洋河大桥荷载试验报告.docx

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洋河大桥荷载试验报告

检测评定表

项目名称

K178+985洋河大桥荷载试验

委托单位

建设单位

设计单位

施工单位

监理单位

结构型式

（4×30）×7联+（5×30）预应力连续T梁

设计要求

设计荷载：

公路-I级

检测目的

通过荷载试验检测，判断桥梁承载能力是否满足设计要求。

检测参数

应变（应力）、挠度、裂缝宽度，冲击系数、自振频率

主要检测仪器

动挠仪、自振测试仪、裂缝测宽仪、DH3815N静态应变测试系统、机械百分表

检测时间

2012年11月20日至12月07日

检测环境

晴、多云-3～3℃

检测依据

（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）；

（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；

（4）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）；

（5）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（交通部公路科学研究所等，1982，北京）；

（6）该桥相关设计图纸以及现场调查资料；

（7）国家现行其它相关规范与规定。

检测结论

检测结论：

1.该桥试验孔在静荷载作用下，各测点应力校验系数最大为0.88，各测点挠度校验系数最大为0.90，均小于规范规定的限值1.0，说明结构整体强度、刚度满足设计要求。

结构残余变形最大为9%.，小于规范规定的20%。

这说明整个静载试验过程中该结构均处于弹性工作状态。

该桥试验孔在静荷载各级工况作用下，结构构件均未出现受力裂缝，说明结构抗裂性能良好.

2.该桥试验孔在动荷载作用下，实测的冲击系数均小于理论计算值。

说明该桥的行车性能满足要求。

该桥第1阶实测自振频率fmi与相应理论计算频率fdi的比值均大于1.1，评定标度均为1级，该桥自振特性满足要求。

1、工程概况

洋河大桥中心桩号K178+985，交角90o，全长997m。

上部结构预应力混凝土先简支后连续T梁；下部结构为肋板式台，双柱式墩，钻孔灌注桩基础。

全桥分8联：

（4×30）×7联+（5×30），共计33孔。

单幅桥面宽度：

0.5m防撞护栏+净11.75m+0.5m防撞护栏。

设计荷载为公路-Ⅰ级。

主要材料及强度

（1）混凝土

混凝土：

预制T梁、横隔板采用C50混凝土，现浇接缝、墩顶湿接缝采用C50膨胀混凝土。

桥面铺装上层采用沥青混凝土，下层采用C50防水混凝土。

桥台：

盖梁、耳背墙采用C30混凝土，承台、桩基础采用C25混凝土。

桥墩：

盖梁、墩柱、柱系梁采用C30混凝土，底系梁、桩基础采用C25混凝土。

（2）钢材

1）钢筋：

普通钢筋直径大于12mm的均采用HRD335级钢筋（Ⅱ级），直径小于12mm的采用R235级钢筋（Ⅰ级）。

2）预应力钢绞线：

采用符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）规定的低松弛高强度预应力钢绞线。

标准强度fpk＝1860MPa，弹性模量Ep＝1.95×105MPa，松弛率为3.5％，公称直径15.2mm，钢绞线参考面积A＝140mm2。

2、试验目的

本次荷载试验力求达到以下目的：

（1）通过荷载试验检验桥梁结构设计理论与施工质量水平；

（2）通过测定桥梁试验孔控制截面在试验静荷载作用下的应力和挠度，并与理论计算值比较，检验桥梁实际结构控制截面应力与挠度值是否与设计要求相符。

根据试验结果，对桥梁的整体结构强度、结构刚度、结构抗裂性作出评定，以判断桥梁结构的实际承载能力；

（3）通过测定桥梁试验孔在试验动荷载作用下桥跨结构的动力响应，评定桥梁的动力性能；

（4）验证桥梁结构设计理论、计算方法和设计中各种假定的正确性与合理性，为设计积累科学资料。

3、检测依据

（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）；

（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；

（4）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）；

（5）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（交通部公路科学研究所等，1982，北京）；

（6）该桥相关设计图纸以及现场调查资料；

（7）国家现行其它相关规范与规定。

4、试验检测项目

根据本桥上部结构的组成型式及现场情况，本次荷载试验选择左幅（秦皇岛至承德方向）第1联（第1～4孔）作为试验孔，以此拟定荷载试验检测项目。

4.1静载试验

（1）试验孔在静力试验荷载下控制断面挠度测量；

（2）试验孔在静力试验荷载下控制断面应变（应力）测量；

（3）静载过程中的裂缝观测。

4.2动载试验

（1）试验孔在动力试验荷载下动挠度测量；

（2）试验孔在动力试验荷载下自振频率测量；

5、静载试验

5.1静力试验荷载的确定

本次试验的主要目的是检验结构承载能力是否符合设计要求，故采用基本荷载加载。

按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）规定，计算各控制截面在设计荷载作用下最不利效应值的等效荷载。

等效荷载计算公式如下：

式中：

η：

静力试验荷载效率系数；

Sstat：

试验荷载作用下，某一加载项目对应的控制截面内力或变位等的最大计算效应值；

S：

设计标准活荷载不计冲击荷载作用时产生的该加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最不利计算效应值；

（1+μ）：

设计计算取用的动力系数。

其中μ为按规范采用的冲击系数。

综合考虑静力试验荷载效率、控制断面的设计弯矩值及加载车辆的来源等因素，本次等效荷载采用4辆三轴重载汽车充当，试验车辆的轴距以及满载重量见表5-1。

表5-1加载车辆规格表

车号

前中轴距（cm）

中后轴距（cm）

后轮距（cm）

前轴重

（kN）

中轴重

（kN）

后轴重（kN）

总重

（kN）

400

140

190

92.8

185.6

464.0

400

140

190

93.0

186.0

465.0

400

140

190

91.8

183.6

459.0

400

140

190

92.4

184.8

462.0

5.2测试位置及项目

按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）的有关规定，结合该桥现场实际情况，本次静载试验测试位置选取左幅边孔（即第1孔）正弯矩最不利位置、支点（1#墩顶）负弯矩最不利位置及次边孔（即第2孔）正弯矩最不利位置。

测试项目包括：

（1）边孔正弯矩最不利位置横桥向偏心和对称荷载工况下各控制断面上、下缘应力，各控制点挠度；

（2）1#墩顶负弯矩最不利位置横桥向偏心工况下各控制断面上下缘应力；

（3）次边孔正弯矩最不利位置横桥向偏心和对称荷载工况下各控制断面上、下缘应力，各控制点挠度；

主要测试截面位置如图5-1所示，各控制截面测试项目如表5-2所示。

图5-1测试截面位置示意图

注：

“Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ”符号表示主要测试截面。

表5-2各控制截面测试项目表

截面编号

位置

测试项目

Ⅰ

边孔（第1孔）跨中正弯矩最不利位置

截面应变与挠度

Ⅱ

1#墩顶负弯矩最不利位置

截面应变

Ⅲ

次边孔（第2孔）跨中正弯矩最不利位置

截面应变与挠度

5.3测量仪器与方法

本桥静力荷载试验各测试项目所用仪器和方法如下：

（1）应力测试仪器

应力测试采用先测出应力测点处的应变，然后根据材料的物理特性由应变计算出应力的方法。

此种方法应变测量的传感器是电阻应变片，配DH3815静态应变测量系统。

该系统由数据采集箱、微型计算机及支持软件组成。

数据采集箱与微型计算机通过RS-232C串行通信进行数据传输。

支持软件能自动完成预调平衡，自动采样、定时采样以及对初始值、长导线、灵敏系数修正等功能。

每台计算机可控制16台数据采集箱，每台数据采集箱可测60点，采样速率为12点／秒。

（2）挠度测试仪器

根据本桥现场实际情况，结合目前挠度测量方法，本次静载试验采用悬挂钢丝法（配机械百分表）进行挠度测量。

（3）混凝土结构裂缝，采用人工目力检查，并辅以裂缝观测仪测量其宽度，钢卷尺测量裂缝的长度。

5.4加载位置与加载工况的确定

试验加载位置与加载工况的确定主要依据以下原则进行：

（1）尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率；

（2）在满足试验荷载效率以及能够达到试验目的前提下，加载工况进行简化、合并；

（3）每一加载工况依据某一加载试验项目为主，兼顾其他加载试验项目。

本次静载试验主要有下列几种加载工况

（1）工况一为边孔正弯矩最不利加载位置横桥向外侧偏心工况，工况二为边孔正弯矩最不利加载位置对称布载，见图5-2～图5-4；

（2）工况三为次边孔正弯矩最不利加载位置外侧偏心布载，工况四为次边孔正弯矩最不利加载位置横桥向对称布载，见图5-2～图5-4；

（3）工况五为支点负弯矩最不利加载位置横桥向外侧偏心布载，见图5-2～图5-3；

上述加载位置的纵向排列，见图5-2所示，试验车辆横桥向外侧偏心和横桥向对称布载时的位置，见图5-3、图5-4所示。

图5-2试验车辆纵向布置示意图

注：

工况一、二为边孔正弯矩最不利位置横桥向外侧偏心、横桥向对称加载工况；

工况三、四为次边孔正弯矩最不利位置横桥向外侧偏心、横桥向对称加载工况；

工况五为1#墩顶负弯矩最不利位置横桥向外侧偏心加载工况。

图5-3试验车辆横桥向外侧偏心布置示意图（单位：

m）

注：

1、a）为横桥向一辆车外侧偏心布载；b）为横桥向二辆车外侧偏心布载；c）为横桥向三辆车外侧偏心布载。

2、工况一、三按a、b、c分级加载；工况五按a、b分级加载。

图5-4试验车辆横桥向对称布置示意图（单位：

m）

注：

1、a）为一辆车横桥向对称布载；b）为二辆车横桥向对称布载；c）为三辆车横桥向对称布载。

2、工况二、四按a、b、c分级加载。

5.5测点布置

在进行测点布置时，全面考虑T梁及其他各主要构件中控制截面，或控制点在试验荷载作用下的受力状态，以保证获取结构的强度与刚度的实测数据。

T梁的主要测点布设为：

跨中及各四分点挠度；支点沉降（墩顶位移）；控制截面应变。

附加测点的设置：

应变沿控制截面桥宽方向分布；应变沿截面高度分布；裂缝的监测等。

5.5.1T梁控制截面内应力测试

当T梁在其最不利荷载作用下时，通过对控制截面内的应力测定，可以考核其强度是否满足使用要求。

本次控制截面应力测试采用表面粘贴式应变计方式获得。

T梁应力测试关键截面共布置3个，分别为边孔跨中截面、支点截面和次边孔跨中截面，见图5-5所示，控制截面应力测点布置如图5-6、5-7所示。

图5-5控制应力测试截面示意图

注：

图中，截面I-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ表示T梁控制应力测试截面。

图5-6Ⅰ-Ⅰ、Ⅲ-Ⅲ测试截面T梁应力传感器布置示意图

说明：

a）6#、7#、8#、9#、10#、11#为Ⅰ-Ⅰ、Ⅲ-Ⅲ截面T梁底面应力测点控制截面；

b）1#、2#、3#、4#、5#为Ⅰ-Ⅰ、Ⅲ-Ⅲ截面T梁侧面应力测点；

c）图中应力测点方向均沿梁轴向方向，以测量控制截面在弯矩作用下应力变化情况。

图5-7Ⅱ-Ⅱ测试截面T梁应力传感器布置示意图

说明：

a）1#、2#、3#、4#、5#、6#为Ⅱ—Ⅱ截面T梁侧面应力测点；

b）图中应力测点方向均沿梁轴向方向，以测量控制截面在弯矩作用下应力变化情况。

5.5.2主梁挠度测量

考虑到本桥的受力特点及本桥测试工况，本次静载试验挠度测点纵向布置在支点、L/4、L/2、3L/4跨径位置，挠度测点布置详见图5-8所示。

图5-8挠度测点布置示意图

5.6试验荷载效率系数

试验荷载效率是桥梁静载试验的一项主要参数，效率系数选用是否满足规范要求，直接关系到静载试验的成败与效果，为此对该桥的理论计算采用了Midascivil2010软件进行分析后，获得本桥各测试断面实际静力试验荷载效率系数，详见表5-3。

表5-3试验荷载效率

荷载效应

项目

公路Ⅰ级效应

弯矩（kN·m）

试验荷载效应

弯矩（kN·m）

试验效率系数

边孔正弯矩

6657.33

6991.26

1.05

次边孔正弯矩

5655.81

5963.84

1.05

支点负弯矩

-5248.48

-5043.40

0.96

5.7试验加载程序

静力荷载加载各工况的试验程序见表5-4静载试验工况表。

表5-4静载试验工况表

工况号

荷载位置

测试内容

零荷载

相关测试项目的卸载值

2-1

1辆加载车边孔正弯矩横桥向对称布载

测试各测点的应变及挠度值

2-2

2辆加载车边孔正弯矩横桥向对称布载

测试各测点的应变及挠度值

2-3

3辆加载车边孔正弯矩横桥向对称布载

测试各测点的应变及挠度值

零荷载

相关测试项目的卸载值

3-1

1辆加载车次边孔正弯矩外侧偏心布载

测试各测点的应变及挠度值

3-2

2辆加载车次边孔正弯矩外侧偏心布载

测试各测点的应变及挠度值

3-3

3辆加载车次边孔正弯矩外侧偏心布载

测试各测点的应变及挠度值

零荷载

相关测试项目的卸载值

4-1

1辆加载车次边孔正弯矩横桥向对称布载

测试各测点的应变及挠度值

4-2

2辆加载车次边孔正弯矩横桥向对称布载

测试各测点的应变及挠度值

4-3

3辆加载车次边孔正弯矩横桥向对称布载

测试各测点的应变及挠度值

零荷载

相关测试项目的卸载值

5-1

2辆加载车1#墩负弯矩外侧偏心布载

测试各测点的应变及挠度值

5-2

4辆加载车1#墩负弯矩外侧偏心布载

测试各测点的应变及挠度值

零荷载

相关测试项目的卸载值

（1）为了使结构进入正常的工作状态，在进行正式加载试验前，用一辆试验车在试验孔跨中部位进行2～3次横桥向对称的反复预加载。

（2）预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷载恢复后，进入正式加载试验。

正式加载试验按加载工况序号进行，完成一个序号的加载工况，在结构得到充分的零荷载恢复后，再进入下一个序号的加载工况。

5.8测试结果与分析

下面对本次静载试验结果按应力测试、挠度测试、残余变形及抗裂性分析的顺序进行分析。

5.8.1应力测试结果与分析

在进行各工况的应力数据对比分析时，选取了对应加载工况的测试值与对应位置的理论值对比分析。

由表5-5～表5-7各工况应力对比数据（应力正向规定：

拉为正，压为负），可知：

（1）由表5-5知：

边孔Ⅰ-Ⅰ应力控制截面在边孔正弯矩横桥向偏心和对称荷载作用下，控制断面梁底最大拉应力为3.25MPa，小于理论值4.82MPa；应力各测点校验系数最大为0.87，小于1.0。

（2）由表5-6知：

次边孔Ⅲ-Ⅲ应力控制截面在次边孔正弯矩横桥向偏心和对称荷载作用下，控制断面梁底最大拉应力为2.64MPa，小于理论值4.12MPa；各测点校验系数最大为0.88，小于1.0。

（3）由表5-7知：

Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ应力控制截面在各工况横桥向偏心荷载作用下，实测应力沿梁高基本呈线性分布，说明T梁在试验荷载下应力截面处于弹性工作状态。

综上所述，该桥试验孔各测点实测应力与理论应力相比，校验系数均小于1.0，说明该桥结构强度满足设计要求。

表5-5Ⅰ－Ⅰ控制截面梁底应力数据

边孔正弯矩横桥向偏心荷载最不利工况

测点梁号

1#梁

2#梁

3#梁

4#梁

5#梁

6#梁

实测值（MPa）

3.13

3.25

3.09

2.50

1.81

0.86

理论值（MPa）

4.42

4.82

4.91

4.35

2.87

0.99

校验系数

0.71

0.67

0.63

0.58

0.63

0.87

边孔正弯矩横桥向对称荷载最不利工况

测点梁号

1#梁

2#梁

3#梁

4#梁

5#梁

6#梁

实测值（MPa）

1.91

3.00

2.88

2.74

2.07

1.23

理论值（MPa）

2.38

3.95

4.86

3.95

2.38

校验系数

0.81

0.76

0.59

0.56

0.52

Ⅰ—Ⅰ测试截面T梁应力传感器布置示意图

说明：

a）6#～11#测点为Ⅰ-Ⅰ截面1#～6#T梁底面应力测点控制截面；

b）1#、2#、3#、4#、5#为Ⅰ-Ⅰ截面6#T梁侧面应力测点；

c）图中应力测点方向均沿梁轴向方向，以测量控制截面在弯矩作用下应力变化情况。

注：

（1）表中应力值均为在试验荷载作用下T梁表面应力增量；

（2）应力拉为正、压为负；

（3）表中“/”表示该测点数据异常或应变片损坏。

表5-6Ⅲ－Ⅲ控制截面梁底应力数据

次边孔正弯矩横桥向偏心荷载最不利工况

测点梁号

1#梁

2#梁

3#梁

4#梁

5#梁

6#梁

实测值（MPa）

2.25

2.64

2.49

2.12

1.92

0.64

理论值（MPa）

3.71

4.12

4.26

3.81

2.46

0.73

校验系数

0.61

0.64

0.58

0.56

0.78

0.88

次边孔正弯矩横桥向对称荷载最不利工况

测点梁号

1#梁

2#梁

3#梁

4#梁

5#梁

6#梁

实测值（MPa）

0.99

1.70

1.83

1.86

1.54

1.46

理论值（MPa）

1.90

3.40

4.24

3.40

1.90

校验系数

0.52

0.50

0.43

0.44

0.45

0.77

Ⅲ—Ⅲ测试截面T梁应力传感器布置示意图

说明：

a）6#～11#测点为Ⅲ—Ⅲ截面1#～6#T梁底面应力测点控制截面；

b）1#、2#、3#、4#、5#为Ⅲ—Ⅲ截面6#T梁侧面应力测点；

c）图中应力测点方向均沿梁轴向方向，以测量控制截面在弯矩作用下应力变化情况。

注：

（1）表中应力值均为在试验荷载作用下T梁表面应力增量；

（2）应力拉为正、压为负；

（3）表中“/”表示该测点数据异常或应变片损坏。

表5-7各偏心加载工况梁高方向应力数据

工况及

测点

梁高位置

（cm）

实测值

（MPa）

理论值

（MPa）

应力分布图

边孔偏心加载工况边孔边梁侧面测点

182

-1.04

-2.00

170

-0.90

-1.57

125

0.31

0.01

1.01

1.42

2.17

3.01

3.13

4.42

次边孔偏心加载工况次边孔边梁侧面测点

182

-1.17

-1.68

170

-0.75

-1.32

125

0.22

0.01

0.70

1.19

2.02

2.52

2.25

3.71

支点负弯矩偏心加载工况支点边梁侧面测点

182

1.39

2.07

170

1.12

1.69

125

0.11

0.25

-0.73

-1.03

-1.50

-2.47

-1.48

-3.59

5.8.2挠度测试结果与分析

该桥试验孔不同加载工况的挠度具体测试数据及理论值见表5-8～表5-12所示（挠度数据向上为正，向下为负）：

（1）由表5-8、表5-11知：

在边孔正弯矩横桥向偏心和对称最不利荷载作用下，边孔跨中最大挠度值为-3.90mm，小于理论值-8.16mm；

（2）由表5-9、表5-12：

在次边孔正弯矩横桥向偏心和对称最不利荷载作用下，次边孔跨中最大挠度值为-3.14mm，小于理论值-5.81mm；

（3）由表5-8～表5-12知：

各测点挠度校验系数最大为0.90，小于规范允许值1.0；

（4）各工况控制断面的实测挠度与理论挠度对比曲线吻合较合，说明桥梁整体性好。

综上所述，该桥试验孔桥梁整体性好，结构刚度满足设计荷载要求。

表5-8边孔正弯矩最不利位置加载工况边梁挠度数据表

测点

挠度数值

偏心加载工况

边孔

次边孔

支点

L/4

L/2

3L/4

支点

L/4

L/2

3L/4

支点

实测值（mm）

0.00

-2.25

-3.84

-2.32

0.00

0.80

0.92

0.40

0.00

理论值（mm）

0.00

-5.19

-7.33

-4.29

0.00

2.18

2.28

1.22

0.00

校验系数

0.43

0.52

0.54

0.37

0.41

0.33

测点

挠度数值

对称加载工况

边孔

次边孔

支点

L/4

L/2

3L/4

支点

L/4

L/2

3L/4

支点

实测值（mm）

0.00

-1.67

-3.21

-1.97

0.00

0.73

0.85

0.54

0.00

理论值（mm）

0.00

-2.79

-3.94

-2.31

0.00

1.12

1.17

0.63

0.00

校验系数

0.60

0.81

0.85

0.65

0.73

0.86

边孔正弯矩最不利位置曲线偏心加载工况边梁挠度曲线

边孔正弯矩最不利位置曲线对称加载工况边梁挠度曲线

表5-9次边孔正弯矩最不利位置加载工况边梁挠度数据表

测点

挠度数值

偏心加载工况

边孔

次边孔

支点

L/4

L/2

3L/4

支点

L/4

L/2

3L/4

支点

实测值（mm）

0.00

1.06

1.27

1.19

0.00

-2.05

-3.14

-2.33

0.00

理论值（mm）

0.00

1.52

2.56

2.26

0.00

-3.86

-5.81

-3.49

0.00

校验系数

0.70

0.50

0.52

0.53

0.54

0.67

测点

挠度数值

对称加载工况

边孔

次边孔

支点

L/4

L/2

3L/4

支点

L/4

L/2

3L/4

支点

实测值（mm）

0.00

0.73

1.06

0.99

0.00

-1.66

-2.50

-1.15

0.00

理论值（mm）

0.00

0.82

1.37

1.22

0.00

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