公路桥梁工程桥梁荷载试验报告

芜湖市三荻公路马园河桥工程桥梁荷载试验报告前言为评价芜湖市三荻公路马园河桥新建工程的承载能力和工程质量，受芜湖市公路管理局委托，陕西高速公路工程试验检测有限公司分别于2013年3月16日和3月21日对中国建筑第七工程局承建的马园河桥进行现场荷载试验。场检测工作在芜湖市公路管理局的全程指导、监督、关怀下顺利完成。在此，我们谨对芜湖市公路管理局表示衷心的谢意。工程概况芜湖市三荻公路是市域一条重要县道，是主干道公路网九纵八横中的重要的一横。它东连芜宣高速、西通芜大高速和芜湖市重要港口码头(荻港码头)，是芜湖市唯一一条将芜湖市三县串连的东西走向主干公路。路线全长约50.1公里，其中芜湖县境内15公里，南陵县境内15公里，繁昌县境内20.1公里。马园河桥跨越马园河，是三荻公路上重要的桥梁工程。建设马园河桥，对于加快推进芜湖市城乡一体化发展进程，真正贯通三县，对芜湖市经济社会发展具有极为重要的意义。该桥设计荷载标准为公路-I15×30+5×30）m简支变连续T梁+（40+70+40）m变截面预应力连续箱梁+（5×30+5×30简支变连续T梁。马园河桥详细技术参数见表1-1表1-1三荻公路马园河桥技术参数一览表起点桩号K13+861.23中心桩号K14+420.00终点桩号K14+798.77桥梁全长（937.54桥面宽度上部结构6×30+2×(5×30)+（70+40）+2×(530)m简支后连续T梁、变截面预应力连续箱梁下部结构实体、柱式墩，肋板式桥台，钻孔灌注桩基础桥面结构混凝土强度TC50，护栏、桥墩C30，承台、系梁桩基C25设计荷载公路-I荷载试验目的本次荷载试验预期达到以下目的：通过静载试验，测试桥跨结构在静载作用下的应变、挠度，观察裂缝的开展情况，评价结构构件的强度、刚度和抗裂性能；通过动载试验测定结构在动荷载作用下自振频率，对结构的动力性能进行评价；根据静载和动载测试结果综合评价该桥整体工作性能与承载能力是否满足设计与通行要求；评价完工后桥梁的施工质量，为项目交工验收提供技术资料。荷载试验依据（1）交通部：《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011；交通部科研院：《大跨径混凝土桥梁的试验方法（最终建议》.1982；交通部：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004；交通部：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004；芜湖市公路管理局：X042三荻路马园河桥、漳河桥新建工程K14+420马园河桥设计图纸；其他相关规范、文件及资料。荷载试验内容静载试验内容测量在各加载工况下主梁各控制截面的最大静应变（主跨的支点截面、主跨的L/4截面和主跨的跨中截面；测量在各加载工况下主梁控制截面的最大静挠度（各孔的截面、跨中截面、3L/4截面观测荷载作用下主梁抗裂情况（采用最大正弯矩中载工况荷载在整个桥面上以很缓慢速度通行，通行过程中或通行后对梁体裂缝进行观察。动载试验内容跑车动载试验，测试振幅较大的位置车辆通行时产生的竖向及横桥向加速度效应，测取结构的自振频率。刹车动载试验，测试桥梁在振幅最大位置刹车时产生的冲击效应，测取结构的动挠度，分析得到结构冲击系数。模态测试：测试环境激振下桥梁结构振动响应，分析得到桥梁结构频率、振型及阻尼比。主要仪器设备本次桥梁荷载试验采用的主要仪器、设备见表5-1表5- 荷载试验采用的主要仪器、设序号仪器设备名称型号仪器编号1静态数据采集系统TDS-QL0158-012-2静态数据采集仪TDS-QL0158-012-3机电百分表WBD-GF051-01～4桥梁激光挠度检测仪BJQH-QL0161-015-5动态应变测试系统DEWEBOOK-QL0148-002-6桥梁动态信号测试分析系统DH5922QL0163-017-7拾振器（16个含竖向及水平向DH610HQL-0162-016-8裂缝宽度观测仪SW-LW-QL0153-007-9精密水准仪DINI03CL0194-001-水准仪CL0194-001-桁架式桥梁检测作业车XZJ5312JQJ18/荷载试验方案静载试验方案测试孔选取桥梁荷载试验按照下列原则选取测试孔：对全桥进行缺陷检测，若存在缺陷较为严重的桥跨，则该桥跨作为测试孔。以业主和监理指定的桥跨作为测试孔。若无指定和要求时，根据理论分析，选择桥梁在使用活载作用下内力最不利的桥跨作为测试孔。（即第18孔结构内力分析为了确定该桥的承载能力，检查前要对该桥的上部结构进行计算。计算根据施工单位提供的施工图纸，用桥梁结构专用计算程序公路桥梁结构设计系统GQJS9.5和桥梁结构检测分析系统进行对比计算，并将计算结果作为荷载试验的理论计算结果，桥梁计算模型见图6-1图6- 马园河桥理论计算模型测试截面选取测试截面应选择桥梁在使用活载作用下内力最不利的截面。按照马园河桥施工图进行分析计算，变截面连续箱梁测试位置选择主桥主跨（18孔，跨径组合为40+70+40m，测试截面位置见图6-2，1-1截面为17#墩墩顶最大负弯矩控制截面;2-2截面为第18孔设计复核截面（L/4；3-3截面为第18孔最大正弯矩控制截面（跨中截面

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123图6- 马园河桥测试截面位置示意测点布置为了测试马园河桥变截面预应力连续箱梁在试验荷载下的应力(应变)状况和变形情况，分别在1-1、2-23-3测试截面箱梁外壁混凝土表面各布置17个应变片，如图6-3所示。全桥总计51个应变测点（未计入温度补偿片。挠度测点设在桥面上，如图6-4所示。全桥共18个挠度测点。1 1 345 67890.1m1.3m1-1截面 0.1m0.68m2-2截面 0.1m0.74m3-3截面图6- 马园河桥1-1～3-3测试截面应变片布置示意 图6- 马园河桥挠度测点布置示意试验荷载根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）中的规定，静力试验荷载的效率系数η的取值范围为1.05≥η≥0.95其 η＝Ｓstat/（Ｓ×（1+μ经过计算确定，荷载试验共需要8辆三轴载重汽车。计划配载后轴重如表6-1所示。试验车辆须轴数、轴距规格统一。试验前须对每辆车进行配重，并记录下各辆车的实际轴重、总重、轮间距和轴间距。各车力求装载均匀，实际配载质量与计划偏差不得超过0.5吨。表6- 试验用车辆参数加载车编号轴重（轴间距（前轴重中轴重后轴重总重前-中-1号车2号车3号车4号车5号车6号车7号车8号车总计112.01112.01280.04试验工况马园河桥变截面预应力连续箱梁静载试验分为7种试验工况，各工况采用四列车队加载。工况1：17#墩墩顶最大负弯矩中载工况。顺桥向按1-1截面负弯矩最不利位置布载，横桥向为对称布载。工况2：17#墩墩顶最大负弯矩右偏载工况。顺桥向布载位置与工况1相同，横桥向为偏右布载。工况318孔L/4最大正弯矩中载工况。顺桥向按2-2截面正弯矩最不利位置布载，横桥向为对称布载。工况4：第18孔L/4最大正弯矩右偏载工况。顺桥向布载位置与工况3相同，横桥向为偏右布载。工况518孔跨中最大正弯矩中载工况。顺桥向按3-3截面正弯矩最不利位置布载，横桥向为对称布载。工况6：第18孔跨中最大正弯矩右偏载工况。顺桥向布载位置与工况5相同，横桥向为偏右布载。工况7：全桥异常变形观察工况。按主跨正弯矩最不利加载位置布置四列车并排沿全桥慢速行驶。观察荷载作用下不同部位的混凝土是否出现开裂现象及桥跨结构是否出现异常变形。计算各工况下各控制截面的影响线，以确定车辆纵桥向加载位置。各工况下各控制截面的影响线如图6-5～6-7所示。由此确定的各工况车辆纵桥向加载位置详见图6-8，横桥向加载位置详见图6-9。各工况下加载效率见表6-2。图6- 1-1主跨17#墩墩顶截面影响图6- 2-2主跨第18孔L/4截面影响图6- 3-3主跨第18孔跨中截面影响、、3、、、1、25、 图6- 马园河桥各工况车辆纵桥向加载位置示意a中中中中中中中中中中中中中中中4中中8中中3中中7中中2中中6中中1中中5中中b中中中中中中中中中中中中中中中中 中中中中中中中中图6- 马园河桥各工况车辆横桥向加载位置示意表6- 静载试验加载效率一览工况控制指标试验荷载计算值荷载设计值②荷载效率②工况1、217#墩墩顶截面最大负弯矩中载、右偏载弯矩(kN·m)-23603.4-22436.1工况3、4：第18孔L/4截面最大正弯矩中载、右偏载弯矩(kN·m)8364.48500.2工况5、618孔跨中截面最大正弯矩中载、右偏载弯矩(kN·m)14092.614212.7由表6-2可见，各工况测试截面在试验荷载下的加载效率均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）中的规定，保证了试验的有效性。试验的实施与控制荷载试验前，需要完成了如下各项准备工作：按应变和位移测点布置方案进行放样。对应变测点位置进行打磨、找平处理后，粘贴电阻应变片并焊接导线。在此期间即时量测应变片与导线的连通性及其电阻值的大小，以保证连接于同一扫描单元的应变片的电阻值相差在0.5欧姆以内。如果测点位置潮湿，则先用电吹风机烘干然后贴片。在位移测点布设水准测点，在需架设百表的测点架设机电百分表，并与应变平衡箱进行导线连接。根据车辆计算和配重结果，对各工况车辆加载位置划线放样。进行联机调试，用四辆汽车进行预加载，以检验各测点应变片、机电百分表及应变平衡箱工作的可靠性。准备工作结束后，开始正式加载。荷载试验的每一工况分三次逐级加载。在检测过程中，为减少混凝土流变特性对测读结果的影响，各级荷载到位后关闭汽车发动机5分钟以上，待结构变形完全稳定后再测取数据，并将所测的最大挠度和应变与理论计算结果进行比较，确信最大挠度与应变都在控制范围内，再增加下一级荷载。若检测过程中发现数据出现异常，立即卸掉加载车辆，以防发生意外事故。每次卸载后至下一次加载的间隔时间均不少于10分钟。同一工况按上述加载、卸载程序重复进行测试，直至两次测试结果相对误差不超过5%，该工况测试完成，可以进行下一工况测试。试验指挥人员在加载试验过程中应随时掌握各方面情况，对加载进行控制。当试验过程中发生下列情况之一时，应中途停止加载，及时找出原因，在确保结构及人员安全情况下才可继续试验。控制测点应变值已达到或超过计算的控制值；控制测点变形（或挠度）超过控制值；结构裂缝的长度、宽度或数量明显增加；实测变形分布规律异常；桥体发出异常响声或发生其它异常情况。动载试验方案检测内容跑车试验在桥面无障碍情况下，载重汽车以30、40、50km/h的速度通过桥跨结构，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的振动响应。拾振器测点布置见图6-10。 中中中中中中中中中中中中中中中中中中中1中中中中中中中中中中中中中中 图6-10动载测试测点布置示意图（刹车试验通过车辆制动对桥梁施加冲击荷载，制动速度为3040、50km/h，采用激光挠度检测仪测定桥跨结构动挠度，计算得到结构冲击系数（测点布设见图6-10。环境激励试验（模态测试135792468 图6- 模态测试测点位置及编号示意图（单位：表6- 模态测试各测点试验批次测点编号批次测点编号批次121212121212131、2、323注：其中带*测点为模态测试各批次的不动点。结构动力分析依据桥梁设计图纸，对桥梁进行结构动力分析，得到该桥的前两阶振型图如图6-12所示。阶振型对应自振频率f1=1.76阶振型对应自振频率f2=3.68图6- 马园河桥主跨结构计算振型试验的实施与控制对桥梁进行结构动力分析，根据得到的主桥振型图确定加速度传感器的安装部位。跑车试验：采用一辆载重车辆分别以30Km/h、40Km/h和50Km/h的行车速度通过桥梁，采集桥梁结构振动响应，测定结构的自振频率、阻尼比。刹车试验：采用一辆载重车辆分别以30Km/h、40Km/h和50Km/h的行车速度通过桥梁，行驶至主跨跨中时进行制动，测试桥梁结构在汽车动荷载作用下的动挠度，计算得到结构冲击系数。环境激励试验：首先选择一个测点作为参考测点，分批次测试桥跨结构在环境激励作用下各测点的振动响应，每一批次测试时间不小于20分钟。测试完毕后分析结构的自振频率、振型及阻尼比。试验结果评定动载试验结果主要从以下几个方面进行评定：桥梁结构实测振型是否与结构动力计算分析结果相符；桥梁结构实测自振频率是否大于结构理论自振频率，实测阻尼比是否处于正常范围；实测结构冲击系数是否小于设计规范取值。根据以上试验结果，综合评价桥梁结构的总体刚度及整体动力性能。检测结果与汇总静载检测结果马园河桥主跨静载试验挠度、应变检测结果和对比曲线图分别见表7-1～表7-2和图7-1～图7-2。表7- 马园河桥第18孔各工况挠度计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置①实测挠度（校验系数①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况1：17#墩墩顶截面最大负弯矩中工况5：第18孔跨中截面最大正弯矩中载17----------17-----------17----------18181819-----------19-----------19--------校验系数平均续表7- 马园河桥第18孔各工况挠度计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置①实测挠度（校验系数①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况2：17#墩墩顶截面最大负弯矩右偏载工况6：第18孔跨中截面最大正弯矩右偏载17--------17---------17----------18181819--------19----------19--------校验系数平均续表7- 马园河桥第18孔各工况挠度计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置①实测挠度（校验系数①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况3：第18孔L/4截面最大正弯矩中17--------17--------17--------18181819-//////-//////19--------19-//////-//////校验系数平均续表7- 马园河桥第18孔各工况挠度计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置①实测挠度（校验系数①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况4：第18孔L/4截面最大正弯矩右偏载17--------17----------17--------18181819-//////-//////19--------19-//////-//////校验系数平均第18孔相对残余变形P在0～16.67%范围内（P=残余变形/挠度实测值- -挠度实测 挠度计算- -挠度实测 挠度计算 -- --图7- 马园河桥第18孔各工况测点挠度实测值与计算值对比曲表7- 马园河桥第18孔各工况应变计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置计算应变①实测应变（校验系数⑦=⑥/①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况1：17#墩墩顶截面最大负弯矩中17#墩顶16//////21//////3----0-4------5--0---6------7------8------9----------0-------------------------------1//////6//////校验系数平均续表7- 马园河桥第18孔各工况应变计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置计算应变①实测应变（校验系数⑦=⑥/①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况2：17#墩墩顶截面最大负弯矩右偏载17#墩顶16//////21//////3------4----0-5------6------7------8------9--------------------------0-0-------------1//////6//////校验系数平均续表7- 马园河桥第18孔各工况应变计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置计算应变①实测应变（校验系数⑦=⑥/①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况3：第18孔L/4截面最大正弯矩中18-//////3//////08192021811822129222211916172212716063//////-//////校验系数平均续表7- 马园河桥第18孔各工况应变计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置计算应变①实测应变（校验系数⑦=⑥/①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况4：第18孔L/4截面最大正弯矩右偏载18--0-0--//////29193230290110231021011312481918-//////--0---校验系数平均续表7- 马园河桥第18孔各工况应变计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置计算应变①实测应变（校验系数⑦=⑥/①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况5：第18孔跨中截面最大正弯矩中载18孔跨中--------0---13252242112141113314113221------------校验系数平均续表7- 马园河桥第18孔各工况应变计算值、实测值与校验系荷载工况测点位置计算应变①实测应变（校验系数⑦=⑥/①截面位置测点编号第一次第二次实测残余实测④残余⑤工况6：第18孔跨中截面最大正弯矩右偏载18孔跨中----0-------01243113215233340533121122--------0-0-校验系数平均第18孔相对残余应变P在0～18.75%范围内（P=残余应变/应变实测值0- -----应变实测 应变计算0- -----50- --应变实测 应变计算50- --应变实测 应变计算0--应变实测 应变计算0- -应变实测 应变计算图7- 马园河桥第18孔各工况测点应变实测值与计算值对比曲动载检测结果跑车试验马园河桥第18孔结构前2阶自振频率实测时域曲线和频域分析曲线分别见图7-3～图7-4。30km/h跑车实测加速度响应时域曲线40km/h跑车实测加速度响应时域曲线50km/h跑车实测加速度响应时域曲线图7- 马园河桥第18孔跨中截面跑车测试时域曲30km/h跑车实测加速度响应频域分析曲线40km/h跑车实测加速度响应频域分析曲线50km/h跑车实测加速度响应频域分析曲线图7- 马园河桥第18孔跨中截面跑车测试频域分析曲马园河桥第18孔结构自振频率计算值和实测值对比见表7-3表7- 结构自振频率实测值和计算值对测试位置阶序自振频率⑤第18孔跨中截面12刹车试验马园河桥刹车试验各工况第18孔跨中激光挠度测点的实测动挠度曲线如图7-5所示，冲击系数实测值见表7-4。工况130km/h刹车实测动挠度响应曲线工况240km/h刹车实测动挠度响应曲线工况350km/h刹车实测动挠度响应曲线图7- 马园河桥第18孔跨中截面刹车测试动挠度响应曲表7- 结构冲击系数实测测点位置冲击系数实测值工况1刹车30km/h①工况2刹车40km/h②工况3刹车50km/h③平均值④=(①+②+③)/3第18孔跨中截面模态测试根据现场测试和软件分析得到各测点参数，见表7-5，并绘制振型图7-6。马园河桥实测频率和阻尼比见表7-6。表7- 马园河桥模态测试测点参阶次测点振幅相位11172.9612174.0613170.8614174.8915174.9616176.7317-119-1-1-1-1174.6811175.551175.771178.661177.5921222324252627--2-29-2-222--2--2--2--2--2--由上图左上角信息可知：实测竖向一阶振型自振频率f1=2.15Hz阻尼系数ζ1=2.20％由上图左上角信息可知：实测竖向二阶振型自振频率f2=5.08Hz阻尼系数ζ2=1.57％图7- 马园河桥实测振型表7- 马园河桥实测频率和阻尼阶数计算频率（实测频率（阻尼比（%）12在环境激励下桥梁模态各测点实测时域曲线见图7-71#测点时域图2#测点时域图3#测点时域图4#测点时域图5#测点时域图6#测点时域图7#测点时域图8#测点时域图9#测点时域图10#测点时域图11#测点时域图12#测点时域图13#测点时域图14#测点时域图15#测点时域图16#测点时域图17#测点时域图18#测点时域图图7- 马园河桥模态测试时域曲线见检测结果汇总静载试验检测结果马园河桥本次静载试验测试选择主跨第18孔进行，静载试验加载效率与各工况挠度、应变的检测结果汇总见表7-7～表7-9。表7- 静载试验加载效率一览工况控制指标试验荷载计算值荷载设计值②荷载效率②工况1、217#墩墩顶截面最大负弯矩中载、右偏载弯矩(kN·m)-23603.4-22436.1工况3、4：第18孔L/4截面最大正弯矩中载、右偏载弯矩(kN·m)8364.48500.2工况5、618孔跨中截面最大正弯矩中载、右偏载弯矩(kN·m)14092.614212.7表7- 挠度检测结果一览荷载工况挠度校验系数范围平均值工况1、0.65～工况2、0.52～工况0.62～工况0.66～表7- 应变检测结果一览荷载工况应变校验系数范围平均值工况0.65～工况0.68～工况0.71～工况0.67～工况0.72～工况0.72～动载试验检测结果马园河桥本次动载跑车、刹车试验均选择主跨跨中截面进行，模态测试通过全桥18个测点进行，跑车试验实测自振频率对比结果、刹车试验冲击系数检测结果和模态测试桥梁实测自振频率及阻尼比检测结果汇总分别见表7-10和表7-12。表7-10跑车试验结构自振频率实测值和计算值对比测试位置阶序自振频率⑤第18孔跨中截面12表7- 刹车试验结构冲击系数实测测点位置冲击系数实测值工况1刹车30km/h①