遂宁涪江三桥静载试验报告.docx
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遂宁涪江三桥静载试验报告
目录
一.遂宁涪江三桥静动载试验简介5
1.遂宁涪江三桥概况5
2.静、动载试验目的5
3.试验依据的规范、标准、技术条件5
4.试验主要仪器设备6
5.试验程序6
6.加载车辆7
二.主要试验内容7
（一）试验前结构实际状况调查及现状检查7
1.桥梁结构竣工资料的搜集。
7
2.桥梁结构现状检查。
7
（二）静载试验：
7
1.加载方式及加载等级7
2.静载试验测试方法8
3.测试截面布置：
8
4.静载试验主要测试项目10
5．静载现场试验进行情况10
（三）桥梁动载试验：
11
1.桥梁动载试验内容11
2.动力试验测试方法12
3.动载现场试验进行情况12
三.结构静载试验成果13
（一）静载挠度13
（二）静载应力16
1.箱梁纵向应力16
2.剪力和主拉应力18
3.悬臂偏载应力18
4.应力横向分布19
四.结构动载试验成果19
（一）结构动力试验截面位置19
（二）结构动力试验成果21
1.自振特性实测参数。
21
2.自振特性分析22
3.桥梁冲击系数23
4.竖向挠度24
5.综合评价24
五.荷载试验结论25
附录
一.遂宁涪江三桥静载试验简介
1.遂宁涪江三桥概况
遂宁涪江三桥位于遂宁市城市北部，全长1490.00m。
主桥为（49+86+49）米预应力钢筋混凝土双板薄壁墩连续刚构梁桥，设计载重：
汽超-20级、挂车-120、人群荷载3.5KN/m2。
桥面净宽：
2.75m（人行道）+3.75m（非机动车道）+4×3.75m（行车道及栏杆+行车道）+3.75m（非机动车道+2.75m（人行道））。
主梁上部结构半幅为单箱单室变高度箱梁，以两个半幅桥组成全桥。
半幅桥箱顶面宽度13.95m，箱宽7.95m，梁体按全预应力设计，采用挂篮悬臂施工，分别在边跨合拢和中跨合拢后进行第一次及第二次体系转换。
受遂宁市川中高等级公路建设开发有限责任公司的委托，由中铁西南院承担静载试验项目。
本桥分为两幅，从主桥桥墩起相互独立，静载试验时作为两座桥分别进行。
以上游幅桥为主要试验桥，进行较全面的试验项目。
下游幅桥进行典型工况试验项目。
2.静载试验目的
通过静载试验的满载以及偏载工况的汽车加载考核在试验桥梁结构在跨中的控制正弯矩、支点最大负弯矩和剪力作用下测试断面的应力效应、全桥挠度曲线、试验荷载下裂缝发展状况，并考核横断面悬臂根部的受力效应；通过动力试验了解桥跨结构的固有振动特性和行车时桥梁的强迫振动特性，从而了解桥跨结构的实际工作状态以及在使用荷载阶段的动力性能。
静、动载试验考核结构的强度、刚度和整体受力性能。
评定其现存的实际使用功能，确定其使用条件和注意事项，考核结构安全度，为桥梁的加固设计提供科学的依据。
3.试验依据的规范、标准、技术条件
1）《公路旧桥承载能力鉴定方法》交通部标准（88）公路技字11号
2）《公路桥涵设计通用规范》JTJ021—89
3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计通用规范》JTJ023—85
4）《混凝土结构试验方法标准》GB50152—92
5）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》YC4/41978‘国际铁路合作组织’
4.试验主要仪器设备如表1-1，所有的仪器均在标定有效期内。
试验主要仪器设备表表1-1
序号
仪器设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
静态应变仪
UCAM70A-200点
台
1
分辩率±1με
2
UCAM1A-20点
台
2
分辩率±1με
3
桥梁簧片位移计
本院研制
台
2
分辩率±1με
4
水准仪
S3-d
台
1
3mm/km
5
经纬仪
T1
台
1
分辩率1”
6
电阻应变片
BQ120-80AA
片
200
中原仪器厂产-A级
7
动态应变测定仪
MCC—8A
台
2
厂商日本共和
8
加速度传感器
ASQ—2BL
个
7
厂商日本共和
9
信号放大器
VAQ—500
个
7
厂商日本共和
10
动态信号分析仪
DAA—110B
套
1
厂商日本共和
11
百分表
国产
个
8
精度0.01mm
5.试验程序：
基本测试流程如下：
测量值
图1-1应力测试流程
图1-2挠度测试流程
图1-3拾振器测试分析流程
图1-4动应变测试分析流程
6.加载车辆：
本次荷载试验采用载重汽车充当，加载位置与加载工况的原则是：
尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率，在满足试验荷载效率的前提下，简化加载工况，缩短试验时间。
所需车辆的数量及载重，根据桥梁设计荷载等级按最不利荷载计算控制截面的控制内力，再按使用车辆的技术参数计算控制荷载的等代加载荷载，得到需使用的加载车辆的数量及轮位。
本桥所需进行试验的桥跨共分上、上游幅两幅桥，其所需要的加载车辆相同。
图1—2加载车辆示意图
静载试验的加载轮位图见附图1。
加载车辆轴重表1-2
总重G
前轴重G1
后轴重G2
310.00kN
54.00kN
256.00kN
本桥加载车辆全部为东风货车，总共12辆车，最大载重310kN,最小载重250kN。
静载用车12辆，动载用车2辆。
二.主要试验内容
（一）试验前结构实际状况调查及检查
1.桥梁结构竣工资料的搜集。
2.桥梁结构有关设计资料的搜集。
3.桥梁结构现状检查。
梁体裂缝检查及桥面检查，以便观察、分析加载前后裂缝发展情况；
（二）静载试验：
1.加载方式及加载等级
本次静力试验荷载采用载重汽车充当，所需车辆的数量及载重，根据活载设计弯矩为标准等效换算而得。
其荷载效率系数η定义为：
η=
Rf
（1+μ）Rs
式中：
Rf、Rs分别为试验加载效应、设计荷载效应，μ为冲击系数。
加载位置与加载工况的原则是：
尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率，在满足试验荷载效率的前提下，简化加载工况，缩短试验时间。
静载试验于夜间开始进行，一般从20：
00起正式加载。
动载试验一般在白天进行。
考虑结构加载后效应恢复的合理性及测量截面测点的有效性，本桥现场试验安排为：
先进行静载加载试验，再进行动载行车、跳车、刹车试验，最后进行动载中自振特性试验（脉动试验）。
卸载
（测读）
考虑确保试验加载过程中结构安全，静载试验首先进行控制工况加载（全跨满载）：
根据计算确定的加载水平及加载方式分2级加载，其中3次卸载测读，2级加载测读，测读的荷载效率系数分别为0.8和1.0，如图2所示。
其它加载工况按一级加载，1次初始测读，1次加载测读卸载测读。
注：
η为荷载效率系数
图2—1静力试验荷载分级示意图
2.静载试验测试方法
梁体截面应力、应变，采用在梁体箱梁内侧粘贴电阻应变片，由电阻应变测量系统测量，梁体内侧的上翼缘悬臂的试验荷载下的应力、应变采用在梁体悬臂底面及箱梁外侧粘贴电阻应变片测量。
梁体的竖向挠曲变形曲线，采用在另一半幅桥摆设全站仪进行测量，并在边跨跨中梁底设置簧片挠度计作为校核。
墩梁水平变位采用在墩顶安置百分表进行观测。
在试验中，专人观察梁体是否有裂缝出现。
如发现了裂缝，其宽度用读数显微镜在测量。
必要时采用超声波探测仪测量既有裂缝的深度变化。
3.测试截面布置：
1）全桥试验测量截面位置：
Ⅱ’、Ⅰ’截面为上游幅桥主梁截面，其余为下游幅桥。
ⅣⅠⅢ、Ⅲ’Ⅱ、Ⅱ’北岸
图2—2全桥荷载试验测量截面总体布置图
2）
2×40
截面测点布置
Ⅱ截面1、2、3、4、14为纵、横向的双片。
Ⅱ’截面1’、2’、3’、4’、14’为纵、横向的双片。
图2—3Ⅱ、Ⅱ’截面应变测点布置
3×140cm
Ⅲ’截面布置纵向应变测点与Ⅲ截面相同，共16点。
Ⅲ、Ⅲ’截面2、10号测点作动应变测点。
图2—4Ⅲ、Ⅲ’截面纵向应变测点布置
2×50
注：
Ⅰ截面1、2、3、4、14点为纵、横向的双片。
图2—5Ⅰ截面纵向应变测点布置
420cm
测墩梁静载相对位移布设纵、横向百分表共2个
Ⅳ截面应变花测点布置在上游幅主梁内腹板面上上游下游侧各一组。
全桥共布置应变花2组。
图2—6Ⅳ截面应变花测点布置
4号墩
图2—7Ⅴ截面竖向应变片测点布置
4.静载试验主要测试项目
内江桐梓坝遂宁涪江三桥静载试验主要测试项目汇总表2-1
项目
工况
加载截面
测试内容
静载试验
上游
幅
桥
1
中跨跨中Ⅱ截面
主梁应力及挠度、主梁应力及挠度影响线。
2
边跨跨中Ⅰ截面
主梁应力及挠度、主梁应力及挠度影响线。
主梁主拉应力、剪应力测量。
3
墩顶主梁Ⅲ截面
主梁应力测量、主梁应力及挠度影响线。
4
边跨Ⅳ截面
主梁主拉应力、剪应力测量。
支座处墩、梁的相对位移测量。
下游
幅
桥
5
中跨跨中Ⅱ’截面
主梁应力及挠度测量。
主梁应力及挠度影响线。
6
墩顶主梁Ⅲ’截面
主梁应力测量。
主梁应力及挠度影响线。
5.静载现场试验进行情况
内江桐梓坝遂宁涪江三桥试验现场两幅桥各设置了一套静载观测系统，通过三个集线箱将上、下游幅桥串为一个系统。
上游幅桥设置一个集线箱，下游幅桥设置两个集线箱。
上游幅桥静载现场试验于7月19日晚21时到7月20日1时，下游幅桥静载现场试验于7月20日2时到7时结束。
试验时天气状况：
阴，气温范围：
26℃～29℃。
试验进行刚开始时，桥面上围观人员较多，但正式读数开始时人员都已出桥，对静载数据采集没有干扰。
总的说来现场试验情况顺利，数据采集有效。
内江桐梓坝遂宁涪江三桥静载试验荷载效率表表2-2
工况序号
1
2
3
考察桥梁
上游幅桥
考察断面
中跨跨中Ⅱ＇断面
4#墩墩顶Ⅲ＇断面
实际荷载效率
正弯矩η=93%
控制正弯矩η=108%
控制负弯矩η=93%
加载车辆数量
8辆
10辆
12辆
工况序号
4
5
6
7
8
考察桥梁
下游幅桥
考察断面
中跨跨中Ⅱ断面
边跨Ⅰ断面
墩顶Ⅲ断面
支座附近Ⅳ断面
悬臂根部
实际荷载效率
控制正弯矩
η=109%
正弯矩
η=102%
控制负弯矩
η=93%
剪应力
η=110%
横向
η=100%
加载车辆数量
10辆
8辆
12辆
8辆
2辆
（三）桥梁动载试验：
1.桥梁动载试验内容
1）自振动特性试验（脉动试验）
对主梁进行自振频率测定：
竖向1—2阶，横向1阶，推求各阶阻尼比。
对主梁振型，测量竖、横向各一阶。
自振特性测量主要采用脉动法，并利用行车的余振信号进行核对。
2）强迫振动试验（行车试验）
（1）无障碍行车试验：
在桥面无任何障碍的情况下，桥面为3车道的连续刚构梁桥，用载重汽车以双车5公里/小时（准静态）和20、30、40公里/小时的速度通过桥跨结构，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用于的动力反应。
（2）跳车试验：
用以模拟桥面不平整或桥面铺装局部损伤状态下运行车辆荷载对结构的有害冲击作用。
跳车采用在桥跨控制截面处桥面上设置8cm高的三角木障碍物，双车以20，30km/h通过，实测相应截面的动应变及强振振幅。
（3）制动试验
双车以30km/h车速过控制截面处作紧急制动，实测水平惯性力对结构的影响，同时利用拾振器实测纵向振幅，考核本桥支座。
2.动力试验测试方法
桥墩跨结构测点振动时程曲线，采用伺服加速度传感器，配伺服放大器并记录其行车全过程输出信号，布置在控制性的跨中截面。
梁体的动应力，采用在梁体控制截面的箱梁内表面粘贴电阻应计，配动态应变仪输出电压信号并记录其行车全过程输出信号。
下游幅幅桥布置5个动态应变测点，上游幅幅桥布置7个动态应变测点。
动态应变测点布置见图2—3～8。
梁体动挠度测点布置在控制性的边跨最大正弯矩截面，上、上游幅桥共设2个。
动载试验测试项目汇总如表2-3
动载试验测试项目汇总表2-3
动载试验
工况
结构自振特性测定
结构强迫振动响应
竖向
横向
冲击系数
跳车
制动
上游幅桥
双车
频率、阻尼系数
频率
动应力
动挠度
动应力
动挠度
动应力
动挠度
下游幅桥
单车
频率、阻尼系数
频率
动应力
动应力
动应力
3.动载现场试验进行情况
下游、上游幅桥试验现场均设置了动载观测系统，其动载现场试验于静载现场试验完成后的7月20日凌晨即开始进行到当天下午14时结束。
上游幅桥动载试验中行车、跳车、制动均用重车2辆并行，下游幅桥动载试验中用重车1辆。
加载车车况较好，驾驶员技术熟练、车辆速度表较为准确。
同时在试验桥两端派专人用红旗标志进出桥，调度人员在车上用秒表计时以核对车速。
动载试验的结构振动响应测试时，保证了信号完整，测记长度足够，且照顾到各测记通道的动态范围，对小信号足够灵敏，大信号不饱和。
对于每一次测记，均以示波器监视主要测点的振动时程曲线，保证了动载试验测量信号质量。
脉动试验于7月23日23时到7月24日凌晨2时完成。
因桥上通道不断有车辆、行人通过，对动载数据采集有一定的干扰。
总的说来动载现场试验情况顺利，数据采集有效。
三.结构静载试验成果
（一）静载挠度
内江桐梓坝遂宁涪江三桥的静载挠度测点布置图3-1，全桥静载挠度曲线见图3-1，下游幅幅桥的静载挠度见表4-4，全桥静载挠度曲线见图4-2。
从挠度曲线的线型及连续梁各跨的挠度值可知两联桥在静载下的变形无异常状态，即未发现桥梁某区域有刚度被异常削弱的表现。
上、下游幅幅桥在静载下跨中截面的最大挠度校验系数见表3-1所列。
挠度校验系数η值在0.57～0.73间，在钢筋混凝土梁桥的正常范围内。
实测主要挠度测点正负挠度绝对值之和与计算跨度之比远小于设计规范允许值L/600。
静载跨中截面的最大挠度及结构校验系数表3-1
上
游
幅
桥
挠度测点所在截面号
Ⅱ’截面
Ⅲ’截面
静载试验工况
1工况
2工况
3工况
实测值（mm）
-16.6
-19.2
-12.8
理论值（mm）
-20.32
-24.53
-17.16
实测正负挠度之和
18
21.8
18.6
挠度与计算跨度比
1/7000
1/5800
1/6800
下
游
幅
桥
挠度测点所在截面号
Ⅰ截面
Ⅱ截面
Ⅲ截面
静载试验工况
5工况
4工况
6工况
实测值（mm）
-6.8
-17.4
-12.6
理论值（mm）
-7.92
-24.58
-17.21
实测正负挠度之和
8.6
20.4
17.6
挠度与计算跨度比
1/8000
1/6000
1/7000
纵7
纵向挠度测点布置
5
横向挠度测点布置
图3—1纵、横向挠度测点布置图
内江桐梓坝遂宁涪江三桥下游幅幅桥静载纵向挠度分布表表3-2
工况
纵1
纵2
纵3
纵4
纵5
纵6
纵7
工况Ⅰ（mm）
1.4
0.6
-7.8
-16.6
-6.6
0.6
1.2
工况Ⅱ（mm）
2.2
1.6
-9.0
-19.2
-8.2
2.2
2.6
工况Ⅲ（mm）
-1.8
-1.6
-8.4
-12.8
-4.0
1.2
5.8
注:
挠度值均以向上为正，向下为负。
纵7
纵6
纵5
纵4
纵3
纵2
纵1
南岸
北岸
-16.6mm
图3—2上游幅桥I工况（η=80%）全桥挠度纵向分布图
北岸
南岸岸内
纵7
纵6
纵5
纵4
纵3
纵2
纵1
-19.2mm
图3—3上游幅桥Ⅱ工况（η=100%）全桥挠度纵向分布图
纵7
纵6
纵5
纵4
纵3
纵2
纵1
南岸
北岸
-12.8mm
图3—4下游幅桥Ⅲ工况全桥挠度纵向分布图
内江桐梓坝遂宁涪江三桥下游幅幅桥静载横向挠度表：
表3-3
工况
截面
横1
横2
横3
横4
横5
工况Ⅰ（mm）
Ⅱ
╱
╱
-16.6
╱
╱
工况Ⅱ（mm）
Ⅱ
-20.0
-19.8
-19.2
-16.6
-15.6
上游
下游
5
4
3
1
2
-19.2mm
图3—5下游幅幅桥Ⅱ工况中跨中截面挠度横向分布图
江桐梓坝遂宁涪江三桥下游幅幅桥静载纵向挠度表表3-4
工况
纵1
纵2
纵3
纵4
纵5
纵6
纵7
工况Ⅵ（mm）
-1.2
-0.4
-7.4
-12.6
-3.8
1.4
5.0
工况Ⅳ（mm）
3.0
0.8
-6.8
-17.4
-6.0
2.0
3.0
工况Ⅴ（mm）
-6.8
-3.0
1.8
1.4
0.6
-0.2
注:
挠度值均以向上为正，向下为负。
北岸
南岸
-17.4mm
图3—6下游幅桥Ⅳ工况全桥挠度纵向分布图
-6.8mm
图3—7下游幅幅桥Ⅴ工况全桥挠度纵向分布图
纵6
纵5
纵4
纵3
纵2
纵1
北岸
南岸
纵7
-12.6mm
图3—8下游幅桥Ⅵ工况全桥挠度纵向分布图
内江桐梓坝遂宁涪江三桥下游幅桥静载横向挠度表表3-5
工况
截面
横1
横2
横3
横4
横5
工况Ⅳ（mm）
Ⅱ
-17.2
-17.8
-17.4
-18.4
-19.2
工况Ⅴ（mm）
Ⅱ
-7.2
-2.4
-8.8
-3.6
-6.0
-17.4mm
图3—9上游幅桥中跨中截面挠度横向分布图
上游
下游
1
2
4
5
3
-8.8mm
图3—10下游幅幅桥纵1横向分布图
（二）静载应力
1.箱梁纵向应力
上游幅桥的静载试验中共进行了3种工况，下游幅桥的静载试验中共进行了5种工况，其考察内容和静载各工况实际达到的加载效率见表2-2。
静载实测应力分布及结构校验系数见表3-6、表3-7。
从表中各工况应力分布值和结构校验系数可知：
上游幅桥静载中跨中控制正弯矩工况下箱梁底板的平均应力值为1.27Mpa，结构校验系数为0.86，箱梁顶板的平均应力值为-0.63Mpa，结构校验系数为1.13。
注意到荷载效率η=108%，说明实测应力值与理论值计算值符合程度较高。
下游幅桥静载中跨中控制正弯矩工况下箱梁底板的平均应力值为1.35Mpa，结构校验系数为0.89，箱梁顶板的平均应力值为-0.73Mpa，结构校验系数为1.11。
注意到荷载效率η=109%，说明实测应力值与理论值计算值符合程度较高。
静载控制负弯矩工况下箱梁顶板的平均应力值：
下游幅桥为0.33Mpa，上游幅桥为0.36Mpa，结构校验系数都在1上游下游。
箱梁底板的结构校验系数较大，大致是由于截面与墩-梁的刚性节点距离较近的缘故。
虽然其结构校验系数大到1.45和2.20，但其静载压应力的绝对值最大只有0.88Mpa，完全能保证结构安全性。
边跨最大正弯矩截面顶、底板的应力结构校验系数都在1左右，实测应力值与理论值计算值符合程度较高。
各测试截面箱梁腹板的实测应力与各工况下该测点布置位置的理论应力分布状况基本是一致的。
表3-6、表3-7列出了腹板中间测点的实测应力和理论应力值。
这些值都是小数量级的拉应力。
对于中性轴附近小数量级的应力值一般都不作结构校验系数的分析。
不过从比较中可以看出两者拉、压的性质相同，实测应力值都偏小。
上游幅桥静载实测应力及结构系数表表3-6
加载工况
测点位置
实测值
理论值
结构校验系数
应力（Mpa）
应力（Mpa）
中跨中正弯矩
η=93%
箱梁顶板
-0.63
-0.56
1.13
上游腹板（中）
0.20
0.50
/
下游腹板（中）
0.10
0.50
/
箱梁底板
1.11
1.29
0.86
中跨中正弯矩
η=108%
箱梁顶板
-0.73
-0.66
1.11
上游腹板（中）
0.23
0.59
/
下游腹板（中）
0.07
0.59
/
箱梁底板
1.27
1.51
0.84
墩顶负弯矩
η=93%
箱梁顶板
0.33
0.33
0.99
上游腹板（中）
0.1
0.06
/
下游腹板（中）
0.1
0.06
/
箱梁底板
-0.56
-0.38
1.45
下游幅桥静载实测应力及结构系数表表3-7
加载工况
测点位置
实测值
理论值
结构系数
应力（Mpa）
应力（Mpa）
墩顶负弯矩
η=93%
箱梁顶板
0.36
0.33
1.09
上游腹板（中）
-0.17
-0.13
/
下游腹板（中）
-0.2
-0.13
/
箱梁底板
-0.84
-0.38
2.20
中跨中正弯矩
η=109%
箱梁顶板
-0.73
-0.66
1.11
上游腹板（中）
0.66
0.59
/
下游腹板（中）
0.33
0.59
/
箱梁底板
1.35
1.53
0.89
边跨正弯矩
η=102%
箱梁顶板
-0.44
-0.45
0.98
上游腹板（中）
0.36
0.53
/
下游腹板（中）
0.00
0.53
/
箱梁底板
1.17
1.17
1.00
2.剪力和主拉应力
在下游幅桥桥端支座附近的中性面布置了应变花，实测静载主拉应力和最大剪应力。
由于实际与计算桥梁中性轴位置的差别，其计算值的离散性一般都较大。
本桥的相关结果如表3-8所示。
从表列数值可知，两者之间的符合程度尚可。
下游幅桥静载剪应力、主拉应力表3-8
工况：
7
测量时间：
7-20日7：
20
测量仪器：
UCAM—70A
应变花位置
主拉应力（Mpa）
主压应力（Mpa）
剪应力（Mpa）
实测主拉应力方向Φ0
距墩中（cm）
距顶面（cm）
腹板
实测值
计算值
校验系数
实测值
计算值
校验系数
实测值
计算值
校验系数
420
110
上游侧
0.08
0.11
0.73
-0.94
-0.46
2.04
0.86
0.51
1.69
33°
420
110
下游侧
0.16
1.45
-0.83
1.80
0.55
1.08
36°
3.悬臂偏载应力
为了考查悬臂部分应力分布情况，我们特别在下游幅桥2号墩15m断面上游幅侧增设了一个断面，测点布置如图3—11。
试验时在15m长
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