清水河大桥荷载试验报告模板.docx
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清水河大桥荷载试验报告模板
清水河大桥荷载试验报告
报告编号：
旭达工程试验检测有限公司
二〇一九年六月
1概况
1.1工程简介
本项目按照一级公路标准建设，双向六车道，如图1.1.1，设计速度为80km/h，沥青混凝土路面，桥涵设计荷载等级为公路-Ⅰ级。
本次荷载试验选取清水河大桥，跨径布置为4×30+2×30+25+3×30+3×30+3×30+3×30，全长565m，类型为特大桥，上部结构采用预应力砼小箱梁。
图1.1.2主线桥梁横断面布置示意图
1.2技术标准
本项目采用一级公路设计标准，设计速度80km/h。
设计技术标准如下：
1公路等级:
一级公路；
2设计速度（km/h）:
主线：
80km/h；
3汽车荷载等级:
《公路工程技术标准》（JTGB01－2003）公路-Ⅰ级；
4设计使用年限：
主体结构100年；
5桥梁横断面：
32m或35m，与路基同宽。
路幅布置为0.5m（墙式护栏）+14.75m（桥面净宽）+0.5m（墙式护栏）+0.5或3.5m（中分带）+0.5m（墙式护栏）+14.75m（桥面净宽）+0.5m（墙式护栏）。
6地震设防：
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），设计基本地震动加速度峰值＜0.05g，抗震设防烈度为6度，抗震设防措施等级为6度；
7设计洪水频率：
1/100；
8环境类别：
K0+280-K1+600路段：
桥梁下部结构按III类环境条件，桥梁上部结构按Ⅱ类环境条件；其他路段桥梁上下部结构均按Ⅱ类环境条件。
1.3工程参建单位
建设单位
设计单位
施工单位
监理单位
检测单位
监督单位
2试验目的和依据
2.1试验目的
根据桥梁的实际情况，对桥梁结构进行静力及动力荷载试验，为桥梁质量评价提供重要依据。
本荷载试验将力求达到以下目的：
（1）受公路水运工程试验检测机构等级能力现场评审组委托，完成本次评审工作中桥梁结构（承载能力、变形监测）试验检测参数。
（2）了解桥跨结构的实际工作状态，判断实际承载能力，评价其在设计使用荷载下的工作性能。
2.2试验依据
1.试验标准：
《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/TJ21-01-2015）；
《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）。
2.参考文件：
施工设计图纸。
3试验内容
本次荷载试验选跨内容见表3.1.1。
表3.1.1试验联及选跨
桥名
试验联选取及跨径布置
试验跨
选择依据
清水河大桥
第1联：
4×30m预应力小箱梁
第1跨
本联为4×30m预应力小箱梁跨径布置，跨径最大，结构受力最不利，结构较典型，因此选取本联进行荷载试验。
4试验设备
表4.1试验主要仪器设备
序号
设备名称
生产厂家
型号
设备编号
最近校准时间
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5静动载试验原理、要求及控制荷载的确定
5.1静动载试验原理
5.1.1静载试验原理
静载试验是通过在桥梁结构上施加与控制荷载等效的静态外加荷载，利用检测仪器设备测试桥梁结构控制部位与控制截面的力学效应的现场试验。
静载试验测试项目较多，要测定这些项目，需根据试验目的制定专门的试验方案，确定加载图式、观测方法、试验安全措施等。
加载图式是指试验荷载在结构上的布置形式，包括荷载类型和分布情况。
加载与测试阶段是整个试验的中心环节，应按预先制定的方案有序的进行。
整理、分析测试数据，评定结构性能是整个试验过程的最后阶段。
在这个阶段，绘制各种测试曲线图，将所有的原始数据进行整理、分析和计算，将测试结果与理论值进行比较，分析产生差异的原因，对试验得出的规律和一些重要现象作出解释，评定结构的工作性能，验证设计计算理论或导出结论，编写静载试验报告。
5.1.2动载试验原理
动载试验是测试桥梁结构或构件在动荷载激振和环境荷载作用下的受迫振动特性和自振特性的现场试验。
桥梁结构在动荷载作用下，产生相对于固定参考点的振动振动的速度、加速度、振幅及频率等参数由测振系统量测。
测振系统主要由传感器、放大器、记录器及数据处理仪四部分组成。
传感器把振动信号变成微弱的电信号，输出给放大器。
电讯号放大后，再输出给记录器或数据处理仪。
记录器将放大后的电讯号显示或记录下来，数据处理仪能对记录或放大的电讯号进行分析和数据整理。
动载试验是动力测定评价方法的基本测试项目，通过确定桥梁结构的自振特性、动荷载在结构中引起的动挠度和动应力，为判断结构刚度和动力性能提供依据。
5.2静动载试验要求
5.2.1静载试验要求
（1）根据《公路桥梁荷载试验规程》JTG/TJ21-01-2015，中的有关规定，对新桥交工验收荷载试验，静载试验荷载效率系数宜介于0.85～1.05，并选择合适的加载车进行加载；
（2）根据各测试项目影响线确定其最不利效应值的加载位置及加载数量；
（3）桥梁荷载试验应在封闭交通状态下实施,加载时分级不少于3级；
（4）根据结构各控制截面构造，确定应力及位移测点的布置；
（5）可通过等代计算确定等效的静力试验荷载，但须防止由于车辆纵横向排列过密而导致结构局部受力超限；
（6）结构的位移和应变与温度场变化密切相关，荷载试验应在气温平稳的时段进行，气温低于5℃或高于35℃时，不宜进行荷载试验。
因此，在荷载试验时，必须严密监测结构温度场的变化情况，测量结构温度场，以便对试验数据做必要的温度影响修正。
在施工控制中已积累的大量的温度影响资料，可为荷载试验提供指导；
（7）荷载试验不宜在强风下进行，宜在3级风及3级风以下实施。
对处于风力较大的地区的特大跨径桥梁，荷载试验时宜对风环境进行监测，不能满足试验要求时应暂停试验。
大、中雨及大雾天气不宜进行荷载试验，小雨天气进行荷载试验时，应做好仪器设备、加载物及传输线路的防雨措施；
（8）对静载试验数据进行必要的实时处理分析，及时判断结构在各级荷载下的反映是否正常，防止结构出现非正常的受力损伤或局部损坏，影响桥梁的承载能力和正常使用功能；
（9）有关位移和应变的测试仪器，在测试前进行严格标定。
5.2.2动载试验求
（1）脉动试验：
在桥面无任何交通荷载以及桥梁附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微幅振动响应；
（2）无障碍行车试验：
在桥面无任何障碍的情况下，用一辆或并行的两辆重载汽车分桥轴线对称和非对称布置和行驶。
以不同速度往返通过桥跨结构，测定结构在运行车辆荷载作用时控制截面的动应力和动挠度的时间历程响应。
无障碍行车示意图如图5.2.1；
图5.2.1无障碍行车示意图
（3）根据结构各控制截面构造，确定动应变（动挠度）测点的布置；
（4）根据结构各阶振型特点，确定速度传感器和加速度传感器的布置方案。
5.3静动载试验控制荷载的确定
静载试验荷载采用实际加载车辆等效加载。
对各试验工况，要求荷载效率系数达到相应设计标准荷载效应的0.85～1.05，同时要保证其它相应的控制截面的内力、变形在安全范围内，特别是某些工况下，尤其要注意结构的局部受力问题，例如静载试验在主跨跨中最大竖向位移工况，中跨布置车辆较多，须特别注意主梁的局部受力。
对于中跨偏载工况严格按照空间计算的效应并与设计方校对后再确定加载量的大小及等级；一般情况下加载分级不少于3级，并随时观测每级荷载下各控制参数的变化，注意荷载中止条件。
1）加载车辆
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，为保证试验效果，试验采用等效荷载的方法。
根据静力试验荷载效率要求、各控制截面相关项目设计荷载下的计算分析结果，本次试验采用三轴载重车，单辆满载总重300kN（前轴重60kN，中后轴总重240kN）加载车辆技术参数如图5.3.1和表5.3.1所示。
试验时将车称重，严格控制加载车辆总重。
图5.3.1加载汽车示意图
表5.3.1加载车辆技术参数
序号
轴距（cm）
后轴轮距c（cm）
前轴重
（kN）
中后轴总重（kN）
总重（kN）
前中轴距a
中后轴距b
1
360
140
180
60
240
300
试验前对每辆车进行称配重，使加载车轴重达到试验要求，且保证在试验过程中不会发生明显的变化。
实际加载车重量见表5.3.2，加载汽车如图5.3.2。
表5.3.2加载车辆技术参数
序号
车牌号
前轴重（kN）
后轴重（kN）
总重（kN）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
图5.3.2汽车加载示意图
2）加载位置
试验加载车纵向加载位置通过各测试工况对应的影响线来确定。
选用一定数量的重车分别作用于影响线数值较大处，为了减少车辆调度次数，缩短试验时间，对加载工况进行了适当合并，适当地调整加载车辆位置和间距，同时满足各试验项目的荷载效率系数的要求，使一个加载载位可以兼顾多个试验项目。
试验加载车横向布置包括中载和偏载两种方式，其中偏载车位按相应设计规范规定的横向最大偏心状态布置。
6清水河大桥第1联桥梁荷载试验
6.1静载试验
6.1.1理论计算
桥梁有限元模拟采用MIDASCIVIL2019对桥梁进行理论计算。
主梁采用梁单元进行模拟，各桥材料参数均按设计取值，计算参数如下：
1：
主桥小箱梁采用C50混凝土：
重力密度γ=26kN/m，弹性模量为Ec=3.45×104MPa；
2：
沥青混凝土：
重力密度γ=24.0kN/m；
3：
预应力钢筋：
弹性模量Ep=1.95×105MPa，松弛率ρ=0.025，松弛系数=0.3。
模型图
中载设计荷载内力包络图
偏载设计荷载内力包络图
梁板编号说明
图6.1.1第1联
6.1.2试验控制断面及工况
根据《公路桥梁荷载试验规程》JTG/TJ21-01-2015对连续梁桥荷载试验测试项目的要求，建立有限元模型进行分析，依据设计汽车荷载下的桥梁内力、位移包络图，选取各联静载试验控制断面，如图6.1.2所示，确定静载试验工况如表6.1.1所示。
图6.1.2第1联（单位：
m）
表6.1.1静载试验工况
桥名
工况编号
测试截面
工况描述
测试内容
加载方式
第1联
1
A截面
第1跨最大正弯矩
主梁控制截面应变、挠度
及外观观测
中载
2
A截面
第1跨最大正弯矩
主梁控制截面应变、挠度
及外观观测
偏载
3
B截面
1#墩顶最大负弯矩
主梁控制截面应变
及外观观测
偏载
6.1.3试验加载效率
根据《公路桥梁荷载试验规程》JTG/TJ21-01-2015，中的有关规定，对交（竣）工验收荷载试验，静载试验荷载效率系数宜介于0.85～1.05，并选择合适的加载车进行加载。
试验各工况所需加载车辆的数量，将根据桥梁设计标准活载产生的该工况下的最不利效应值，按照荷载效率系数配载计算得到。
静载试验荷载效率详见表6.1.2。
表6.1.2桥梁静载试验荷载效率表
桥名
工况编号
测试
截面
工况描述
加载方式
标准荷载效应（kN·m）
试验荷载效应（kN·m）
荷载效率
第1联
1
A截面
第1跨最大正弯矩
（中载加载）
中载
1714.5
1613.2
0.94
2
A截面
第1跨最大正弯矩
（偏载加载）
偏载
2187.9
2145.1
0.98
3
B截面
1#墩顶最大负弯矩
（偏载加载）
偏载
-1407.3
-1359.7
0.97
注：
荷载效率=试验荷载效应/标准荷载效应
为了保证结构安全和测试数据准确有效，试验时间应选在气温相对稳定的时段进行。
加载过程中对环境温度、湿度和风速进行全程监测，监测结果为大气环境温度变化范围在22.7℃~23.7℃之间，梁体表面温度变化范围在22.2℃~23.7℃之间。
正式加载试验前，需用4辆加载车在各试验跨跨中进行横桥向对称预加载，预加载持荷时间不小于15分钟为宜。
预加载的目的在于，一方面是使结构进入正常工作状态，另一方面可以检查测试系统和试验组织是否工作正常。
预加载卸载15分钟后，检查桥梁结构和测试系统，确保正常后开始进行正式加载。
正式加载采用分三级加载，本次分级加载通过控制每次加载车辆数方式进行分级。
桥梁满载工况加载试验时间选在温度相对稳定的时段进行，并且加各加载工况布置图详见附件。
6.1.4挠度测点布置
桥梁挠度测量使用电子水准仪，在桥面上测试截面布置6个挠度测点，采用电子水准仪测量；在墩顶处布置支点变位测试点，测点布置在梁底，采用数码位移传感器采集数据。
通过试验前、后对这些测点变形的测量，可获得在试验荷载作用下，测试截面挠度的变化。
具体测点布置见图6.1.3。
A-A、B-B测试截面挠度测点
0#支点截面变位测点
1#支点截面变位测点
图6.1.3控制截面挠度及支点截面变位测点
6.1.5应变测点布置
应变测量采用武汉华岩数码静动态应变传感器HY65测量，在各控制截面应变测点布置见图6.1.4。
A-A截面测点布置图
B-B截面测点布置图
图6.1.4箱梁应变测点布置示意图
6.1.6静载试验结果
本次静载试验主要测试内容为：
（1）控制截面应力；
（2）试验跨主梁挠度；（3）支点变位；（4）外观情况观测。
1、加载工况1是测试第1跨的重要工况，主要测试该桥跨最大正弯矩，为中载加载工况，最大加载为6辆车。
表6.1.3工况1满载应变测试结果
工况及测试截面
测点号
实测值（με）
实测弹性值（με）
理论值（με）
校验系数
残余值（με）
相对残余值（%）
工况1：
A-A截面
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
A14
A15
A16
A17
A18
A19
A20
A21
A22
应变测点
注：
测点号A1表示A截面第1个应变测点，实测弹性值=实测值-残余值，校验系数=实测弹性值/理论值,相对残余值（%）=100*残余值/实测值，下同。
图6.1.5满载实测弹性值与理论值相比较
表6.1.4工况1满载挠度测试结果
工况及测试截面
测点号
实测值（mm）
实测弹性值（mm）
理论值（mm）
校验系数
残余值（mm）
相对残余值（%）
工况1：
A-A截面
A-1#梁
A-2#梁
A-3#梁
A-4#梁
A-5#梁
注：
测点号左-A表示A截面左腹板底部挠度测点，实测弹性值=实测值-残余值，校验系数=实测弹性值/理论值,相对残余值（%）=100*残余值/实测值，下同。
图6.1.6满载实测弹性值与理论值相比较
表6.1.5工况1满载变位测试结果
工况及测试截面
测点号
实测值（mm）
工况1：
0#支点竖向变位
A-1#梁
A-2#梁
A-3#梁
A-4#梁
A-5#梁
工况1：
1#支点竖向变位
A-1#梁
A-2#梁
A-3#梁
A-4#梁
A-5#梁
工况1：
1#支点水平变位
A-3#梁
2、加载工况2是测试第1跨的重要工况，主要测试该桥跨最大正弯矩，为偏载加载工况，最大加载为6辆车。
表6.1.6工况2满载应变测试结果
工况及测试截面
测点号
实测值（με）
实测弹性值（με）
理论值（με）
校验系数
残余值（με）
相对残余值（%）
工况2：
A-A截面
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
A14
A15
A16
A17
A18
A19
A20
A21
A22
应变测点
图6.1.7满载实测弹性值与理论值相比较
表6.1.7工况2满载挠度测试结果
工况及测试截面
测点号
实测值（mm）
实测弹性值（mm）
理论值（mm）
校验系数
残余值（mm）
相对残余值（%）
工况2：
A-A截面
A-1#梁
A-2#梁
A-3#梁
A-4#梁
A-5#梁
图6.1.8满载实测弹性值与理论值相比较
表6.1.8工况1满载变位测试结果
工况及测试截面
测点号
变位值（mm）
工况1：
0#支点竖向变位
工况1：
1#支点竖向变位
工况1：
1#支点水平变位
3、加载工况3是测试1#墩顶的重要工况，主要测试该墩顶最大负弯矩，为偏载加载工况，最大加载为9辆车。
表6.1.9工况3满载应变测试结果
工况及测试截面
测点号
实测值（με）
实测弹性值（με）
理论值（με）
校验系数
残余值（με）
相对残余值（%）
工况2：
B-B截面
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
B9
B10
B11
B12
B13
B14
B15
B16
B17
B18
应变测点
图6.1.9满载实测弹性值与理论值相比较
在各静载试验工况下，主梁实测应变和挠度小于理论计算值，应变校验系数为0.60~0.74，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/TJ21-01-2015）中应变校验系数0.60~0.90之间的要求；挠度校验系数为0.70~0.75，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/TJ21-01-2015）中挠度校验系数0.70~1.00之间的要求；荷载卸载后主梁最大相对残余应变为13.64%，最大相对残余挠度为2.70%，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/TJ21-01-2015）中相对残余变形或应变不宜大于20%的规定。
6.2动载试验
桥梁结构的动力性能是评价桥梁运营状态和结构性能的重要指标之一。
通过动载试验对桥梁的动力响应规律和动态指标进行测试，依据相关评定规程，对桥梁总体结构性能进行评价，以判断其实际运营状况和实际承载能力，动载试验主要内容如下：
（1）脉动试验：
用于测定结构固有振动特性（振型、临界阻尼比、固有模态频率）；
（2）无障碍行车试验：
主要用于测定桥面铺装层完好时在运行车辆荷载作用下桥跨结构的动力反应；
6.2.1动载试验工况
表6.2.1动载试验工况表
桥名
工况编号
试验内容
测试位置
测试参数
第1联
1
脉动试验
全联
频率、振型和阻尼比
2
无障碍行车试验
车速20km/h
第1跨
结构动态响应、动应变、冲击系数
3
车速30km/h
4
车速40km/h
6.2.2脉动试验
在桥面无任何交通荷载以及桥梁附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微幅振动响应。
脉动试验主要测定桥跨结构固有模态频率、阻尼比和振型。
理论计算阵型如图6.2.1，测点布置在各跨的1/4、1/2、3/4截面的位置。
第1联一阶振型（f1=3.231Hz）
模态测试传感器测点布置图（DH5907N）
图6.2.1模态计算理论值及测点布置
6.2.3无障碍行车试验
在桥面无任何障碍的情况下，用1辆加载车沿桥梁左侧车道中心线，以20km/h、30km/h、40km/h的速度通过桥跨结构，如图6.2.2所示，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动力响应和冲击系数，本次跑车测试桥梁的动应变，测试截面布置在边跨最大正弯矩控制截面，测点布置示意图如图6.2.3。
图6.2.2无障碍行车示意图
图6.2.3动应变测点示意图
6.2.4动载试验结果
1）脉动（速度）测试结果
各联桥动力特性分析有限元模型中，主梁采用梁单元模拟。
顺桥向刚度按实际刚度等效，桥面铺装和其他附属设施质量按质量单元考虑，边界条件按成桥恒载状态的实际边界条件模拟。
经建模计算和现场实测得到1阶自振频率理论值和实测值见表6.2.2，理论振型和实测振型如图6.2.4。
表6.2.2脉动试验实测值与理论值相比较
试验项目
试验桥跨
竖向模态阶数
理论频率（Hz）
实测频率（Hz）
实测阻尼比
脉动试验
清水河大桥第1联
1
3.231
4.150
0.013
实测时域图
实测频谱图
实测一阶竖向振型
理论一阶竖向振型
图6.2.4理论竖向振型和实测竖向振型图
从以上结果可以看出，一阶竖向振动频率实测值高于理论值，阻尼比为0.013
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