荷载试验检测报告.docx
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荷载试验检测报告
立交桥
荷载试验检测报告
报告编号：
BU2006019
工程试验检测有限责任公司
二○○六年八月
注意事项
1.本报告应盖有公章，否则为无效报告。
2.复制报告未重新盖章无效。
3.报告无试验（检测）、审核、批准人签字无效。
4.报告涂改无效。
5.对检测报告有异议，应于本报告发出之日起15天内
向本公司提出，逾期不予受理。
通信地址：
邮政编码：
电话：
传真：
立交桥荷载试验检测报告
现场检测：
数据处理：
报告编写：
报告审核：
报告批准：
检测报告
工程名称
立交桥静载及动载试验
委托单位
市政工程管理处
地址
检测时间
2006年8月10日
样品数量
——件
检测依据
⑴《立交桥施工图设计文件》，1991
⑵《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）
⑶《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
⑷《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）
⑸《公路桥梁承载能力检测评定规程》，交通部公路科学研究所，2003年4月
⑹《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行），人民交通出版社，1988年
检测项目
桥梁静载及动载试验
检
测
结
论
理论计算与现场检测结果表明该桥应力及挠度均满足规范要求。
根据现场静载试验检测和理论检算，立交桥目前能够满足汽-20、挂-100荷载的设计要求。
现场动载试验结果表明该桥的动力性能符合设计要求。
检测单位盖章：
报告批准日期：
2006年8月16日
报告有效期至：
2007年8月15日
报告编号：
BU2006019
批准：
审核：
编制：
立交桥静载及动载试验检测报告
一、概述
立交桥位于市，于1991年5月开始修建。
该桥为预应力钢筋混凝土T型梁简支桥，标准跨径15.36m,计算跨径13.7m,净跨径12.9m,桥宽19.86m，为双向四车道桥梁。
上部结构主梁为预应力简支T型梁，横向共2根外梁和12根内梁。
该桥设计荷载：
机动车道为汽-20，挂-100；人行道荷载为3.5kN/m2。
立交桥于1992年竣工通车。
桥梁概貌如图1、图2、图3、图4：
图1桥梁立面照片
图2桥梁平面照片
图3桥梁底面平面照片
图4桥梁横隔板照片
二、静载试验
2.1试验检测目的
1.评定现有桥梁的实际承载能力，为桥梁的使用及维修加固提供必要的依据。
由于桥梁运营多年，桥梁的部分部位出现缺陷，如裂缝等，通过检测确定桥梁各部损耗的程度及实际承载能力。
而且现在交通量不断增加，车辆载重量不断加大，对桥梁通过能力和承载能力的要求也愈来愈高，通过检测，确定现有桥梁的荷载等级，从而决定是否需要通过加固来提高其荷载等级。
2.对现有桥梁进行全面技术评定，建立和积累必要的技术档案资料。
通过检测建立和积累技术资料，为加强桥梁科学管理及提高桥梁技术水平提供必要条件。
2.2试验检测内容
选择14根梁中的5片主梁分别测试如下内容：
⑴主梁的挠度：
跨中的挠度，支点沉降；
⑵主梁的应力：
跨中截面、四分点、支座截面应力；
⑶横隔板的应力：
跨中截面的应力，确定横向分布系数；
⑷裂缝展开情况，新裂缝产生情况。
2.3试验检测依据
⑴《立交桥施工图设计文件》，1991年5月；
⑵《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）；
⑶《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；
⑷《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）；
⑸《公路桥梁承载能力检测评定规程》，交通部公路科学研究所，2003年4月；
⑹《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行），人民交通出版社，1988年。
2.4静载试验检测方法
2.4.1概述
简支梁桥是我国公路上中小跨径桥梁中使用最广泛的一种桥梁体系。
梁桥具有受力明确、构造简单、施工方便等优点。
简支梁桥的上部结构由主梁、横隔板、桥面板、桥面构造等部分组成。
主梁是桥梁的主要承重构件；横隔板保证各根主梁相互结成整体，以提高桥梁的整体刚度；主梁的上翼缘构成桥面板，组成行车（人）平面，承受车辆（人群）荷载的作用。
简支梁桥系静定结构，受力较简单。
本次荷载试验的目的就是希望通过对实桥进行加载、测试，达到摸清桥梁结构的实际工作状态；通过实测各控制截面的应力和变形（挠度），并与相应的理论检算值相比较，进而分析与判断桥梁结构的安全承载能力和使用条件。
立交桥属于预应力钢筋混凝土T型梁简支桥，根据该桥的受力特点进行静载试验。
2.4.2试验荷载
立交桥设计荷载为汽-20、挂-100，考虑到：
立交桥建桥后有重型车辆通过，最后通过结构检算，决定采用4辆200KN汽车进行静载试验。
加载车辆主要尺寸见图5：
图5加载车辆示意图
200KN加载车辆总重20吨，前轮轴重5.0吨，后轮轴重15.0吨，其主要尺寸见上图。
2.4.3测试截面以及测点布置
为测定主梁的混凝土在活载作用下的应力情况，取桥梁西北角这一1/4区域的梁布置应变片，布置区域图如下示，选取桥的第3根梁至第7根梁共5片内梁进行布置，梁的记数从桥的西面开始，分别记为T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8，T9，T10，T11，T12，T13，T14，如图所示。
对T3—T7每根梁有选择地取跨中，1/4跨及支座处的断面布设了如下测点：
每根梁跨中断面梁底和梁侧及中性轴处，1/4跨断面，支座处剪力应变花共4个测点7个应变片，5片梁共20个测点35个应变片，另外选取T5与T7之间跨中部位的横隔板底面布置3个应变片，另布置一个共用温度补偿片，总计23个测点39个应变片。
图6中阴影部分为加载区域，如下示。
在跨中和支座布置4个靶标用来测量桥梁跨中最大挠度及支座沉降。
图6桥梁布载及靶标布置区域
实际测点布置位置部分如图7、8所示：
图7梁跨中的贴片布置
图8支座处的贴片布置
2.4.4加载位置
对该桥进行加载，桥跨采用规范所规定的几种布载方式，加载位置如下所示：
图9桥跨第一种布载方案示意图
图10桥跨第二种布载方案示意图
图11桥跨第三种布载方案示意图
图12桥跨第四种布载方案示意图
2.4.5加载方法
由于该桥为单跨简支T型梁桥结构，取其半跨进行加载试验。
本次静载试验共有4个加载工况，第一工况为2辆20吨汽车荷载以第一种布载方案加在桥跨上；第二工况为2辆20吨汽车荷载以第二种布载方案加在桥跨上；第三工况为4辆20吨汽车荷载以第三种布载方案加在桥跨上；第四工况为2辆20吨汽车荷载以第四种布载方案加在桥跨上，该种工况为偏载。
图13工况一照片（汽车荷载以第一种布载方案布在桥跨上）
图14工况二照片（汽车荷载以第二种布载方案布在桥跨上）
图15工况三照片（汽车荷载以第三种布载方案布在桥跨上）
图16工况四照片（汽车荷载以第四种布载方案布在桥跨上）
2.4.6试验检测仪器
表1主要检测仪器设备一览表
序号
仪器设备名称
规格型号
生产厂家
数量
备注
1
程控静态应变仪
1台
2
应变片
39片
3
200KN重车
4辆
4
笔记本电脑
2台
5
桥梁挠度检测仪
BJQN-4D型
北京光电研究所
1台
图17程控静态电阻应变仪（兰德科技BZ2205C型）
2.4.7静载试验结果
表2各工况下梁各测点的试验结果应力值（MPa）
测点
工况一
工况二
工况三
工况四
最大值
平均值
最大值
平均值
最大值
平均值
最大值
平均值
跨中
1/4跨
支座
横隔板
表3各工况下最大挠度及残余检测结果
挠度检测结果
工况一
工况二
工况三
工况四
挠度（mm）
残余（mm）
表4各工况下跨中测得的最大应力及残余应力（MPa）
最大应力及残余应力（MPa）
工况一
工况二
工况三
工况四
应力
残余应力
三、动载试验
3.1动载试验目的
桥梁结构的动力荷载试验是研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性。
这些测试结果数据是判断桥梁结构运营状况和承载特性的重要指标。
桥梁结构某振型的振动周期（或频率）与结构的刚度有着确定的关系，尤其在研究桥跨结构的横向刚度时，往往以其横向振动周期为指标。
在设计时亦要避免引起桥跨结构共振的强迫振动振源（车辆）的频率与桥跨结构自振频率相合，引起过大的共振振幅危及桥梁。
通过本次动载试验主要达到以下目的：
1.通过动载试验，测得在移动车辆荷载作用下，桥梁结构的动态增量，进而判断结构在受到不同动荷载作用下的动态反应是否在桥梁的一般容许范围内。
2.通过动力特性试验，了解桥跨结构的固有振动特性及其在长期使用荷载阶段的动力性能。
3.通过动载试验研究和理论计算分析，对桥梁的承载能力及其工作状况作出综合评价。
4.为桥梁维护提供依据，指导桥梁的正确使用和养护、维修。
3.2动载实验内容
动载试验用于了解桥梁自身的动力特性和抵抗受迫振动和突发荷载的能力。
其主要项目内容包括：
桥梁结构在动力荷载作用下的受迫振动特性，如桥梁结构的动位移、动应力、冲击系数等，另外还包括桥梁结构自身的自振特性，如自振频率、振型和阻尼比。
3.3动载试验方法
该桥拟进行行车试验，试验时采用一辆20吨的车以车速为10km/h、20km/h、30km/h匀速通过桥跨结构，由于在行驶过程中对桥面产生冲击作用，从而使桥梁结构产生振动。
通过动力测试系统测定桥跨结构主要控制截面测点的动挠度时间历程曲线和车辆对桥面冲击系数。
3.4动载试验仪器
本次动载试验检测设备采用北京光电研究所研制生产的桥梁挠度检测仪，对一辆20吨的汽车以不同车速驶过桥跨时进行行车试验，仪器如下图所示。
图18桥梁挠度检测仪
3.5动载试验测试结果及分析
对于行车试验，一辆20吨的主车以车速为15km/h、20km/h、25km/h匀速通过桥跨结构，在行驶过程中对桥面产生冲击作用，从而使桥梁结构产生振动。
典型波形图如图19、20、21所示。
图1915km/h行车时的典型曲线
图2020km/h行车时的典型曲线
图2125km/h行车时的典型曲线
静挠度和动挠度如何直接看出来
根据15km/h跑车动挠度曲线图19可得：
跨中静挠度Smean=0.394mm,动挠度Smax=0.406mm，冲击系数1+==1.031。
根据20km/h跑车动挠度曲线图20可得：
跨中静挠度Smean=0.390mm,动挠度Smax=0.405mm，冲击系数1+==1.038。
根据25km/h跑车动挠度曲线图21可得：
跨中静挠度Smean=0.706mm,动挠度Smax=0.752mm，冲击系数1+==1.065。
四、桥梁理论值计算
结构理论计算主要是以该桥的有关设计资料为计算依据，并对某些参数进行经验假定，建立桥梁的主体模型，分析结构的受力状况，验证原设计结构是否满足现行要求。
4.1计算方法
采用有限元软件Madis，建立三维空间几何模型，进行有限元分析，计算出结构在各工况情况下应力、内力和位移，按照规范所规定的各项容许指标，验算其是否满足结构承载力要求，并找出应力储备较为薄弱，易损坏的构件。
4.2计算说明
1、对该桥空间仿真分析，按照现场详测的具体资料，力求全面反映结构实际情况，完整模拟结构受力的各种工况原则进行。
在模型中主要采用梁单元和板单元，桥的主体都是采用梁单元。
在建模的过程中考虑到解算的精度和速度，对全桥进行有限元离散时，对于不同位置及不同重要程度的构件，采用了不同的网格密度。
全桥模型如图23所示：
图22全桥模型图
2、坐标系和单位
建立的有限元模型的坐标系如上图所示，X轴方向为顺桥向，Y轴为横桥向，Z轴为竖直方向。
（单位除说明外均为国际单位制）
3、正负号的规定
应力值：
正号表示为拉应力，负号表示为压应力。
位移：
沿坐标轴正方向的位移为正，沿坐标轴负方向的位移为负。
4、材料及其属性
采用立交桥设计材料参数进行计算，C40混凝土的弹性模量E=3.3e10Pa，泊松比μ＝0.166，密度ρ=25kN/m3。
5、计算工况
汽车荷载：
按照原设计的车行道汽-20荷载，汽车荷载分为四个工况即进行静载试验的四个工况。
4.3部分计算结果
1、竖向位移（单位：
m）
图23工况一竖向位移图
图24工况二竖向位移图
图25工况三竖向位移图
图26工况四竖向位移图
2、结构应力
由于本桥按三维空间模型建模，这里只示出几种工况下的部分应力云图，其它具体应力结果列表给出。
汽车荷载作用下：
（单位：
10kPa）
图27工况一梁轴向应力图
图29工况一梁剪应力Qz图
图30工况一梁截面应力My图
图31工况一梁截面应力Mz图
图32工况一板底组合应力最大值图
3、结构内力
图48工况一轴向力Fx图
图49工况一剪力Fz图
图50工况一弯矩My图
图51工况一扭矩Mz图
图52工况二轴向力Fx图
图53工况二剪力Fz图
图54工况二弯矩My图
图55工况二扭矩Mz图
根据前述的荷载，表5列出汽车荷载下四种工况相应于进行静载试验时各测点的理论应力值情况，表6给出各工况下跨中挠度的计算值：
表5各工况下梁各测点的理论计算应力值（MPa）
测点
工况一
工况二
工况三
工况四
最大值
平均值
最大值
平均值
最大值
平均值
最大值
平均值
跨中
1/4跨
支座
横隔板
表6各种工况下理论计算所得的挠度值（mm）
测点位置
工况一
工况二
工况三
工况四
梁跨中
表7应力校验系数
工况
荷载效率系数
应力（MPa）
校验系数
设计跨中理论值
实测跨中平均值
工况一
工况二
工况三
工况四
表8挠度校验系数
挠度（mm）
校验系数
工况
荷载效率系数
设计理论值
实测平均值
工况一
工况二
工况三
工况四
五、试验检测结论
5.1静载应力工况
1.所测桥跨的应力值与荷载均呈现比较好的线形关系，在卸载后试验桥跨残余应力小于《大跨径混凝土桥梁的试验方法》第3.19.2条之规定。
表明试验桥跨的上部结构处于弹性工作状态。
2.检测桥跨在对称和偏斜荷载下,应力校验系数在0.474～0.568之间,满足正常使用钢筋混凝土简支梁桥应力校验系数0.4～0.8的要求。
5.2静载挠度工况
1.试验桥跨在对称荷载和偏载条件下跨中桥面两侧挠度值与加载等级具有较好的线性关系和偏载相关性,且跨中截面在试验荷载作用下的最大挠度远小于按刚度理论的计算值（Ｌ/600）,说明测试桥跨的刚度满足要求;卸载后各测点的残余挠度值与最大挠度值之比仍处于一个较低的水平,即桥梁上部结构处于安全工作范围内。
2.检测桥跨在对称和偏斜荷载条件下,挠度校验系数为0.584～0.898,满足正常使用的钢筋混凝土简支梁桥挠度校验系数之要求，
5.3动载
所测桥梁在动载作用下冲击系数在允许范围内。
5.4结论
通过对预应力混凝土Ｔ型简支梁桥的观测和静、动荷载试验,在荷载效率系数η满足《规范》所规定的0.8<η<1.05前提条件下,试验桥梁满足设计强度要求,检测桥跨的变形符合设计刚度规定,桥梁的表面裂缝观测、几何尺寸偏差均满足设计要求和《公路工程质量检验评定标准》中的有关规定，另外桥梁的动态性能也满足要求。
因此,所测桥跨质量良好,其承载能力达到汽车-20级、挂车-100级。
建议对该桥常规检测发现的病害进行处理。
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