静动载试验-----静载试验

第二章 静载试验 4 第二章 静载试验 北浩龙江大桥位于广西省柳州市柳城县 采用 40 64 40m 三跨一联预应力砼变 高度箱形连续梁 属于新建铁路桥梁 根据结构特点 静载试验选择 3 跨 0 台 1 墩边跨 中跨 1 墩 2 墩边跨 进行试验 经过各方单位几天的密切配合和精心准 备 于 2008 年 7 月 10 日上午 6 30 至下午 18 00 完成了对 0 桥台到 3 墩之间的桥跨 的全部 3 种工况的现场静载试验 3 2 1 0 A A C CD D B B 试验跨试验跨试验跨 柳州贵阳 图图 2 12 1 北浩龙江大桥立面布置图 单位北浩龙江大桥立面布置图 单位 m m 2 1 测点布置与测试方法 2 1 1 控制截面应力测试 应变测试主要采用表面式振弦式应变计 配合读数仪 测量精度控制在 0 2MP 以内 应变值通过记录的 N 或 L 值得到 2 0 2 1 9 21 11 10 NN K 1 L 0 L 第二章 静载试验 5 式中 4 062 当前值 初始值 K 1 N 1 L 0 N 0 L 为消除温度变化的影响 在梁体非受力位置布置一个应变温度补偿测点 下游 a a 跨中截面测点布置图跨中截面测点布置图 下游 b b 墩顶截面测点布置图墩顶截面测点布置图 图图 2 22 2 梁体控制截面应变测点布置示意图梁体控制截面应变测点布置示意图 2 1 2 梁体竖向静挠度测试 第二章 静载试验 6 在边跨跨中 中跨跨中 中跨 L 4 中跨 3L 4 及各支座截面布置挠度测点 上 下游两侧对称布置 考虑到连续梁桥的特点 各控制截面加载时 除了测试本试验 跨支点外 还需测试两相邻桥跨跨中 支点处布置挠度测点 测点布置如图 2 3 所示 挠度测试主要采用高精密水准仪进行 测试时 须找取不受荷载影响的稳定的后视 点 此项内容主要为评判桥梁的竖向刚度提供依据 同时 还可监测各支点的沉降 试验跨试验跨试验跨 图图 2 32 3 挠度测点布置示意图挠度测点布置示意图 2 1 3 裂缝观测 为了确保梁体的工作状态 试验过程中及加载后 须对梁体控制截面进行详细 观测 包括裂缝的出现及扩展情况 若混凝土出现裂缝 则进行裂缝状况描绘 并 采用 20 倍的刻度放大镜或安装千分表进行裂缝宽度量测 2 2 理论分析 为了准确分析该的结构特性和确定最不利轮位布载 理论分析主要采用 桥梁 博士 系统 3 03 版以及 MIDAS 大型有限元分析程序分别计算内力影响线 控制截 面的应力和变形等参数 各控制截面影响线如图 2 4 a c 所示 第二章 静载试验 7 10 5 0 5 10 020406080100120140160 桥跨 m 数值 a 边跨跨中影响线 5 0 5 10 020406080100120140160 桥跨 m 数值 b 中跨跨中影响线 10 5 0 5 020406080100120140160 桥跨 m 数值 c 1 墩顶截面影响线 图图 2 42 4 北浩龙江大桥各控制截面弯矩影响线北浩龙江大桥各控制截面弯矩影响线 2 3 加载工况及轮位布置 因北浩龙江大桥为单线铁路 故按照单列机车加平板车进行加载 根据影响线 最不利加载 因是现场试验 只能采用正位 与实际受力方向一致 试验 共进行 了 3 种工况 具体见表 2 1 加载荷载共一列 每列为 1 台东风 4 型机车 自重 138T 带 2 台平板车 型号为 GPC30B 型 总重约 1000kN 算得东风 4 机车的轴 第二章 静载试验 8 重约为 230kN 平板车的轴重为 250kN 各轴重如图 2 5 所示 设计列车静荷载示意 图如图 2 6 所示 各工况加载示意图如图 2 7 2 8 所示 为了保证试验效果 在选择试验荷载大小和加载位置时采用静载试验效率进 q 行控制 静力荷载试验效率定义为 试验荷载作用下被测部位的内力 或变形 的 计算值与包括动力扩大效应在内的标准设计荷载作用下同一部位的内力 或变形 的计算值的比值 即 1 S Sst q 式中 试验荷载作用下 检测部位的变位或力的计算值 标准活载作 st SS 用下 检测部位的变形或力的计算值 检定取用的动力系数 根据 铁路检 定规范 2004 11 3 2 条 试验荷载效率系数要达到 0 80 1 00 在有困难时 q 可稍予降低 但不得小于现行的最大运行荷载 表表 2 12 1 静载试验工况静载试验工况 工况控制截面控制元素车辆列数荷载效率系数 一A A0 桥台 1 墩边跨中截面最大正弯矩10 85 B B中跨跨中截面最大正弯矩10 89 二 C C墩顶负弯矩10 88 三D D2 墩 3 墩边跨中截面最大正弯矩10 82 备注实际加载轮位由实际加载车辆及荷载效率系数决定 平板车平板车 230 230 230kN230 230 230kN250 250kN250 250kN250 250kN250 250kN 机车 第二章 静载试验 9 图图 2 52 5 加载机车和平板车轴重示意图示意图加载机车和平板车轴重示意图示意图 特种活载普通活载 图图 2 62 6 设计列车竖向静荷载 中活载 示意图设计列车竖向静荷载 中活载 示意图 a 工况一 b 工况二 第二章 静载试验 10 c 工况三 图图 2 72 7 各工况实际加载轮位示意图各工况实际加载轮位示意图 a 中活载作用下边跨跨中最不利加载轮位 b 中活载作用下中跨跨中最不利加载轮位 第二章 静载试验 11 c 中活载作用墩顶负弯矩最不利加载轮位 图图 2 82 8 各工况设计中活载加载轮位示意图各工况设计中活载加载轮位示意图 2 4 加载程序 1 工况一加载 将一列车加到 0 桥台 1 墩之间梁段的跨中指定位置 根据 铁路检定规范 2004 11 3 12 条 当桥梁结构最后 5min 内的变形值小于仪器的 最小分辨值时 即监测应变及挠度无异常时 恒载 10 分钟后测量梁的挠度和应变 2 工况二加载 将一列车加到 1 2 墩顶指定位置 监测应变及挠度无异常 时 恒载 10 分钟后测量梁的挠度和应变 3 工况三加载 将一列车加到 2 3 墩之间梁段的跨中指定位置 监测应变 及挠度无异常时 恒载 10 分钟后测量梁的挠度和应变 加载前先读取初读数 全部三种工况完成后 卸去加载车辆荷载后 30 分钟 再 读取结构残余变形 2 5 测试结果与分析 2 5 1 挠度测试结果分析 在最不利荷载作用下 实测北浩龙江大桥挠度值列于表 2 2 整体挠度曲线如 图 2 9 所示 从上述图表可看出 1 在最不利 对称 荷载作用下 实测北浩龙江大桥边跨跨中 中跨跨中截 第二章 静载试验 12 面挠度平均值分别为 6 0mm 17 5mm 分别小于理论值 7 6 mm 20 6mm 变形校 验系数分别为 0 789 0 849 且实测挠跨比为 1 6667 和 1 3704 远小于 铁路检定 规范 2004 表 10 0 3 竖向挠跨比限值 1 1800 表明结构实测竖向刚度大于设计刚 度 满足设计及规范要求 2 各工况残余变形基本为 0 说明结构处于弹性工作状态 各工况墩的沉降 值符合规范要求 3 试验跨加载时 相邻跨出现上挠现象 符合力学行为和受力规律 表明结 构状态良好 表表 2 22 2 北浩龙江大桥静载挠度实测值 北浩龙江大桥静载挠度实测值 mmmm 工况一工况二工况三 测点位 置 上游实 测值 下游实 测值 理论 值 上游实 测值 下游实 测值 理论 值 上游实 测值 下游实 测值 理论 值 0 台000000000 边跨中 截面 5 8 6 2 7 643 68 4 3 1 2 5 1 墩000000000 L 4 截 面 2 02 33 2 6 0 7 0 11 91 02 22 9 中跨中 截面 5 74 36 2 16 0 19 0 20 63 05 16 2 3L 4 截 面 2 21 82 9 7 0 9 0 11 52 01 7 3 2 2 墩000000000 边跨中 截面 1 4 2 2 2 57 04 08 2 5 0 4 6 7 6 3 墩000000000 备注 1 表示挠度向下 2 残余变形基本为 0 3 表中位移已扣除支座沉降 第二章 静载试验 13 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 0306090120150180 距离 m 挠度 mm 上下游实测平均值 理论值 a 工况一 0 台 1 墩边跨加载 挠度曲线 25 20 15 10 5 0 5 10 0306090120150180 距离 m 挠度 mm 上下游实测平均值 理论值 b 工况二 中跨加载 挠度曲线 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 0306090120150180 距离 m 挠度 mm 上下游实测平均值 理论值 第二章 静载试验 14 c 工况三 2 墩 3 墩边跨加载 挠度曲线 图图 2 92 9 实测梁体挠度曲线实测梁体挠度曲线 2 5 2 梁体应变测试结果分析 应变测试的控制截面分别为边跨跨中截面 中跨跨中截面 墩顶截面 实测梁 体边跨跨中 中跨跨中 墩顶截面控制截面在各级荷载作用下应变值列于表 2 3 为 了便于比较 跨中控制截面腹板 底板应变值列于表 2 3 墩顶截面腹板应变值列于 表 2 4 从上述图表可以看出 1 在最不利荷载作用下 实测边跨跨中梁底拉应变为 81 较计算值 90 小 应变校验系数为 0 900 满足 铁路检定规范 表 10 0 9 结构校验系数要求 2 在最不利荷载作用下 实测中跨中梁底拉应变为 110 较计算值 120 小 应变校验系数为 0 916 满足 铁路检定规范 表 10 0 9 结构校验系数要求 3 在最不利荷载作用下 实测中跨墩顶梁体上缘拉应变为 65 较计算值 70小 应变校验系数为 0 929 满足 铁路检定规范 表 10 0 9 结构校验系数要 求 4 实测应变沿截面高度基本呈线性分布 且卸载后残余变形 应变 基本为 0 说明结构仍处于弹性工作阶段 满足设计及规范要求 表表 2 32 3 跨中截面试验实测应变值跨中截面试验实测应变值 工况一 工况二 测点位置 实测值理论值实测值理论值 1 35 56 75 88 腹板 2 23 43 40 48 第二章 静载试验 15 315282030 718282630 8 33 43 40 48 9 36 56 75 88 480108 586109底板 677 平均为 81 90 113 平均为 110 120 备注弹性模量取规范值 E 3 45 104MPa 应变拉为正 压为负 表表 2 42 4 墩顶截面试验实测应变值墩顶截面试验实测应变值 工况二 测点位置 实测值理论值 16570 24145 31015 4 29 39 5 68 86 6 59 86 7 26 39 81215 94045 腹板 105970 备注弹性模量取规范值 E 3 45 104MPa 应变拉为正 压为负 第二章 静载试验 16 工况一 工况二 工况二 测点位置 实测值 理论值 测点位置 跨中 实测值理论值 实测值理论值 65701 1 35 56 75 8841452 2 23 43 40 4810153 315282030 29 394 718282630 68 865 8 33 43 40 48 59 866 腹板 9 36 56 75 88 26 397 48010812158 58610940459底板 677 平均为 81 90 113 平均为 110 120 597010 墩顶腹 板 备注弹性模量取规范值 E 3 45 104MPa 应变拉为正 压为负 2 5 3 裂缝观测 整个试验过程中 对梁体进行了仔细观测 没有发现任何裂纹 2 6 小结 1 在最不利 对称 荷载作用下 实测北浩龙江大桥边跨跨中 中跨跨中截 面挠度平均值分别为 6 0mm 17 5mm 分别小于理论值 7 6 mm 20 6mm 变形校 验系数分别为 0 789 0 849 且实测挠度与跨度比值小于 1 1800 根据 铁路检定规 范 2004 表 10 0 3 竖向挠跨比通常值 表明结构实测竖向刚度大于设计刚度 满 足设计及规范要求 2 各工况残余变形基本为 0 说明结构处于弹性工作状态 各工况墩的沉降 值符合规范要求 3 试验跨加载时 相邻跨出现上挠现象 符合力学行为和受力规律 表明结 构状态良好 4 在最不利荷载作用下 实测边跨跨中梁底拉应变为 81 较计算值 90 小 应变校验