长兴港大桥荷载试验报告.docx

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长兴港大桥荷载试验报告

目录

1、试验桥概况1

1.1工程概况1

2、桥梁检查及试验目的2

3、检测依据及准则2

4、检测内容及方法3

4.1、调查桥梁结构的现有状况3

4.2、结构静载试验3

4.3、结构动载试验4

5、长兴港大桥外观检查结果4

6、桥面线形测量分析结果5

7、静载试验及分析6

7.1、试验荷载的确定原则6

7.2、试验荷载与分级加载实施7

7.3、测试截面与试验工况7

7.4、测试仪器及测量方法10

7.5、静载试验应变测试结果分析11

7.6、静载试验挠度测试结果分析14

8、动载试验及脉动试验分析15

8.1、主桥脉动试验分析15

9、结论19

附件：

20

一、试验桥概况

1.1工程概况

长兴港大桥是104国道长兴段过境工程的一部分，桩号为K0+725.13～K1+150.87，全桥总长为425.74米。

本次试验桥梁为主桥系杆拱桥，桥梁全长为52米，全宽为2×（12+3.35）米。

设计荷载为汽车-20，挂车-100，人群荷载3.5KN/m2。

主桥为预应力混凝土系杆拱结构，采用刚性系杆刚性拱，计算跨径L=50.4m，拱轴线为二次抛物线，矢跨比1/4.5，矢高11.2米。

拱肋采用等截面，拱肋高1.3米，宽0.8米。

系杆采用矩形断面，系杆高1.7米，宽0.9米；每片拱架设间距4.2m的吊杆11根，吊杆采用GJ-15-25钢绞线。

横梁高度为1.018～1.547m，桥面2%横坡通过横梁高度变化调整。

风撑采用两段加掖的矩形截面，跨中断面为50×70cm。

拱肋、风撑为钢筋混凝土结构，系杆，吊杆和横梁均为预应力结构。

铺装层采用13cm防水混凝土。

支座采用GPZ5000系列。

主桥立面图如图1-1所示，主桥横断面图如图1-2

图1-1主桥立面布置图（单位：

m）

长安大学、杭州市正通交通工程试验检测有限公司受建设单位委托，承担了长兴港大桥的荷载试验任务。

根据《公路桥涵设计通用规范》、《大跨径混凝土桥梁的试验方法》等的规定及该桥设计文件，结合桥梁特点及现场实际情况，拟定了荷载试验方案并对荷载试验方案进行了论证及修改。

在相关单位的大力支持配合下，于2013年1月14日至16日顺利完成了该桥的外观检查及静、动载试验的外业工作。

二、桥梁检查及试验目的

本次试验的目的是通过对主桥梁结构进行外观检查及静、动荷载试验，检验桥梁结构在试验荷载作用下的实际受力状况是否满足设计及规范要求，并通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验对象的综合分析，对桥梁结构作出总体评价，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。

具体要求达到以下目的：

1、通过桥梁外观质量、病害调查检评长兴港特大桥的综合外观质量；

2、通过测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度，并与理论计算值比较，以检验结构控制截面应力与挠度值是否与设计要求相符，主要试验测试指标能否符合有关规范、规定的要求。

3、通过测定桥跨结构的自振特性以及在试验荷载作用下的动力响应，以评定实际结构的动力性能。

4、通过荷载试验以及对试验数据和试验现象的综合分析，对实际结构作出总体评价，为交工验收提供技术依据。

5、通过本次荷载试验和检查，建立桥梁初始状况档案（包括缺损及线形等），为今后的检测、检查提供对比原始资料。

三、检测依据及准则

1．中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》JTGB01-2003

2．中华人民共和国行业标准《公路桥涵养护规范》JTGH11-2004

3．中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004

4．中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》JTJD60-2004

5．中华人民共和国交通运输部标准《公路桥梁技术状况评定标准》JTG/TH21-2011

6．中华人民共和国交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJD62-2004

7．《大跨径混凝土桥梁的试验方法》1982

8．《关于规范桥梁荷载及试桩试验行为的通知》浙江省交通厅质量监督站（浙交监[1999]231号）

四、检测内容及方法

4.1、调查桥梁结构的现有状况

在试验前对桥梁结构的现有状况进行调查，可全面地了解结构初始状态，以便于编制切实可行的试验方案，同时达到合理评价试验测试结果、正确解释试验现象的目的。

主要内容包括：

（一）线形测量，主要是主桥标高测量；

（二）结构各部件几何尺寸和主要构件的细部尺寸；

（三）结构表面损缺情况以及构件变形情况。

检测评定的范围包括可及主要部位的桥面系、桥跨结构和下部结构。

（1）桥面系

主桥桥面系包括桥面铺装、桥头搭板、伸缩装置、排水系统、护栏等。

主要从以下几个方面进行检查：

1）桥面铺装平整度情况；

2）护栏有无歪斜及构件混凝土有无开裂；

3）桥面排水设施有无堵塞和漏水；

4）伸缩缝是否错位、不平整等。

（2）上部结构

1）混凝土有无裂缝、渗水、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀，有无活性骨料硅碱反应引起的整体龟裂现象。

2）预应力钢束锚固区段混凝土有无开裂，沿预应力筋的混凝土表面有无纵向裂缝。

3）吊杆是否裸露，钢绞线有无锈蚀情况。

（3）下部结构

下部结构包括：

支座、盖梁、墩身等。

4.2、结构静载试验

本桥静载试验选择主桥进行。

主要测试内容如下所示：

1、拱肋、系杆弯矩，拱脚轴力，吊杆索力。

在拱肋及系杆的跨中、四分点及拱脚粘贴应变计，测试试验荷载作用下应变。

由静态应变测试仪武汉HY采集信息，通过电脑自动记录。

2、系杆竖向挠度

系杆挠度均采用精密水准仪进行测量。

3、偏载效应及其增大系数。

主桥主要荷载试验工况分别测试中载工况及偏载工况，进而分析出偏载效应，通过与理论计算值的比较，确定偏载增大系数。

4.3、结构动载试验

脉动试验是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的微幅振动响应。

脉动试验测试内容包括主桥的振型、临界阻尼比和固有模态频率。

五、长兴港大桥外观检查结果

为对试验结构现状有充分的了解，检测单位于2013年1月14日至15日（荷载试验准备阶段），参照《公路桥梁技术状况评定标准》JTG/TH21-2011和省公路管理局浙公路[2005]115号文件的有关要求，对长兴港大桥进行了外观质量检查，病害主要表现为护栏破损（已修补），桥面铺装纵向裂缝，L=7m，D=01mm（已修复）。

桥梁总体状况良好。

图5.1护栏破损

图5.2铺装纵向裂缝

根据现场的检测条件和外观情况，运用ZC3-A数显混凝土回弹仪对拱肋等构件进行了抗压强度检测，测区的分布根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的要求来确定。

测试结果见下表：

编号

混凝土抗压强度（MPa）

推定强度匀质系数

平均强度匀质系数

评定

标度值

构件强度状态

设计值

实测

实测

实测

平均值

最小值

推定值

1

50

57.0

53.0

53.4

1.07

1.14

1

良好

2

50

54.3

48.0

52.5

1.05

1.09

1

良好

3

50

52.2

45.0

51.7

1.03

1.04

1

良好

4

50

49.2

43.0

51.1

1.02

0.98

1

良好

5

50

48.7

47.0

50.9

1.02

0.97

1

良好

6

50

48.2

44.0

50.4

1.01

0.96

1

良好

7

50

54.2

48.0

52.1

1.04

1.08

1

良好

8

50

54.7

47.0

52.9

1.06

1.09

1

良好

9

50

56.9

54.0

43.2

0.86

1.14

1

良好

10

50

55.0

47.0

53.1

1.06

1.10

1

良好

从上述抽检的混凝土构件检测结果可以看出，抽检拱肋的强度标定值均为1，说明该构件处于良好的状态。

六、桥面线形测量分析结果

长兴港大桥主桥桥面线形测量采用精密水准仪进行，进而分析出桥面铺装的纵向线形。

桥面线形测量测点布置如下图6.1所示：

图6.1桥面线性测量测点布置图

桥面线形测量结果如下表6.1所示：

表6.1桥面线形测量结果分析表

测点位

置编号

理论值

实测值

东侧桥面相对高程（mm）

西侧桥面相对高程（mm）

1

0

0

2

54

57.58

3

73.68

63.49

4

73.96

63.86

5

73.2

62.88

6

50.91

49.57

7

1.59

-1.28

图6.2桥梁纵断面线形图

由表6.1及图6.2可以看出，东侧桥面跨中三点标高略高于西侧。

大桥加固后桥面没有突变点，竖曲线较平顺，桥面纵向线形较好。

七、静载试验及分析

7.1、试验荷载的确定原则

静力试验荷载采用载重汽车进行等效加载。

就某一检验项目而言，根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定，桥梁荷载试验一般采用基本荷载，其中静力试验荷载的效率系数η取值范围为1.05≥η≥0.8；根据浙江省交通厅质量监督站《关于规范桥梁荷载及试桩试验行为的通知》的有关规定，静力试验荷载的效率系数η取值范围为1.05≥η≥0.9。

在实际加载过程中，为了减少试验时间及简化工况的目的，在保证主要检验项目荷载系数满足要求的前提下，可适当减小某些项目的荷载效率系数。

但荷载效率系数的增大必须保证结构的安全。

为了准确进行荷载试验，试验前进行了理论计算。

本桥采用MIDAS2010程序进行了结构静力计算、活载效应计算及相应的加载效率的计算。

MIDAS2010程序结构计算简图见图7.1：

图7.1长兴港大桥计算模型

通过静载试验，测定桥梁结构的静应变、静挠度，以便确定桥梁的真实受力状态、使用性能。

以此检验结构的实际工作性能、安全度，并对桥梁的实际承载力和实际刚度作出可靠评价。

7.2、试验荷载与分级加载实施

试验时采用双后轴自卸车，各车车重如下所示就某一加载工况而言，其所需加载车辆和加载位置，是根据设计荷载产生控制截面内力和变形的最不利效应换算而得。

加载位置和加载车数量根据以下原则确定：

1、用尽可能少的加载车辆达到最合适的试验荷载效率；

2、在满足荷载效率及达到试验目的的情况下，尽量简化加载工况；

3、前后加载工况应互相兼顾，加载车辆合理调配。

7.3、测试截面与试验工况

1、测试截面的测点布置

主桥各工况的加载车详细位置见图7.2～7.5。

与静载试验内容对应，纵桥向按最不利位置布载；相应的横桥向有两种工况（中载、偏载），偏载主要是为了寻求横向分布的最不利状态，静载试验设7个工况：

1）工况Ⅰ：

中载作用下拱肋S2截面最大正弯矩；中载作用下系杆S1截面最大正弯矩和挠度；中载作用下吊杆S8截面最大索力，共需6辆加载车；

2）工况Ⅱ：

偏载作用下拱肋S2截面最大正弯矩；偏载作用下系杆S1截面最大正弯矩和挠度；偏载作用下吊杆S8截面最大索力；共需6辆加载车

3）工况Ⅲ：

中载作用下拱肋S4截面最大正弯矩；中载作用下S3截面最大正弯矩和挠度；中载作用下S7截面索力，共需6辆加载车；

4）工况Ⅳ：

偏载作用下拱肋S4截面最大正弯矩；偏载作用下S3截面最大正弯矩和挠度；偏载作用下S7截面索力，共需6辆加载车；

5）工况Ⅴ：

中载作用下拱肋S4截面最不利负弯矩；中载作用下系杆S3截面最大负弯矩和挠度；中载作用下S7截面索力，共需6辆加载车

6）工况Ⅵ：

偏载作用下拱肋S4截面最不利负弯矩；偏载作用下S3截面最大负弯矩和挠度；偏载作用下S7截面索力，共需6辆加载车。

7）工况Ⅶ：

中载作用下拱脚S5截面最大轴力；吊杆S6最大索力；共需8辆加载车。

具体工况为：

工况测试项目详细说明表表7.1

工况

观测项目

仪器

车数

Ⅰ、Ⅱ

1、拱肋S2、系杆S1截面最大正弯距（应力）

应变计

6

2、系杆S1截面最大挠曲变形（挠度）

精密水准仪

3、吊杆S8截面最大索力

索力仪

Ⅲ、Ⅳ

1、拱肋S4、系杆S3截面最大正弯距（应力）

应变计

6

2、系杆S3截面最大挠曲变形（挠度）

精密水准仪

3、吊杆S7截面最大索力

索力仪

Ⅴ、Ⅵ

1、拱肋S4、系杆S3截面最大负弯距（应力）

应变计

6

2、吊杆S7截面最大索力

索力仪

Ⅶ

1、拱脚S5截面最大轴力

应变计

8

2、吊杆S6截面最大索力

索力仪

图7.2工况一、二试验荷载布置图

图7.3工况三、四试验荷载布置图

图7.4工况五、六试验荷载布置图

图7.5工况七试验荷载布置图

7.4、测试仪器及测量方法

1、试验仪器

截面应变采用大理石胶粘贴应变计，数据采集记录使用静态应变测量仪武汉HY；系杆挠度采用水准仪定点定站测试。

2、量测方法

首先依测点位置实施打磨找平，之后粘贴应变计,将其用传输线连接到无线信号发射器；将无线信号接收器连接至电脑，调试设备，进行正式加载试验。

接线联机后，进行调试工作，检查各个设备、测试组件是否处于良好的可靠状态。

试验中为尽可能减少混凝土流变特性的影响，采用加载到位后，关闭汽车发动机，持续5分钟以上，待混凝土材料完全稳定之后再进行记录；卸载后10分钟以上，再进行一次重复加载，以便使结构恢复弹性变形，消除塑性残余变形。

每一个加载工况均重复两次，以使每一工况获取可靠试验资料。

7.5、静载试验应变测试结果分析

1、试验荷载作用下控制截面应变对比分析

本次试验的应变测试通过在测试断面粘贴应变计，测得混凝土表面应变。

考虑荷载横向分布系数并按平面假定推算出截面上最大应变值并与计算值比较。

应变测点编号如所示

长兴港大桥各工况控制截面测点应变实测值与理论值比较，见下表。

表7.2工况一测点应变及校验系数表单位：

με

工况（满载）

测试截面

测点编号

试验值①

理论值②

校验系数

①/②

工况1

S1、S2

1

-24.2

-54

0.45

2

-17.3

-78

0.22

3

--

-78

--

4

--

-54

--

5

-28.7

-72

0.40

6

-21.4

-29

0.74

7

--

14

--

8

-17

-72

0.24

9

--

-29

--

10

--

14

--

校验系数平均值

0.41

表7.3工况二测点应变及校验系数表单位：

με

工况（满载）

测试截面

测点编号

试验值①

理论值②

校验系数①/②

工况2

S1、S2

1

-31.5

-74

0.43

2

-26.6

-105

0.25

3

-37.3

-97

0.38

4

-22.4

-83

0.27

5

--

-50

--

6

--

9

--

7

--

68

--

8

-51.4

-47

1.09

9

--

-19

--

10

--

9

--

校验系数平均值

0.49

表7.4工况三测点应变及校验系数表单位：

με

工况（满载）

测试截面

测点编号

试验值①

理论值②

校验系数①/②

工况3

S3、S4

11

-52.4

-125

0.42

12

-40.5

-87

0.47

13

-34.8

-125

0.28

14

-23.3

-87

0.27

15

-55.4

-101

0.55

16

-20.9

-27

0.77

17

21.3

48

0.44

18

-46.2

-101

0.46

19

-23.2

-27

0.86

20

11.8

48

0.25

校验系数平均值

0.49

表7.5工况四测点应变及校验系数表单位：

με

工况（满载）

测试截面

测点编号

试验值①

理论值②

校验系数①/②

工况4

S3、S4

11

--

-163

--

12

-30.4

-117

0.26

13

-42.9

-85

0.50

14

-30.3

-60

0.51

15

-41.7

-131

0.32

16

-13.1

-36

0.36

17

--

60

--

18

-56

-70

0.80

19

--

-17

--

20

14.4

36

0.40

校验系数平均值

0.45

表7.6工况五应变测点应变及校验系数表单位：

με

工况（满载）

测试截面

测点编号

试验值①

理论值②

校验系数①/②

工况5

S3、S4

11

30.7

90

0.34

12

37.5

71

0.53

13

27.9

92

0.30

14

21.8

73

0.30

15

10.4

27

0.39

16

-16.9

-30

0.56

17

-55.4

-87

0.64

18

--

28

--

19

-19

-30

0.63

20

-47.5

-88

0.54

校验系数平均值

0.47

表7.7工况六应变测点应变及校验系数表单位：

μ

工况（满载）

测试截面

测点编号

试验值①

理论值②

校验系数①/②

工况6

S3、S4

11

26.4

115

0.23

12

24.8

91

0.27

13

35.4

32

1.11

14

--

14

--

15

--

66

--

16

--

4

--

17

-39.7

-57

0.70

18

7.8

22

0.35

19

--

-19

--

20

-64.1

-61

1.05

校验系数平均值

0.62

表7.8工况七应变测点应变及校验系数表单位：

μ

工况（满载）

测试截面

测点编号

试验值①

理论值②

校验系数①/②

工况7

S5

21

-51.5

-60

0.86

22

-18.3

-28

0.65

23

--

5

--

24

-38.1

-60

0.64

25

-15.9

-28

0.57

26

--

5

--

校验系数平均值

0.68

由表7.2～7.8中数据可见，桥梁工况一～五控制截面各测点应变校验系数除极个别测点稍大外，绝大部分测点实测应变均小于相应的理论计算值；绝大部分测点应变校验系数及各工况应变校验系数均值满足校验系数规定的范围（小于1.05），这表明结构的实际承载力能满足设计荷载使用要求，且有一定的安全储备；试验结构实测残余应变绝大部分均不大于20%，表明主桥结构在试验荷载作用下处于弹性工作状态。

7.6、静载试验挠度测试结果分析

长兴港大桥控制截面测点挠度实测值与理论值比较，见表7.9。

表7.9控制截面测点挠度及校验系数表

工况

挠度测点

试验实测值①（mm）

理论计算值②（mm）

挠度校验系数①/②

工况1

桥面西侧

-6.8

-10.36

0.66

桥面东侧

-6.4

-10.36

0.62

校验系数平均值

0.64

工况2

桥面西侧

-2.9

-5.8

0.50

桥面东侧

-10.1

-11.9

0.85

校验系数平均值

0.67

工况3

桥面西侧

-7.8

-13.48

0.58

桥面东侧

-10.2

-13.48

0.76

校验系数平均值

0.62

工况4

桥面西侧

-6.5

-8.2

0.79

桥面东侧

-13.7

-15.3

0.90

校验系数平均值

0.85

由表7.9中数据可见，桥梁各挠度测点在各工况的实测挠度均小于相应的理论计算值，各工况在满载情况下的测点挠度校验系数均小于1.0；各测点挠度校验系数及各工况挠度校验系数均值满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》关于挠度校验系数的规定；主桥结构的实际刚度能满足设计荷载使用要求，且有一定的安全储备；试验结构实测残余挠度均不大于20%，表明结构在试验荷载作用下尚处于弹性工作状态。

7.7、静载试验吊杆索力测试结果分析

长兴港大桥控制截面吊杆索力实测值与理论值比较，见表7.10。

表7.10控制截面测点挠度及校验系数表

工况

吊杆

试验实测值①（KN）

理论计算值②（KN）

挠度校验系数①/②

工况1

桥面西侧

131.5

179.5

0.73

桥面东侧

165.1

179.5

0.92

校验系数平均值

0.83

工况2

桥面西侧

81.4

99.7

0.82

桥面东侧

176.2

206.1

0.85

校验系数平均值

0.84

工况3

桥面西侧

93.72

154

0.61

桥面东侧

113.04

154

0.73

校验系数平均值

0.67

工况4

桥面西侧

67.5

85.6

0.79

桥面东侧

140.8

177.1

0.80

校验系数平均值

0.79

工况7

桥面西侧

--

162.3

--

桥面东侧

130.6

162.3

0.80

校验系数平均值

0.8

由表7.10中数据可见，桥梁工况一～工况四及工况七控制截面各吊杆校验系数除极个别测点稍大外，绝大部分测点实测索力均小于相应的理论计算值；绝大部分测点索力校验系数及各工况索力校验系数均值满足校验系数规定的范围（小于1.05），这表明结构的实际承载力能满足设计荷载使用要求，且有一定的安全储备。

八、动载试验及脉动试验分析

8.1、主桥脉动试验分析

长兴港大桥全桥共设置5个模态测试点，测点布置参见图8.1，测试结果如下所示。

图8.1模态测点位置图

8.1.1自振频率测试结果

长兴港特大桥主桥实测时域曲线、频域曲线如图。

分析建模如图8.2～8.3，主桥自振特性测试频谱图、实测竖向一阶、二阶、三阶振型四视图如图8.4～图8.5所示，用DHMA2.51分析的自振频率、阻尼及振型特征说明见表8.1。

表8.1主桥实测自振频率与振型特征

阶次

实测频率（Hz）

阻尼（％）

振型说明

1

2.35

2.38

主梁竖弯

2

3.52

2.00

主梁竖弯

图8.2动测分析建模图

图8.3长兴港特大桥主桥自振特性测试频谱图

图8.4主桥实测一阶竖弯振动四视图

图8.5主桥实测二阶竖弯振动四视图

8.2自振频率理论计算

长兴港特大桥主桥的自振特性计算采用专用有限元程序Midas/Civil进行建模。

模型采用梁单元组成的组合单元理论模型计算复杂桥梁结构，全桥模型能准确模拟构件的空间位置、尺寸、材料特性、连接形式、初始内力和初始变形等，确立结