黄湓大桥荷载试验报告.docx
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黄湓大桥荷载试验报告
浙江省兰溪市黄湓大桥加固后
静动载试验报告
交通部公路科学研究所
二OO八年九月
目录
1概述1
2静动载试验目的3
3静动载试验依据4
4试验组织5
4.1人员组织5
4.2仪器设备5
5静动载试验6
5.1静载试验6
5.1.1静载试验荷载与加载实施6
5.1.2测试内容及方法7
5.1.3测试断面及测点布置7
5.1.4加载方式与分级加载8
5.1.5加载位置与加载工况确定8
5.1.6试验加载程序11
5.1.7静力试验原则12
6静动载试验结果分析及评定12
6.1静载试验12
6.1.1应变（应力）试验结果分析13
6.1.2挠度试验结果分析18
6.1.3裂缝宽度监测试验结果分析23
6.1.4静载试验结果分析24
7结论和建议25
7.1静载试验结果25
7.2建议25
浙江省兰溪市黄湓大桥加固后
静动载试验报告
1概述
兰溪黄湓大桥位于兰溪市西侧的兰江上，主桥为52m＋3×80m＋52m连续箱梁，长344m，东岸引桥为五孔30m预应力T梁，西岸引桥为十九孔30m预应力T梁，桥梁全长1069m。
主桥连续箱梁结构采用50号混凝土，单箱单室箱形截面，支点箱梁高5m，跨中梁高为2.4m，顶板两侧设1.5%横坡，腹板厚60cm渐变至跨中35cm，底板厚60cm渐变至30cm，箱宽8m，两侧翼缘板悬出3.85m，箱梁顶宽15.7m。
连续箱梁为三向预应力结构，采用挂篮悬臂浇注法施工。
箱梁纵向预应力束为7Φ15钢绞线（
=1500MPa），采用OVM15-7或YM15-7锚，
预应力管道采用内径Φ70mm波纹管；横向预应力束为高强碳素钢丝，每束为24
（
=1600MPa），采用弗氏锚、墩头锚，预应力管道采用内径Φ50mm波纹管；竖向预应力为精轧螺纹钢筋（
=750MPa），采用YGM锚，预应力管道采用内径45mm铁皮管。
基础为钻孔嵌岩灌注桩基础，全桥共计117根，除5、10号桩径为1.2m外，其余桩径均为1.5m桩径。
5号－10号，19号－27号墩嵌入微风化泥质粉砂岩2m，其余各墩台均嵌入中等风化泥质粉砂岩。
本桥主要技术标准如下：
1、荷载等级：
汽车-20级、挂车-100、人群荷载3.5kN/m2。
2、桥面宽：
净－15＋2×0.5防撞护栏，总宽16m。
3、桥面横坡1.4%，纵向0.6%。
4、通航等级：
五级，净宽30m，净高5.5m。
5、设计水位：
百年一遇，33.93m（黄海高程）。
6、接线标准：
桥头接线按平原微丘区二级公路标准。
7、地震烈度：
五度。
黄湓大桥从1994年9月18日开工至1997年7月28日建成通车，大桥在投入使用8年后，由于施工质量等原因，该桥主跨连续箱梁出现不同程度的病害。
桥面铺装破损严重，由伸缩缝破损、老化变形引起的跳车，漏水问题尤为突出，危及桥梁的安全。
为此，兰溪市公路管理段委托北京交科规划设计院对该桥主桥进行加固设计。
主要采取化学灌浆与封闭裂缝、在主梁箱室内增加横隔板以改善箱梁的整体受力性能、在箱梁开裂区域粘贴热轧扁钢带限制裂缝发展、箱外底板粘贴碳纤维布、更换桥面铺装等方法进行加固补强。
加固后桥梁现状照片如图1－1所示。
图1-1黄湓大桥现状照片
为检验加固补强效果，受兰溪市公路管理段的委托，北京公科固桥技术有限公司于近期对该桥进行了静动载试验。
2静动载试验目的
为检验加固补强效果，确定经加固补强后的箱梁使用承载能力能否满足原设计荷载等级汽车-20级、挂车-100的要求。
确定本次加固后质量检测及荷载试验的目的如下：
1.通过对腹板加厚混凝土表面进行取芯，对新浇混凝土强度，典型裂缝深度及新老混凝土界面的粘结状况进行调查。
采用敲击法对钢板粘贴效果进行调查；在箱梁底板粘贴碳纤维部位取样，对碳纤维与混凝土间的粘贴强度进行检测；采用索力测试仪对体外预应力的实际受力状况进行测试。
通过测定主桥箱梁结构在试验荷载作用下控制断面的应力和挠度，并与理论计算值相比较，对结构实际使用性能和工作状态作出评价。
通过测定主桥桥跨结构的自振特性、在动荷载作用下动挠度与冲击系数，评定主桥结构的动力性能。
通过对质量检测及荷载试验、以及对检测、试验观测数据和试验现象的综合分析，对实际结构作出总体评价，为工程验收提供技术依据，并为今后同类桥梁设计提供经验和积累资料。
3静动载试验依据
1．《公路桥涵设计通用规范》（JTJD21-89）
2．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）
3．《公路旧桥承载能力鉴定方法》（交通部标准，1988年）
4．《公路桥梁承载能力检测评定规程》（送审稿，交通部公路科学研究所）
5．《公路桥梁荷载实验》，人民交通出版社，2003年
6．《浙江省兰溪市黄湓大桥加固后荷载试验》技术服务合同
7．浙江省兰溪市黄湓大桥质量检测与评价报告
8．兰溪黄湓大桥加固设计施工图
4试验组织
4.1人员组织
为保证静载试验检测工作顺利、优质的完成，交通部公路科学研究所专门组织有经验的工程师和技术人员成立试验小组，具体人员组成见表4-1。
检测人员组成表4-1
序号
姓名
职称、职务
本项目担任工作
1
郑晓华
高级工程师
静力荷载试验技术顾问
2
王润建
工程师
试验策划、试验车辆指挥加载
3
牛晓斐、秦伟航
工程师
仪器的粘贴、连接
4
逯志国
助理工程师
数据采集
5
熊海涛
助理工程师
挠度读取
4.2仪器设备
本次静力荷载试验所用仪器设备及性能指标见表4-2。
试验仪器设备及性能指标表4-2
序号
名称
规格
数量
精度
1
静态应变仪
JC-4A
1台
1
2
测量导线
10m、50m
若干
3
智能弦式数码应变计
JMZX-212
2
1
4
综合测试仪
JMZX-200X
1
1
5
钢卷尺
5m
2个
1mm
6
笔记本电脑
IBM
1台
7
其它工具等
5静动载试验
5.1静载试验
桥梁静载试验，主要是通过测量桥跨结构在静力试验荷载作用下的变形和应力，以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。
它是检验桥梁结构受力特征的最直接和最有效的手段和方法。
5.1.1静载试验荷载与加载实施
就本加载试验项目而言，所需加载车辆的数量，将依据设计标准活荷载产生的该加载试验项目对应的控制截面内力或变位的最不利效应值，按下式所确定的原则等效换算而得：
式中：
η—静力试验荷载效率；
Sstate—试验荷载作用下控制截面内力计算值；
S—控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值（不计冲击）；
（1+μ）—按规范取用的冲击系数。
本次试验荷载根据汽-20、挂-100产生的控制截面内力、位移等最不利效应值进行计算而得；实际施加的试验荷载采用10辆单辆重约300kN的三轴载重货车充当，试验车的主要技术指标见表5-1。
加载车辆主要技术参数表5-1
序号
车牌号
a（m）
b（m）
c（m）
前轴重（kN）
中轴重（kN）
后轴重（kN）
总重量（kN）
1
豫P32668
3.5
1.4
1.8
92
132
123
347
2
豫P33028
3.5
1.4
1.8
71
131
126
328
3
豫P58266
3.5
1.4
1.8
64
144
124
332
4
豫P32629
3.5
1.4
1.8
69
125
120
314
5
赣E20711
3.5
1.4
1.8
104
111
103
318
6
赣Z43404
3.5
1.4
1.8
90
105
105
300
7
豫N33688
3.5
1.4
1.8
74
105
100
279
8
赣E85315
3.5
1.4
1.8
87
99
97
283
9
赣E22746
3.5
1.4
1.8
73
121
114
308
10
赣E23835
3.5
1.4
1.8
75
110
107
292
5.1.2测试内容及方法
本次静载试验确定的测试项目及量测方法如下：
1．控制截面处表面应变（主应力）的测量采用在构件表面粘贴应变片（应变花）后通过导线连接静态应变仪进行采集；
2．箱梁挠度测试采用在桥面布置连通管，通过连通管内液面的变化来读取；
3．裂缝宽度的变化采用骑裂缝粘贴弦式应变计进行监测测量。
5.1.3测试断面及测点布置
由于主桥关于中跨跨中断面对称，故可选择半桥作为静载试验对象，根据现场情况选择兰溪侧半桥作为试验对象。
根据加载试验内容，确定本次试验测试断面为兰溪侧边跨跨中截面，兰溪侧次边跨跨中截面和墩顶附近截面，中跨跨中截面和墩顶附近截面。
断面位置示意如图5-1所示。
跨中截面顶板和底板各布置3个应变测点，墩顶附近截面除了顶板和底板各布置3个应变测点外，还在上下游腹板各布置一个应变花；并在次边跨和中跨墩顶附近的裂缝上，各骑缝布置一个弦式应变计，测点详细布置如图5-2所示（尺寸单位：
cm）。
挠度测点布置在桥面上游侧和下游测栏杆附近，其中中跨和次边跨的挠度测点布置在桥跨墩顶、桥跨跨中和四分点上，边跨的挠度测点仅布置在桥跨跨中、墩顶，共22个测点，测点布置示意图如图5-3所示。
图5-1箱梁测试断面示意图
图5-2箱梁各截面测点布置示意图
图5-3桥面挠度测点布置示意图
5.1.4加载方式与分级加载
为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线，防止结构加载意外损伤，就某一加载试验项目，其静力试验荷载一般应分级加载，分级卸零。
静力试验荷载的加载分级主要依据加载车在某一加载试验项目对应的控制截面内力和变位影响面内纵横向位置的不同以及加载车数量的多少分级。
本次试验加载方式为三次逐级递加到最大荷载，然后一次卸零。
5.1.5加载位置与加载工况确定
加载载位与加载工况主要依据以下原则确定：
尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率。
为了缩短现场试验时间，尽可能简化加载工况，在满足试验荷载效率以及能够达到试验目的前提下对加载工况进行合并，以尽量减少加载位置。
每一加载工况依据某一试验项目为主，兼顾其他检验项目。
加载工况：
1工况一：
检验中跨跨中截面（A-A）在最不利偏载作用下产生的正弯矩效应及竖向挠度；
2工况二：
检验中跨墩顶附近截面（B-B）在最不利偏载作用下产生的负弯矩效应；
3工况三：
检验中跨墩顶附近截面（B-B）在最不利偏载作用下产生的主拉应力；
4工况四：
检验兰溪侧次边跨跨中截面（C-C）在最不利偏载作用下产生的最大正弯矩效应及竖向挠度；
5工况五：
检验兰溪侧次边跨墩顶附近截面（D-D）在最不利偏载作用下产生的负弯矩效应；
6工况六：
检验兰溪侧次边跨墩顶附近截面（D-D）在最不利偏载作用下产生的主拉应力；
7工况七：
检验兰溪侧边跨跨中截面（E-E）在最不利偏载作用下产生的正弯矩及竖向挠度。
箱梁在偏载作用下受力最不利，所以各工况试验荷载采用如下方式（图5-3~图5-9）的偏载布置。
图5-3工况一加载位置示意图（单位：
cm）
图5-4工况二加载位置示意图（单位：
cm）
图5-5工况三加载位置示意图（单位：
cm）
图5-6工况四加载位置示意图（单位：
cm）
图5-7工况五加载位置示意图（单位：
cm）
图5-8工况六加载位置示意图（单位：
cm）
图5-9工况七加载位置示意图（单位：
cm）
5.1.6试验加载程序
1．在进行正式加载试验前，首先采用一辆加载车在桥跨L/2进行横桥向对称的预加载，预加载试验每一加载载位的持荷时间为20分钟。
在预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷恢复后，即进入正式加载试验。
2．正式加载按以下程序进行：
工况一：
0→第Ⅰ级（40%，1-4号车）→第Ⅱ级（70%，5-6号车）→第
级（100%，7-8号车）→0；
工况二：
0→第Ⅰ级（35%，1-4号车）→第Ⅱ级（65%，5-7号车）→第
级（100%，8-10号车）→0。
工况三：
0→第Ⅰ级（30%，1-2号车）→第Ⅱ级（80%，3-6号车）→第
级（100%，7-8号车）→0。
工况四：
0→第Ⅰ级（30%，1-2号车）→第Ⅱ级（70%，3-4号车）→第
级（100%，5-6号车）→0。
工况五：
0→第Ⅰ级（30%，1-4号车）→第Ⅱ级（80%，5-8号车）→第
级（100%，9-10号车）→0。
工况六：
0→第Ⅰ级（30%，1-4号车）→第Ⅱ级（80%，5-6号车）→第
级（100%，7-8号车）→0。
工况七：
0→第Ⅰ级（30%，1-4号车）→第Ⅱ级（80%，5-6号车）→第
级（100%，7-10号车）→0。
3．完成一个序号的加载工况后，在使结构得到充分的零荷恢复后，方可进入下一序号的加载工况。
结构零荷充分恢复的标志是，加载试验实测的结构最大变位测点在卸零荷后变位恢复最后一个10分钟的增量小于第1个10分钟增量的15%。
5.1.7静力试验原则
1．试验时间
原则上应选择在气温变化不大于2℃和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行，本桥选择在夜间进行。
正式加载前，用试验最大加载量50%的荷载对试验孔跨中截面进行预加载，并检验测试组织及仪表是否处于正常工作状态。
2．持荷时间
主要取决于结构变位达到相对稳定的时间，只有结构变位达到相对稳定，才能进入下一加载阶段。
同一级荷载内，当结构在最后五分钟内的变位增量小于前一个五分钟增量的15%或小于测量仪器的最小分辨率值时，即认为结构变位达到相对稳定。
3．数据读取
全部测点在加载开始前均应进行零级荷载的读数，以后每级加载或卸载后应立即读数一次；在主梁变位达到相对稳定后、进入下一级荷载前，再读数一次。
4．加载的中止
结构控制截面的变位、应力（或应变）在未加到最大试验荷载前提前达到或超过计算值时，或读数不稳定时，或结构出现损伤时，应立即中止加载。
6静动载试验结果分析及评定
6.1静载试验
用桥梁博士对黄湓大桥建立有限元模型，共划分130个单元，离散单元模型如图6-1所示。
根据现场活载重量及布载方式，荷载效应理论计算值及荷载效率见表6-1。
图6-1黄湓大桥离散单元模型
黄湓大桥静载试验控制截面荷载效应理论计算值及荷载效率表表6-1
加载项目
加载
工况
试验
计算值
理论
计算值
荷载
效率
加载
车数
中跨中截面最大正弯矩（偏载）
1.45E+04kNm
1.51E+04kNm
1.04
8
中跨墩顶附近截面最大负弯矩（偏载）
II
-3.13E+04kNm
-2.96E+04kNm
0.95
10
中跨墩顶附近截面最大剪力（偏载）
1.92E+03kN
1.80E+03kN
0.94
8
次边跨跨中截面最大正弯矩（偏载）
1.38E+04kNm
1.43E+04kNm
1.04
6
次边跨墩顶附近截面最大负弯矩（偏载）
-2.94E+04kNm
-2.87E+04kNm
0.98
10
次边跨墩顶附近截面最大剪力（偏载）
1.93E+03kN
1.68E+03kN
0.87
8
边跨跨中截面最大正弯矩（偏载）
1.40E+04kNm
1.47E+04kNm
1.05
10
6.1.1应变（应力）试验结果分析
1工况一：
中跨跨中截面应变
在工况一各级荷载作用下，中跨跨中截面各测点应变实测值和卸载后残余应变见表6-2（A-A截面的1~6号应变片编号分别为A-1、A-2…A-6，B-B~E-E截面各测点编号以此类推）。
工况一各级荷载作用下中跨跨中截面测点实测应变（μξ）表6-2
荷载等级
测点
0
第
级
第
级
第
级
卸载
顶板
A-1
0
-3
-10
-18
-1
A-2
0
-4
-13
-24
-3
A-3
0
-2
-12
-19
0
底板
A-4
0
1
6
23
2
A-5
0
9
33
44
5
A-6
0
4
27
39
-3
注：
表中数据，正值为拉应变，负值为压应变
工况一第
级荷载作用下各梁跨中截面应变实测值（平均值）、理论值、校验系数、残余应变及相对残余应变见表6-3。
中跨跨中截面各测点应变实测值（平均值）与理论值对比表6-3
跨中截面测点
实测值
（μξ）
理论值
（μξ）
校验系数
残余应变
（μξ）
相对残余应变（%）
顶板
-20
-25
0.80
-1
5.00
底板
35
63
0.56
1
2.85
注：
表中数据，正值为拉应变，负值为压应变
由表6-3可知，工况一荷载作用下，中跨跨中顶板和底板应变的校验系数分别为0.80、0.56，介于0.50～0.90之间，符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》（以下简称评定规程）的规定；顶板和底板的相对残余应变分别为5%和2.85%，满足评定规程规定的相对残余应变不大于20%的要求。
2工况二：
中跨墩顶附近截面应变
在工况二各级荷载作用下，中跨墩顶附近截面各测点应变实测值和卸载后残余应变见表6-4。
工况二各级荷载作用下中跨墩顶附近截面测点实测应变（μξ）表6-4
荷载等级
测点
0
第
级
第
级
第
级
卸载
顶板
B-1
0
5
7
22
3
B-2
0
3
10
21
2
B-3
0
2
6
12
0
底板
B-4
0
-4
-19
-25
1
B-5
0
-1
-10
-18
0
B-6
0
-2
-12
-16
0
腹板
B-1’
0
1
-1
-3
0
B-4’
0
-1
-3
-4
0
注：
表中数据，正值为拉应变，负值为压应变
工况二第
级荷载作用下中跨墩顶附近截面应变实测值（平均值）、理论值、校验系数及相对残余应变见表6-5。
中跨墩顶附近截面测点应变实测值（平均值）与理论值对比表6-5
跨中截面测点
实测值
（μξ）
理论值
（μξ）
校验系数
残余应变
（μξ）
相对残余应变（%）
顶板
18
20
0.90
2
11.11
底板
-20
-24
0.83
0
0.00
腹板
-4
-4
1.00
0
0.00
注：
表中数据，正值为拉应变，负值为压应变
由表6-5可知，在工况二荷载作用下，中跨墩顶附近截面顶板、底板的校验系数分别为0.90和0.83，残余应变分别为11.11%，满足评定规程的相关规定；腹板应变的校验系数为1.00，不满足评定规程的要求。
3工况三：
中跨墩顶附近截面主拉应力
在工况三各级荷载作用下，中跨墩顶附近截面各测点应变实测值和卸载后残余应变见表6-6。
工况三各级荷载作用下中跨墩顶附近截面各测点实测应变（μξ）表6-6
荷载等级
测点
0
第
级
第
级
第
级
卸载
上游侧腹板
B-1’
0
1
2
3
1
B-2’
0
-2
-5
-4
-1
B-3’
0
3
2
3
0
下游测腹板
B-4’
0
2
4
4
1
B-5’
0
-1
0
-1
0
B-6’
0
1
0
3
0
注：
表中数据，正值为拉应变，负值为压应变
工况三第
级荷载作用下中跨墩顶附近截面主拉应力实测值（平均值）、理论计算值、校验系数、残余应力及相对残余应力见表6-7。
中跨墩顶附近截面各测点主拉应力（平均值）实测值与理论值对比表6-7
跨中截面测点
实测值
（Mpa）
理论值
（Mpa）
校验系数
残余应力
（Mpa）
相对残余应变（%）
腹板
0.139
0.167
0.83
0.036
25.90
注：
表中数据，正值为拉应力，负值为压应力
由表6-7可知，在工况三荷载作用下，中跨墩顶附近截面腹板主应力的校验系数为0.83，符合评定规程的要求；但相对残余应变为25.9%，超出了评定规程规定的不大于20%的要求。
4工况四：
次边跨跨中截面应变
在工况四各级荷载作用下，次边跨跨中截面各测点应变实测值和卸载后残余应变见表6-8。
工况四各级荷载作用下次边跨跨中截面各测点实测应变（μξ）表6-8
荷载等级
测点
0
第
级
第
级
第
级
卸载
顶板
C-1
0
1
-5
-18
1
C-2
0
-3
-5
-19
-1
C-3
0
-4
-3
-12
-2
底板
C-4
0
4
31
57
5
C-5
0
5
7
35
3
C-6
0
10
24
41
-1
注：
表中数据，正值为拉应变，负值为压应变
工况四第
级荷载作用下次边跨跨中截面应变实测值（平均值）、理论值、校验系数、残余应变及相对残余应变见表6-9。
次边跨跨中截面各测点应变实测值（平均值）与理论值对比表6-9
跨中截面测点
实测值
（μξ）
理论值
（μξ）
校验系数
残余应变
（μξ）
相对残余应变（%）
顶板
-16
-23
0.70
-1
6.25
底板
44
61
0.72
2
4.54
注：
表中数据，正值为拉应变，负值为压应变
由表6-9可知，在工况四荷载作用下，次边跨跨中顶板和底板应变（平均值）的校验系数分别为0.70和0.72，相对残余应变分布为6.25%和4.54%，均符合评定规程的要求。
5工况五：
次边跨墩顶附近截面应变
在工况五各级荷载作用下，次边跨墩顶附近截面各测点应变实测值和卸载后残余应变见表6-10。
工况五各级荷载作用下次边跨墩顶附近截面测点实测应变（μξ）表6-10
荷载等级
测点
0
第
级
第
级
第
级
卸载
顶板
D-1
0
3
7
18
1
D-2
0
1
8
16
0
D-3
0
-1
4
12
1
底板
D-4
0
-4
-10
-21
2
D-5
0
-6
-13
-18
0
D-6
0
2
-10
-13
1
腹板
D-1’
0
-1
-3
-5
0
D-4’
0
1
-3
-4
0
注：
表中数据，正值为拉应变，负值为压应变
工况五第
级荷载作用下次边跨墩顶附近截面主拉应力实测值（平均值）、理论
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