 12 个测点，同时在附近坚实地基上设置后视点。 12345内 支 点 L/L/4/9 墩 8 墩6跨 中 /210 墩 内 支 点图 3-7a 挠 度 变 形 测 点 位 置 示 意 图 （ 单 位 ： m）1612345内 支 点 L/L/4/48 墩 7 墩6跨 中 L /21 伸 缩 缝图 3-7b 挠 度 变 形 测 点 位 置 示 意 图 （ 单 位 ： m）四、测试内容及方法1、 应 力 测 试a、 主 跨 跨 中 截 面 、 支 点 截 面 的 弯 曲 应 力b、 主 跨 支 点 截 面 、 支 点 截 面 的 主 拉 应 力c、 边 跨 跨 中 截 面 弯 曲 应 力2、 变 位 测 试a、 主 跨 跨 中 截 面 、 四 分 点 截 面 、 支 点 截 面 的 竖 向 挠 度b、 边 跨 跨 中 截 面 、 四 分 点 截 面 、 支 点 截 面 的 竖 向 挠 度4、 裂 缝 观 测 及 外 观 检 测根据以上测试内容，本次静载试验测试方法如表 3-3 所示。静载试验测试方法表 表 3-3项数 测试项目 测试方法171 应变测试应变采用三种方法测试：电测法：应变片采用箔基应变片，数据采集系统采用日本 TML 公司生产的 TDS602 巡测仪；弦式数码应变计法：应变计采用弦式数码应变计，用于测钢梁应变；机测法：采用标距为 40cm 的夹具，用千分表量测两点之间的距离变化，以此计算应变。2 变形测试 主梁挠度采用精密数字式水准仪测量，测试精度为 0.01mm；3 裂缝检测采用精度为 0.02mm 的裂缝放大镜。加载时，梁底派专人观测裂缝开展情况，如有裂缝开展，用裂缝放大镜测量裂缝宽度。此外，加载时还需专人观察主梁的情况，若有异常则立即停止加载。五、试验荷载设计 1试验荷载试验时按试验荷载效应与设计荷载效应等效的原则，对各测试截面活载内力进行有限元电算分析，并按规定适当考虑温度的影响。可根据实际情况并考虑到车辆来源、组织和调配方便来确定试验荷载（采用汽车荷载移动加载） 。经过比较分析，确定采用 8 台 300kN 的加重车辆（标准轴距 4.0m）进行荷载试验。2.加载效率 q根据旧桥承载能力鉴定方法中的规定，静载试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应能充分暴露结构的承载能力，一般：0.8q1.05 Sstaq式中： q静载试验荷载效率系数；Sstats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（适当考虑温度影响） ，检测部位变位或力的计算值；（不计动力系数） ；18设计取用的动力系数，取为 1.0。考虑到此桥刚刚建成通车， q的取值在 0.91.05 间为宜，这样即可全面反映桥梁结构在设计荷载作用下的承载情况，又可保证结构的安全性。3.加载工况各工况试验内容、测试内容、加载图示示于表 3-2 和图 3-83-12 中。跨 中 最 大 正 弯 矩 测 试 加 载9#墩 8#墩 18038.2403752.04.0图 3-8 主桥主跨跨中正载加载示意图（单位： m）图支 点 最 大 负 弯 矩 测 试 加 载9#墩 8#墩 18038.2402.0 2.04.02977#墩3-9 主桥主跨跨中正载加载示意图（单位： m）1938.2403.75402.0主 跨 支 点 最 大 剪 力 测 试 加 载9#墩 8#墩 182.图 3-10 主桥主跨支点加载示意图（单位： m）2.037549.0边 跨 跨 中 最 大 正 弯 矩 测 试 加 载8#墩 7#墩 180图 3-11 主桥边跨跨中加载示意图（单位： m） 2.0375429.0边 跨 支 点 最 大 剪 力 测 试 加 载8#墩 7#墩 18图 3-12 主桥边跨支点加载示意图（单位： m）4.加载的实施与控制20分析表明，采用 8 台 300kN 标准重车就可以使主梁各截面内力达到规定的荷载效率系数，试验中共分 6 种工况进行加载，其相应的车辆布置示意图列于图 3-8 3-12 所示。 所有加载工况均采用分级加载，每工况分为两级加载，一级卸载。每级加载持荷时间不小于 8 分钟，仪器读数基本趋于稳定后开始读数。加载过程中密切注意结构各控制点的应变和位移，如遇异常情况立即终止加载。5.荷载效率根据测试工况列出各控制截面内力的静载试验效率系数 见表 3-4；表中q弯矩以 kN.m 计、剪力以 kN 计。各试验工况下的静载试验效率系数 表 3-4q工况测试项目 试验值 设计值 /q1 主桥主跨跨跨中最大正弯矩测试 M=7904 M=8166 0.967902 主跨支点最大负弯矩测试 M=-7398 M=-8144 0.90833 主跨支点最大主拉应力测试 Q=-1622 Q=-1796 0.90314 边跨跨中最大正弯矩测试 M=6478 M=6878 0.94185 边跨支点最大主拉应力测试 M=-1014 M=-1067 0.9503表 3-4 表明各试验工况下的荷载效率系数均能达到规范要求。在上述荷载作用下，各试验梁荷载效率系数在规定的范围内，梁体承载力可以得到充分体现，且并不至于对主梁造成损伤。六、测试方案1试验程序准备工作：施工方进场搭设测试跨梁底支架前期试验人员进场准备（测点表面处理、贴应变片等）跨中梁底 3 米区域内刷白灰，以方便裂缝观测施工方电源配合。静载试验时测试人员一批在桥面布载放线，另一批则将各种仪器调平和读21数，实验程序：测试主梁的恒载（静止）挠度观测测试跨中截面布载试验。同时对主梁、墩、台、支座工作状况，裂缝开展情况进行检测。作跨中截面布载试验时，荷载分两级加载。2试验规划按照标准 ，测试过程中若发生下列情况应立即终止加载。1控制测点应力已达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时；控制测点变位（或挠度）超过规范允许值时；裂缝长度、数量急剧发展时；发生其它破坏，如预应力筋崩断、混凝土压碎、墩台桥墩偏位、支座损坏、主塔偏位超过规范允许值等影响桥梁承载能力或正常使用时。3试验规则（1）静力加载持续时间再次加、卸载的持续时间取决于结构最大变位测点达到稳定标准所需要的时间，实际观测时，一般是取 8 分钟。（2）终止加载的控制条件控制测点应力值已达到或超过弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时；控制测点变位（或挠度）超过规范允许值时；由于加载使结构裂缝长度、宽度急剧增加，新裂缝大量出现，裂缝宽度超出允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时。为了确保安全，在第一级加载后，精密水准仪就对最大变位点、应变仪对应变最大点进行持续监视。22第四章