桥梁验收荷载试验解读

桥梁验收荷载试验检测报告 2008年10月 长 春桥梁验收荷载试验检测报告总负责人： 执行负责人： 项目负责人： 技术负责人： 检测成员： 报告执笔： 报告审核： 报告审批： 试验日期： 2008年9月23日9月25日2008年10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、设计标准4三、检测及评定依据4四、检测项目及目的5五、检测方法和技术要点6第二章 静载试验10第一节 静载的检测内容及其测点布置原则10一、静载试验检测内容10二、静载试验测点布置原则11三、承载能力检算及试验加载方案11四、静载试验的测点布置18五、试验步骤19第二节 静载试验结果及分析21第三节 静载试验结果评定26一、校验系数评定26二、残余变形评定27三、挠度值（刚度）评定27第三章 动载试验27第一节 动载试验的检测内容及方法27一、测点布置27二、脉动试验28三、行车试验28四、跳车试验28五、仪器连接图28第二节 动载试验结果及分析29一、脉动试验29二、行车试验29三、实测阻尼比30四、小结31第四章 综合评估及建议31一、静载试验31二、动载试验32三、综合评估32 吉林省交通科学研究所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20089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13 式样简支转连续箱梁跨径（m）30材料预应力砼下部构造 墩台号项目0、3台12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连续箱梁，主线上跨，交角80，被交叉铁路为长春至图们铁路，桥下净空为8.1m。下部结构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结构的受力特点，选取右幅桥第3跨为试验跨。试验桥跨示意图见图1.1。图1.1 试验桥跨示意图（右幅桥第3跨） 二、设计标准设计荷载：汽车超20级，挂车-120；桥面宽度：(0.75m+净11.0m0.45m)2，两幅桥净距0.1m；桥面横坡：2%单向坡；三、检测及评定依据本次检查、检测及荷载试验依据或参照以下标准、规范和资料进行1、招标文件及建设单位提供的设计图纸等相关资料；2、交通部行业标准：公路桥涵设计通用规范（JTJ02189）；3、交通部行业标准：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）；4、大跨径混凝土桥梁的试验方法（最终建议）；5、公路桥梁承载能力检测评定规程（征求意见稿）；6、交通部行业标准：公路旧桥承载能力鉴定方法（1988试行）；7、公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）；8、公路工程竣（交）工验收办法（2004年第3号部长令）；9、公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）；四、检测项目及目的1.静载试验（1）通过荷载试验，确定试验结构控制截面的应变分布情况，包括中性轴高度、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）通过分析在试验荷载下桥梁跨中挠度的情况，评估结构的整体刚度。2.动载试验（1）脉动试验：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）行车试验：试验车以10km/h、20km/h 、30km/h、40km/h、 50km/h通过桥梁，测试桥梁的振动响应；（3）跳车试验：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，判断结构是否满足设计要求及安全开通要求，为桥梁竣工验收提供依据，并为结构今后的状态评定提供原始数据。五、检测方法和技术要点1.静载试验桥梁荷载试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，确定试验项目、加载方案、测点布设、观测方案、安全措施等内容，仔细考虑试验的全过程，预计可能出现的问题及其处理方法，制定切实可行的试验计划。在制定荷载试验计划时，应考虑荷载试验能够弥补桥梁调查和检算的不足，使桥梁承载能力评定工作进一步深化。静载试验主要使用的仪器设备如下：表1.1 静载试验主要使用的仪器设备项目仪器名称精度应变测试120 电阻式应变片1DH3815桥梁静态应变测试仪1挠度测试DH-50 应变式位移传感器0.01mm2.动载试验动载试验主要通过脉动试验、行车试验、跳车试验测定桥梁作为一个整体结构在动力荷载作用下的受迫振动特性和结构的自振特性，以评价桥梁的最大动力响应，分析结构有无较大缺陷。动载试验主要使用的仪器设备如下：表1.2 动载试验主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型智能信号采集与处理系统频率误差1/10003.分析方法（1）静载试验分析方法对试验测试结果进行修正：测值修正（根据各类仪表的标定结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，通常采取缩短加载时间，选择温度稳定性较好的时间进行试验等办法，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）。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）： 残余变位（或残余应变）：式中：Si-加载前测值； Sl-加载达到稳定时的测值； Su-卸载后达到稳定时的测值。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：应力，E弹性模量；实测应变。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。校验系数计算对加载试验的主要测点（即控制测点或加载试验效率最大部位测点），可按下式计算校验系数：式中：Se试验荷载作用下量测的弹性变位（或应变）值；Ss试验荷载作用下的理论计算变位（或应变）值。相对残余变位（或应变）计算Sp：式中：Sp、St意义同前。试验曲线的整理 列出各加载工况下主要测点实测变位（或应变）与相应的理论计算值的对比情况； 绘制各加载工况下主要控制点的变位（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）动载试验分析方法试验资料进行整理时应消除系统误差，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，以确保数据分析的准确性和真实性。结构自振频率，主要根据脉动试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试验测记的测点余振响应信号分析而得；还可根据行车试验测记的测点动挠度或动应变余振曲线分析而得。对跳车激振试验，当激振荷对结构振动具有附加质量影响时，可按下式计算结构自振频率：式中：f0结构自振频率；f有附加质量影响的实测自振频率；M0结构在激振处的换算质量；M附加质量。桥梁结构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阶自振频率相应的半功率点带宽，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 静载试验第一节 静载的检测内容及其测点布置原则 一、静载试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25日对该分离立交桥进行了验收荷载试验。本桥全桥共3跨，左右幅桥分别独立设置，均为预应力混凝土简支转连续箱梁结构。根据现场条件及结构的受力特点，选取右幅桥第3跨为试验跨。主要测试内容为：预应力混凝土简支转连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连续箱梁边跨1/4跨截面承载能力测试；预应力混凝土简支转连续箱梁支点截面承载能力测试。二、静载试验测点布置原则（1）结构的最大挠度和扭转变位（包括上、下游两侧挠度差）处需布置挠度测点；（2）结构控制截面最大应力或应变（包括最大正弯矩区、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）结构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情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情况（结构挠度评定需扣除支座压缩及支点沉降的影响）。三、承载能力检算及试验加载方案1、承载能力检算在荷载试验实施前我所对结构进行了计算分析，简支转连续箱梁结构静力计算采用目前国内比较成熟的桥梁结构计算软件桥梁博士3.1，上部结构主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件，计算模型见图2.1、图2.2。图2.1预应力砼简支转连续箱梁三维模型（桥梁博士）图2.2 预应力砼简支转连续箱梁立面模型（桥梁博士）2、试验加载方案（1）、试验车概况本次简支转连续箱梁桥静载试验采用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简支转连续箱梁桥静载试验加载车轴重表（单位：kN）编号车牌号前轴重后轴重总 重轴 距18130451.02144.5340.025103752.02144.0340.038152560.02132.5325.044113561.02130.2321.45232664.02138.5341.066917255.02134.0323.0平均加载车重331.73（2）、试验车辆荷载布置、边跨跨中试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试验分为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、边跨1/4跨试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试验分为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、支点试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试验分为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）、荷载试验效率、边跨跨中试验弯矩（kN.m）和效率系数见表2.2。表2.2试验弯矩（kN.m）和效率系数控制截面试验弯矩设计弯矩荷载效率系数（kN.m）（kN.m）1#梁（外边梁）1558.483 1513.690 1.030 2#梁1358.297 1412.930 0.961 3#梁1038.655 1435.830 0.723 4#梁（内边梁）762.459 1570.940 0.485 注：本方案中荷载布置以1#梁为主要研究对象。、边跨1/4跨试验弯矩（kN.m）和效率系数见表2.3。表2.3试验弯矩（kN.m）和效率系数控制截面试验弯矩设计弯矩荷载效率系数（kN.m）（kN.m）1#梁（外边梁）955.731 932.010 1.025 2#梁832.968 869.970 0.957 注：本方案中荷载布置以1#梁为主要研究对象。、支点试验弯矩（kN.m）和效率系数见表2.4。表2.4试验弯矩（kN.m）和效率系数控制截面试验弯矩设计弯矩荷载效率系数（kN.m）（kN.m）1#梁（外边梁）-1376.080 -1374.880 1.001 2#梁-1199.324 -1283.360 0.935 注：本方案中荷载布置以1#梁为主要研究对象。四、静载试验的测点布置1、测试断面和测点布置3-30简支转连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。挠度观测的测点布置见图2.6，应变测点布置和测试断面见图2.7。图2.5预应力砼简支转连续箱梁测试截面布置示意图图2.6挠度观测的测点布置图图2.7应变测点布置和测试断面图五、试验步骤（1）、试验加载原则试验荷载效率Sstat/S应满足：0.81.05，其中：Sstat为试验荷载作用下检测部位变位或力的计算值；S为设计标准荷载作用下变位或力的计算值；为设计取用的动力系数。试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。为保证测试数据的可靠性，每一加载工况进行2次（即重复1次）。（2）、试验加载安全监测试验加载过程中，实时观测结构控制截面的变位、应力，如果在未加载到预计的最大试验荷载前，应力或变位提前达到或超过设计标准的容许值，应立即停止加载。(3)、试验加载方式试验加载采用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到试验目标值，使控制截面的力矩与标准活载作用下的设计力矩之比达到试验荷载效率的要求。(4)、加载图式静载试验加载位置经结构分析软件桥梁博士3.1计算确定，设计荷载按照汽车超20级（并考虑相应的折减系数）考虑，同时要符合荷载效率应在0.81.05之间的要求。(5)、加载工序本桥静载试验各截面各加载工况实施程序如下：初始状态（静载试验加载开始）预加载预加载卸载读取测点初读数；移动加载车至第一级加载位置读取试验数据；移动加载车至第二级加载位置读取试验数据；移动加载车至第三级加载位置读取试验数据；加载车开出试验桥桥面（卸载）读取测点卸载读数（每个截面静载试验测试结束，根据各测点的残余读数决定是否进行第二循环加载）。第二节 静载试验结果及分析1、截面应变结果分析（1）、边跨跨中各测点应变实测结果见表2.3。表2.3各测点实测应变值（单位：me）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余1-160690.87 80 920.87 104 1150.90 54.82%1-258690.84 77 920.84 100 1150.87 65.98%2-139460.85 52 720.72 67 900.75 45.93%2-238460.83 51 720.70 66 900.73 34.57%3-120290.69 27 550.48 35 690.50 25.78%3-224290.83 32 550.58 41 690.60 24.82%4-116210.76 21 450.47 28 560.49 27.23%4-217210.81 23 450.50 29 560.52 26.80%B-148540.89 64 720.89 79 900.88 11.27%B-228320.88 37 420.89 46 520.88 24.35%B-3560.83 6 70.86 6 90.67 00.00%B-4-6-70.86 -8 -90.89 -9 -110.82 00.00%（2）、边跨1/4跨各测点应变实测结果见表2.4。表2.4各测点实测应变值（单位：me）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余1-336420.86 56700.80 47.14%1-435420.83 58700.83 35.17%2-320280.71 45550.82 24.44%2-421280.75 43550.78 24.65%（3）、支点各测点应变实测结果见表2.5。表2.5各测点实测应变值（单位：me）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余1-5-43 -49 0.88 -67-800.84 -68.96%1-6-40 -49 0.82 -65-800.81 -23.08%2-5-29 -35 0.83 -53-700.76 -23.77%2-6-28 -35 0.80 -57-700.81 -23.51%S-110 13 0.77 21260.81 14.76%S-215 18 0.85 22300.73 29.09%Z-1-29 -37 0.78 -49-610.80 2-4.08%Z-2-16 -21 0.76 -28-340.82 1-3.57%Z-31 2 0.50 24 0.50 1Z-48 9 0.85 11.62140.83 18.61%从表中可知各测点实测残余应变较小，除应变绝对值较小的测点外其余测点相对残余均满足技术规范要求，说明截面处于弹性工作状态。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情况。图2.81#梁外侧实测应变沿截面高度分布图从图2.8可以看出：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吻合非常好。实测1#梁截面下缘混凝土平均拉应变为102me，理论计算值为115me，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67me，理论计算值为90me，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（以下简称评定规程）中，预应力混凝土桥应变（或应力）校验系数应在0.50.9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可以看出，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，说明各梁截面下缘抗裂性满足要求。3、截面挠度结果分析表2.6为各级试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余1#3.0454.338 0.70 4.396.169 0.71 4.977.182 0.69 0.142.72%2#2.293.157 0.73 4.075.424 0.75 4.696.315 0.74 0.112.24%3#1.3652.055 0.66 2.9254.148 0.71 3.3454.829 0.69 0.092.54%4#0.931.342 0.69 2.0553.018 0.68 2.383.514 0.68 0.062.52%注：对于残余变形，当0时，可以认为是零。由表2.6中数据可知，实测挠度残余较小，卸载相对残余满足技术规范的要求，说明结构处于整体弹性工作状态。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，挠度校验系数分别为0.69、0.74、0.69、0.68。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0.61.0之间的规定，但都接近0.6的下限。最大级试验荷载作用下，1#、2#、3#、4#梁实测挠度分别为4.97mm、4.69mm、3.35mm、2.38mm，远远小于L/600=30000/600=50mm，结构刚度满足要求。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，说明梁体间横向连接状况正常。第三节 静载试验结果评定一、校验系数评定330m简支转连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要求；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0.61.0之间的规定。 二、残余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），其余测点卸载后残余应变均小于10%，符合试验方法的要求，说明梁体处于弹性工作状态。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小于1/600，结构刚度满足规范的要求。第三章 动载试验第一节 动载试验的检测内容及方法一、测点布置动载试验拾振器测点布置如图3.1所示。图3.1 动态测点布置二、脉动试验脉动试验，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、行车试验行车试验，试验车以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h通过桥梁，测试桥梁的振动响应。四、跳车试验跳车试验，单辆车（总重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。五、仪器连接图图3.2 仪器连接示意图第二节 动载试验结果及分析一、脉动试验自振频率（特别是基频）是综合分析和评价桥梁结构刚度的重要指标。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。结构动力分析计算结果一阶频率为4.5Hz，实测值略小于理论值。图3.3脉动试验频谱分析图二、行车试验行车试验主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如下图，在时速10到30KM/S时冲