黃前大橋荷載試驗報告(石拱)

1、.報告編號：QL-2007-02-04泰安黃前大橋荷載試驗報告山東省公路橋梁檢測中心2007年1月說明：1、本報告共印 六 份，其中發(fā)委托單位 四 份，存檔 二 份。2、當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一者視為本報告無效：(1)、復(fù)印(2)、涂改 (3)、無技術(shù)負責(zé)人簽字(4)、無加蓋“山東省公路橋梁檢測中心試驗檢測專用章”紅章3、委托單位對本報告如有異議請在收到本報告之日起15日內(nèi)向檢測單位提出。單位名稱：山東省公路橋梁檢測中心單位地址：東營市東城府前大街130號單位電話郵政編碼：257091單位網(wǎng)址：單位郵箱：sdqjzx.;泰安黃前大橋荷載試驗報告 第 16 頁 共 18 頁

2、泰安黃前大橋荷載試驗報告編 制：復(fù) 核：審 核：批 準：參加項目工作人員序號姓 名職務(wù)、職稱1工程師2工程師3工程師4助理工程師5技術(shù)員6技術(shù)員目 錄1.橋梁概況32 靜力荷載試驗?zāi)康?3 靜力荷載試驗依據(jù)44 試驗組織54.1 人員組織54.2 儀器設(shè)備54.3 現(xiàn)場環(huán)境65 荷載試驗方案65.1靜力荷載試驗方案65.1.1試驗荷載確定65.1.2 荷載試驗項目75.1.3 加載方式與分級加載75.1.4 加載位置與加載工況確定75.1.5 測試項目及量測方法85.1.6 測試斷面與測點布置85.1.7 靜載試驗規(guī)則95.1.8加載試驗程序95.2 動力荷載試驗方案105.2.1 測試截面及

3、測點布置105.2.2 試驗項目105.2.3 試驗系統(tǒng)配置115.2.4 測試流程115.2.5 試驗注意事項116 靜力荷載試驗數(shù)據(jù)分析及評定116.1靜載試驗效率116.2 跨中最大正彎矩加載試驗126.3 橋臺最大水平推力試驗137 動載試驗結(jié)果分析及評定137.1 脈動試驗137.2 跑車試驗147.3 動載試驗評定158 試驗結(jié)論159 建議16泰安黃前大橋荷載試驗報告1.橋梁概況泰安黃前大橋是連接泰安市和濟南市的重要通道，橋梁全長59.69m，橋梁中心樁號為K654+04.00。橋面全寬8.04m。橋梁上部結(jié)構(gòu)為凈跨45m、拱矢度1/6、拱圈厚為1m的空腹式等截面懸鏈線石拱橋，其

4、中拱圈寬7.3m，兩端各設(shè)3孔3米的半圓弧拱腹拱；下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計荷載為汽車13，拖60。橋梁側(cè)面及正面照片如圖1、圖2所示。圖1 黃前大橋側(cè)面照片圖2 黃橋大橋正面照片泰安市黃前大橋的建成運營對發(fā)展泰安、濟南兩市及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟建設(shè)起到了非常重要的意義，經(jīng)過長期的運營和交通運輸事業(yè)的高速發(fā)展，交通量和重軸荷載不斷增多，對此，橋梁管養(yǎng)部門為掌握該橋當(dāng)前的技術(shù)狀況、服務(wù)水平和質(zhì)量狀況，確定其承載能力，并為今后橋梁的養(yǎng)護與維修加固提供技術(shù)依據(jù)，泰安市公路管理局委托山東省公路橋梁檢測中心于2006年12月對該橋進行了荷載試驗。2 靜力荷載試驗?zāi)康挠捎谠摌蚪ǔ赏ㄜ嚂r間較長，且設(shè)計荷載等

5、級較低，因此本次試驗的根本目的是通過對橋梁結(jié)構(gòu)進行靜力荷載試驗，檢驗橋梁結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的實際受力狀況是否滿足通行荷載等級汽-20、掛-100的要求，并通過現(xiàn)場加載試驗以及對試驗觀測數(shù)據(jù)和試驗現(xiàn)象的綜合分析，對橋梁結(jié)構(gòu)做出總體評價，具體目的如下：1）通過對該橋進行靜載試驗，測定橋跨結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下控制斷面的應(yīng)變和撓度，并與理論計算值進行比較分析，以檢驗結(jié)構(gòu)控制斷面應(yīng)力與撓度值是否與設(shè)計相符，主要試驗測試指標能否符合有關(guān)標準、規(guī)范及規(guī)定的要求。2）通過對該橋進行動載試驗，測定橋跨結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的自振特性和動力響應(yīng)，檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度和行車性能。3）通過對該橋進行荷載試驗，對橋跨

6、結(jié)構(gòu)總體狀況進行評價，為橋梁今后運營養(yǎng)護及加固改建提供技術(shù)依據(jù)。3 靜力荷載試驗依據(jù)1）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTJ 021-89）2）大跨徑混凝土橋梁的試驗方法（“鐵組”YC4-4/1978科研專題）3）公路舊橋承載能力鑒定方法（交通部標準，1988年）4）公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTJ 022-85）5）黃前水庫溢洪道大橋施工圖4 試驗組織4.1 人員組織為保證靜載試驗檢測工作順利、優(yōu)質(zhì)的完成，山東省公路橋梁檢測中心專門組織有經(jīng)驗的工程師和技術(shù)人員成立檢測小組，具體人員組成見表1。表1 檢測人員組成序號姓名職稱、職務(wù)本項目擔(dān)任工作1高級工程師/中心主任靜力荷載試驗顧問2高級工程師/工

7、程部主任 靜力荷載試驗技術(shù)指導(dǎo)3工程師試驗數(shù)據(jù)采集4工程師儀器設(shè)備檢驗5工程師試驗數(shù)據(jù)記錄6助理工程師儀器的粘貼、連接7助理工程師試驗車輛加載調(diào)度8技術(shù)員試驗數(shù)據(jù)采集4.2 儀器設(shè)備本次靜力荷載試驗所用儀器設(shè)備及性能指標見表2所列。表2 試驗儀器設(shè)備及性能指標序號名 稱規(guī) 格數(shù) 量精度1裂縫寬度觀測儀SW-LW-1011臺0.01mm2綜合測試儀JMZX-30012套13精密電子水準儀日本Topcon1套0.1mm4激光測距儀瑞士Leica Classica 5a1臺1mm5水平尺80cm2個1mm6筆記本電腦東芝24002臺7其它工具等4.3 現(xiàn)場環(huán)境現(xiàn)場試驗期間環(huán)境狀況為：試驗起止時間：1

8、：505：30溫度：最高1，最低-4，平均-2；濕度：15%22%；天氣：晴或多云；風(fēng)力：3級；其他：現(xiàn)場環(huán)境基本可以滿足檢測環(huán)境要求。試驗期間環(huán)境狀況指標滿足試驗儀器設(shè)備正常工作狀態(tài)要求及符合規(guī)范標準中對荷載試驗基本環(huán)境條件的要求。5 荷載試驗方案5.1靜力荷載試驗方案橋梁靜力荷載試驗，主要是通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗荷載作用下的變形和應(yīng)變，用以確定橋梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)與設(shè)計期望值是否相符。它是檢驗橋梁結(jié)構(gòu)受力特征的最直接和最有效的手段和方法。5.1.1試驗荷載確定就某一加載試驗項目而言，其所需加載車輛的數(shù)量及其在橋梁上的縱橫向排列，將根據(jù)試驗荷載產(chǎn)生的該加載試驗項目對應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力

9、或變位的最不利效應(yīng)值，按下式所確定的原則等效換算而得： 式中：q 靜力試驗荷載效率； Sstate 試驗荷載作用下控制截面內(nèi)力計算值； S 控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計算值（不計沖擊）； (1+) 按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)?？紤]到現(xiàn)場加載設(shè)備的快捷與方便，靜力試驗荷載實際采用4輛單輛車貨總重約為300KN的三軸載重貨車充當(dāng)，試驗加載車的主要技術(shù)參數(shù)見表3。表3 試驗加載車的主要技術(shù)參數(shù)序號車牌號ABC前軸重（t）后軸總重（t）總重（t）121623.41.351.86.0024.3830.38221633.41.351.86.0624.2430.30321643.41.351.86.0024

10、.2830.28421653.41.351.86.0224.1030.125.1.2 荷載試驗項目本次靜力荷載試驗的項目有：1）檢驗主拱跨中截面在最不利活載作用下產(chǎn)生的最不利正彎矩效應(yīng)及豎向撓度的偏心加載試驗；2）檢驗橋臺在最不利活載作用下產(chǎn)生的最不利水平推力的偏心加載試驗。5.1.3 加載方式與分級加載為了獲取結(jié)構(gòu)試驗荷載與變位的相關(guān)曲線，防止結(jié)構(gòu)因加載意外損傷，就某一加載試驗項目，其靜力試驗荷載應(yīng)分級加載，分級卸零。靜力試驗荷載的加載分級主要依據(jù)加載車在某一加載試驗項目對應(yīng)的控制截面內(nèi)力和變位影響面內(nèi)縱橫向位置的不同以及加載車數(shù)量的多少分級。本次試驗加載方式，為單次逐級遞加到最大荷載，然后

11、一次卸零。5.1.4 加載位置與加載工況確定1）加載位置與加載工況主要依據(jù)以下原則確定： 盡可能用最少的加載車輛達到最大的試驗荷載效率； 為了縮短現(xiàn)場試驗時間，盡可能簡化加載工況，在滿足試驗荷載效率以及能夠達到試驗?zāi)康那疤嵯聦虞d工況進行合并，以盡量減少加載位置； 每一加載工況依據(jù)某一試驗項目為主，兼顧其他檢驗項目。2）加載位置本次靜力試驗確定的加載工況為2 個，每個工況加載位置、主要試驗項目及其加載車輛的縱橫向布置詳見附圖1。3）加載流程在進行正式加載試驗前，首先采用一輛加載車在跨中進行預(yù)加載試驗，預(yù)加載持荷時間為20分鐘。預(yù)加載的目的是使結(jié)構(gòu)進入正常工作狀態(tài)，并消除結(jié)構(gòu)非彈性變形。預(yù)加載卸

12、至零荷載，并在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷載恢復(fù)后，方可進入正式加載試驗。正式加載試驗分別按加載工況序號逐一進行，完成一個序號的加載工況后，應(yīng)使結(jié)構(gòu)得到充分的零荷恢復(fù)，方可進入下一序號的加載工況。結(jié)構(gòu)零荷充分恢復(fù)的標志是，加載試驗實測的結(jié)構(gòu)最大變位測點在卸零荷后變位恢復(fù)最后一個10分鐘的增量小于第1個10分鐘增量的15%。靜力荷載試驗加載流程如下圖所示。圖3 靜力荷載試驗流程圖5.1.5 測試項目及量測方法本次靜力荷載試驗的主要觀測項目及量測方法為：1）拱頂跨中截面的撓度，采用Topcon精密電子水準儀配合條碼標尺測量，電子水準儀精度為0.1mm。2）橋臺水平位移，采用精密千分表進行測量。5.1.6 測

13、試斷面與測點布置測試斷面選在拱頂跨中截面和橋臺。測試斷面位置見圖4所示。測點布置如圖5所示。圖4 測試斷面示意圖圖5 跨中截面測點布置圖注：圖中“”表示應(yīng)變測點，“”表示撓度測點。5.1.7 靜載試驗規(guī)則1）靜載試驗原則上應(yīng)選擇在氣溫變化不大于2和結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時間間隔內(nèi)進行，本橋選擇在氣溫差異不大的時間進行。正式加載前，用試驗最大加載量的20%-30%的荷載對試驗孔跨中截面進行預(yù)加載，并檢驗測試組織及儀表是否處于正常工作狀態(tài)。2）靜力荷載持續(xù)時間，主要取決于結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定的時間，只有結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定，才能進入下一級荷載試驗階段。同一級荷載內(nèi)，當(dāng)結(jié)構(gòu)在最后五分鐘內(nèi)的變位增量，小于

14、前一個五分鐘增量的5%或小于所用測量儀器的最小分辨率值時，即認為結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定。3）全部測點在加載開始前均進行零級荷載的讀數(shù)，以后每級加載或卸載后立即讀數(shù)一次，并在主梁變位達到相對穩(wěn)定后，進入下一級荷載前，再讀數(shù)一次。4）終止加載試驗條件結(jié)構(gòu)控制截面的變位、應(yīng)力（或應(yīng)變）在未加到最大試驗荷載前，提前達到或超過設(shè)計計算值，應(yīng)立即終止加載。5.1.8加載試驗程序1）在進行正式加載試驗前，首先采用一輛重車在跨中截面進行預(yù)加載試驗，預(yù)加載持荷時間為20分鐘。在預(yù)加載卸零荷并得到充分的零荷恢復(fù)后，即進入正式加載試驗。 2）正式加載按以下程序進行： （1）跨中截面最大正彎矩加載：0加載工況1第一級第

15、二級第三級第四級卸載 （2）橋臺最大水平推力加載0加載工況2第一級第二級第三級第四級卸載5.2 動力荷載試驗方案結(jié)構(gòu)的動力特性是結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)的基本特性，是進行結(jié)構(gòu)動力分析所必須的參數(shù)。橋梁動力荷載試驗主要是通過測試橋跨結(jié)構(gòu)的動力特性指標（自振特性指標和動荷載作用下的振動特性指標），研究橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和車輛動力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動特性，以檢驗這些指標能否滿足設(shè)計或規(guī)范規(guī)定，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度、行車性能。 5.2.1 測試截面及測點布置采用QLJC專用橋梁分析軟件對橋梁進行結(jié)構(gòu)動力特性分析，動載試驗測點按照結(jié)構(gòu)振型形狀布置在變位較大的位置，避開各階振型的節(jié)點?，F(xiàn)場測試確定在跨中、支

16、點及1/4處布設(shè)傳感器進行信號采集。動力荷載試驗的測點布置如圖6所示。圖6 動載試驗測點布置圖5.2.2 試驗項目根據(jù)橋梁動力荷載試驗的要求并結(jié)合橋梁實際情況，確定動力荷載試驗進行以下測試內(nèi)容：1）脈動試驗脈動試驗主要是在橋面無交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動和水流等隨機荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微幅振動響應(yīng)，進而測定橋跨結(jié)構(gòu)固有振動特性（自振頻率、振型和臨界阻尼比）。測試方法為：采用在選定測點上安裝891-4拾震器，配放大器及DH5937數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，記錄橋跨結(jié)構(gòu)的脈動響應(yīng)信號，使用專用軟件處理。2）跑車試驗采用一輛載重汽車，在橋面無任何障礙的情

17、況下，分別以10km/h、20km/h、30km/h的速度駛過橋跨結(jié)構(gòu)，測定橋跨結(jié)構(gòu)的自振頻率。測試方法為：采用在選定測點上安裝891-4拾震器，配放大器及DH5937數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，記錄橋跨結(jié)構(gòu)的脈動響應(yīng)信號，使用專用軟件處理。5.2.3 試驗系統(tǒng)配置橋跨結(jié)構(gòu)動力性能測試采用891-型加速度傳感器置于橋梁測試斷面護欄附近，連接DH5937數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行信號采集分析，測試系統(tǒng)如圖7所示。891-拾振器動態(tài)放大器DH5937數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖7 動力性能測試系統(tǒng)配置5.2.4 測試流程動力荷載試驗測試流程如圖8所示：預(yù)加載檢驗測試系統(tǒng)脈動試驗行車試驗試驗結(jié)束圖8 動力荷載試驗測試流程5.2.5

18、試驗注意事項1）試驗前應(yīng)對測試系統(tǒng)進行靈敏度、幅頻特性、相頻特性、相頻特性線性度等進行標定，進行動載試驗的車輛還應(yīng)檢查車上時速表的準確性和靈敏性。2）在測記橋跨結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)要注意保證信號完整，信號測記長度應(yīng)足夠，并需照顧到各測記通道的動態(tài)范圍，小信號足夠靈敏，大信號不飽和，測記時應(yīng)配有示波器監(jiān)視振動響應(yīng)信號的質(zhì)量。6 靜力荷載試驗數(shù)據(jù)分析及評定6.1靜載試驗效率在試驗荷載作用下控制截面內(nèi)力值與標準荷載作用下同一截面最不利內(nèi)力的比值，即為靜力荷載試驗的效率。本次靜力荷載試驗的試驗效率見表4。由表可見，本次試驗的靜力荷載試驗效率為0.904、0.917，滿足 “鑒定方法”中所規(guī)定的0.801.05

19、的要求，說明本次荷載試驗反應(yīng)了橋跨結(jié)構(gòu)在標準荷載作用下的受力性能。表4 靜載試驗荷載效率表加載項目加載工況試驗荷載效應(yīng)設(shè)計荷載效應(yīng)荷載效率跨中截面最大正彎矩/(kN·m)1109.601227.960.904橋臺最大水平推力/(kN)893.78974.890.9176.2 跨中最大正彎矩加載試驗各級試驗荷載作用下，實測跨中截面撓度值和卸載后的相對殘余變形如表5所示。由表可見，實測跨中截面最大撓度為4.3mm，約為理論計算值4.6的0.935倍，即撓度校驗系數(shù)最大值為0.935，滿足“鑒定方法”不大于1.0的規(guī)定。卸載后，各測點相對殘余變形在5.014.6%之間，滿足“鑒定方法”小于

20、20%的規(guī)定。根據(jù)表5中數(shù)據(jù)繪制的典型測點（A1、A3、A5）荷載撓度曲線如圖9、10、11所示，由圖可見，試驗荷載作用下典型測點的荷載撓度曲線接近直線狀態(tài)，由此表明，在試驗荷載作用下跨中截面基本處于彈性工作狀況。表5 試驗荷載作用下A-A跨中截面撓度值工況測點第一級第二級第三級第四級卸載相對殘余變形(%)A11.01.93.24.20.37.1A21.22.33.44.30.614.0A31.12.23.24.20.49.5A41.01.93.14.10.614.6A50.91.82.84.00.25.0注：撓度以向下為正，單位為mm。圖9 A1測點荷載-撓度曲線圖10 A3測點荷載-撓度曲

21、線圖11 A5測點荷載-撓度曲線6.3 橋臺最大水平推力試驗由于橋臺坐落于巖石上，且變形已經(jīng)穩(wěn)定，工況各級試驗荷載作用下，實測橋臺水平變位極小，小于儀器的最小分辨率，說明橋臺抗推剛度極大，滿足規(guī)范要求。7 動載試驗結(jié)果分析及評定7.1 脈動試驗本次脈動試驗測試的橋梁自振頻率見表6所列，同時表中亦列出頻率理論計算值。結(jié)構(gòu)典型自振頻譜如圖12、13所示。表6 實測橋梁自振頻率測點號測點位置拾振器類型實測頻率計算頻率1支點水平型10.27698.77392垂直型10.187731/4跨徑水平型10.06994垂直型10.49855跨中水平型10.06996垂直型10.1552 圖12 典型實測振動頻

22、譜圖（測點號1）圖13 典型實測振動頻譜圖（測點號2）7.2 跑車試驗橋梁結(jié)構(gòu)在移動車輛荷載作用下的動力反應(yīng)，是橋梁和車輛這兩個振動系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，除了與這兩者本身的動力特性（質(zhì)量、剛度、阻尼）有關(guān)外，還與橋面的不平整度、車輛行駛的速度有關(guān)。結(jié)構(gòu)各測點在不同車速下的振動頻率值見表7。實測典型頻譜見圖14、15。表7 橋梁在不同車速下的實測振動頻率測點號拾振器類型測點部位10km/h20km/h30km/h1水平支點截面10.071210.181710.65102垂直支點截面10.181710.157211.19783水平L/4截面10.56729.594311.60714垂直L/4截面10

23、.786610.278512.09775水平跨中截面10.551011.208610.37756垂直跨中截面11.572711.661510.4587圖14 跑車試驗（10公里）典型實測頻譜圖測點號2圖15 跑車試驗（30公里）典型實測頻譜圖測點號57.3 動載試驗評定由表可以看出，脈動試驗和跑車試驗所測得的橋梁結(jié)構(gòu)的一階自振頻率均大于理論計算值，說明該橋總體剛度較理論為大，動力特性能夠滿足要求。8 試驗結(jié)論通過對現(xiàn)場試驗現(xiàn)象、試驗數(shù)據(jù)以及試驗結(jié)果的分析，可得到如下結(jié)論：1）本次試驗的靜力荷載試驗效率在0.904、0.917，試驗荷載在結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生的最大內(nèi)力效應(yīng)和變位效應(yīng)，能夠反映理論計算活載作用下同一截面最不利內(nèi)力效應(yīng)和變位效應(yīng)，滿