大橋靜動荷載

摘要隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通運輸出現(xiàn)了重載、高速、大流量的現(xiàn)代運輸結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，公路運輸在整個運輸體系中占有的比例越來越大。而橋梁是道路的咽喉，因此公路運輸對現(xiàn)有橋梁（即舊橋）和新建橋梁的結(jié)構(gòu)性能與使用質(zhì)量提出了更高的要求。靜載試驗對于橋梁檢測的重要性愈加明顯，是橋梁檢測方面不可缺少的重要組成部分。本論文以梁橋的靜載試驗為例來進一步描述靜載試驗。根據(jù)確定汽車-超20級荷載標準，以及待測試部位內(nèi)力與變形的計算值，選用4輛重約380KN的東風自卸車作為汽車-超20級加載車輛。撓度測試采用懸掛鋼絲法。預應力T型梁混凝土表面應力測試采用先測出應力測點處的應變，然后根據(jù)材料的物理特性由應變計算出應力的方法。結(jié)構(gòu)溫度，采用定點擱置PN結(jié)點溫度計現(xiàn)場標定、測定。關(guān)鍵詞：梁橋檢測靜載試驗承載能力

目錄第1章緒論 11.1課題研究的目的意義 1第2章京秦陡河大橋結(jié)構(gòu)試驗 22.1案例簡介 22.2靜力加載試驗 22.2.1試驗荷載 32.2.2加載試驗項目 32.2.3加載位置與加載工況的確定 42.2.4靜載試驗荷載效率 42.2.5測量儀器與方法 42.2.6測試斷面與測點布置 62.2.7試驗加載程序 152.2.8靜力試驗規(guī)則 152.2.9測試結(jié)果 15第3章結(jié)論 24參考文獻 25致謝 26第1章緒論1.1課題研究的目的意義為保證橋梁的正常安全運營，掌握目前橋梁的工作性能并對其承載能力進行評定，京秦高速公路管理處決定對該橋進行結(jié)構(gòu)靜力加載試驗。本次試驗的目的主要是檢測該橋在正常服役多年之后，其結(jié)構(gòu)的剛度、強度以及整體受力性能，了解橋梁的荷載橫向分布規(guī)律、受力性能，評定橋梁結(jié)構(gòu)承載能力是否達到設計荷載標準。靜載試驗在橋梁檢測方面的作用越來越大，是橋梁檢測不可缺少的重要組成部分，具有重要的意義，也為我們以后能夠更好的從事此工作提供依據(jù)。

第2章京秦高速公路陡河大橋結(jié)構(gòu)靜動荷載試驗2.1案例簡介京秦高速公路全長199.31公里，是交通部規(guī)劃建設的十二條國道主干線的重要組成部分，是連接華東、華北與東北地區(qū)的重要通道。陡河大橋位于京秦高速公路K158+290.15處，橋梁全長965.04m。其上部結(jié)構(gòu)為9×30+9×30+5×30+9×30m先簡支后連續(xù)預應力混凝土T梁，下部結(jié)構(gòu)為肋板式橋臺、柱式橋墩。為保證橋梁的正常安全運營，掌握目前橋梁的工作性能并對其承載能力進行評定，京秦高速公路管理處決定對該橋進行結(jié)構(gòu)靜力加載試驗。2.2靜力加載試驗靜載試驗是通過對試驗荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形進行測量，從而對橋梁工作狀態(tài)和工作性能進行檢驗。橋梁結(jié)構(gòu)不僅受到其本身重量即恒載的作用，同時還受到車輛荷載、人群荷載等活載的作用。靜力加載試驗是對橋梁結(jié)構(gòu)在活載作用下橋梁的工作狀態(tài)與工作性能進行檢驗，從而確定橋梁的承載能力。京秦高速公路陡河大橋橋型布置圖京秦高速公路陡河大橋橫斷面示意圖2.2.1試驗荷載本橋靜載試驗的目的是檢驗橋梁的承載能力是否符合設計荷載標準汽車－超20級的要求。根據(jù)交通部公路科研所等單位編寫的《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》中的規(guī)定，靜力試驗荷載效率：基本荷載試驗為1.05≥η≥0.8，其中：（2-1）式中，η——荷載效率系數(shù)；Sstat——試驗荷載作用下，檢測部位位移或力的計算值；S——設計標準荷載作用下，檢測部位位移或力的計算值；δ——設計取用的動力系數(shù)。本橋的靜載試驗采用等效荷載加載方式，在結(jié)構(gòu)設計的影響線最不利處布載，計算出橋梁結(jié)構(gòu)控制截面（跨中正彎矩最大截面、墩頂最大負彎矩截面）在試驗荷載下的最大內(nèi)力值，與設計荷載（汽車-超20級；掛車-120）作用下的該控制截面的理論內(nèi)力值的進行比較，以保證靜力試驗荷載效率系數(shù)在0.8～1.05范圍內(nèi)。根據(jù)確定汽車-超20級荷載標準，以及待測試部位內(nèi)力與變形的計算值，選用4輛重約380KN的東風自卸車作為汽車-超20級加載車輛。靜載試驗所用的加載車輛的型號、數(shù)量及軸距、輪距見表2－1。表2-1加載車輛軸距、輪距及實際載重表荷載等級車型前后軸距中后軸距前軸重中軸重后軸重總重（cm）（cm）(kN)(kN)(kN)(kN)汽-超20級東風54014075.6151.2151.2373東風54014077.6155.2155.2379東風54014078.2156.4156.4385東風540140741481483862.2.2加載試驗項目該橋主跨結(jié)構(gòu)為連續(xù)T型梁，在選擇測試項目時，應充分考慮連續(xù)梁橋的特點。連續(xù)梁橋由于連續(xù)梁端的卸載作用，最大正彎矩出現(xiàn)于邊跨跨中位置，最大負彎矩出現(xiàn)在邊跨與次邊跨間的支點位置。故測試的主要項目為連續(xù)T型梁橋跨結(jié)構(gòu)邊跨、次邊跨跨中最大正彎矩以及支點最大負彎矩。本次靜力荷載試驗確定的試驗項目主要有：`1、第一跨跨中斷面的應變、撓度；2、第二跨跨中斷面的應變、撓度；3、1＃墩墩頂最大負彎矩；4、第二跨1＃墩支點附近最大剪應力。2.2.3加載位置與加載工況的確定試驗加載位置與加載工況的確定主要依據(jù)以下原則進行：1）盡可能用最少的加載車輛達到最大的試驗荷載效率；2）在滿足試驗荷載效率以及能夠達到的試驗目的前提下，加載工況進行簡化、合并，以盡量減少加載位置；3）每一加載工況依據(jù)某一加載試驗項目為主，兼顧其他加載試驗項目。由于此次橋梁荷載試驗為竣工試驗，為了防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)意外損壞，試驗過程中需進行逐級加載，加載至最大荷載，而后逐漸卸載至零載。陡河大橋靜載試驗共有六種加載位置：1）3輛加載車輛排成1行3列，橫橋向偏心布載，縱向布置在第一跨跨中正彎矩最不利加載位置，具體加載位置和車輛的排列情況見圖2－1；2）3輛加載車輛排成1行3列，橫橋向?qū)ΨQ布載，縱向布置在第一跨跨中正彎矩最不利加載位置，具體加載位置和車輛的排列情況見圖2－2；3）3輛加載車輛排成1行3列，橫橋向偏心布載，縱向布置在第二跨跨中正彎矩最不利加載位置，具體加載位置和車輛的排列情況見圖2－3；4）3輛加載車輛排成1行3列，橫橋向?qū)ΨQ布載，縱向布置在第二跨跨中正彎矩最不利加載位置，具體加載位置和車輛的排列情況見圖2－4；5）4輛加載車輛排成2行2列，橫橋向偏心布載，縱向布置在一號墩墩頂負彎矩最不利加載位置，具體加載位置和車輛的排列情況見圖2－5；6）2輛加載車輛排成1行2列，橫橋向偏心布載，縱向布置在第二跨支點剪力最不利加載位置，具體加載位置和車輛的排列情況見圖2－6。2.2.4靜載試驗荷載效率試驗前需對受力最不利梁的加載效應值與標準荷載效應值進行比較，以保證試驗的有效性。2.2.5測量儀器與方法本次靜力加載試驗各測試項目所用儀器和方法如下：1、撓度測試撓度測試所用儀器是機械式百分表，方法采用懸掛鋼絲法。2、預應力T型梁混凝土表面應力測試應力測試采用先測出應力測點處的應變，然后根據(jù)材料的物理特性由應變計算出應力的方法。表2-2陡河大橋靜載試驗工況表工況號荷載位置主要測試內(nèi)容01零荷載相關(guān)測試項目的初始值13輛加載車橫橋向偏心布載，縱向布置在第一跨跨中測試第一跨跨中撓度及應變02零荷載相關(guān)測試項目的初始值23輛加載車橫橋向?qū)ΨQ布載，縱向布置在第一跨跨中測試第一跨跨中撓度及應變03零荷載相關(guān)測試項目的初始值33輛加載車橫橋向偏心布載，縱向布置在第二跨跨中測試第二跨跨中撓度及應變04零荷載相關(guān)測試項目的初始值43輛加載車橫橋向?qū)ΨQ布載，縱向布置在第二跨跨中測試第二跨跨中撓度及應變05零荷載相關(guān)測試項目的初始值54輛加載車橫橋向偏心布載，縱向布置在第一、二跨測試一號墩墩頂負彎矩應變06零荷載相關(guān)測試項目的初始值62輛加載車橫橋向偏心布載，縱向布置在第一跨測試第二跨1＃梁一號臺附近剪力應變07零荷載相關(guān)測試項目的恢復值表2-3靜載試驗荷載效率加載工況加載位置試驗斷面及試驗項目主要測試斷面最不利梁號試驗荷載效應(KN·m)理論荷載效應(KN·m)試驗荷載效率η1第一跨3輛加載車橫橋向偏心布載，第一跨最不利正彎矩一跨1＃13311489.60.8942第一跨3輛加載車橫橋向?qū)ΨQ布載，第一跨最不利正彎矩跨中4＃807857.90.941續(xù)表2-3靜載試驗荷載效率加載工況加載位置試驗斷面及試驗項目主要測試斷面最不利梁號試驗荷載效應(KN·m)理論荷載效應(KN·m)試驗荷載效率η3第二跨3輛加載車橫橋向偏心布載，第二跨最不利正彎矩二跨1＃11211264.20.8874第二跨3輛加載車橫橋向?qū)ΨQ布載，第二跨最不利正彎矩跨中4＃686.9743.30.9245第一、二跨4輛加載車橫橋向偏心布載，一號墩墩頂最不利負彎矩一號墩頂斷面1＃-1186.6-1344.90.8826第一跨2輛加載車橫橋向偏心布載，第二跨最不利剪力最大剪力斷面1＃193.82280.850注：1、理論荷載效應（已計入沖擊系數(shù)影響）應為按汽車-超20級、掛車-120級設計標準的各斷面最不利內(nèi)力，橫向布置3列；2、試驗荷載效率η為各工況滿載時的試驗荷載效應與理論荷載效應之比。應變測量的傳感器是電阻應變片，配DH3815靜態(tài)應變測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集箱、微型計算機及支持軟件組成。數(shù)據(jù)采集箱與微型計算機通過RS-232C串行通信進行數(shù)據(jù)傳輸。支持軟件能自動完成預調(diào)平衡，自動采樣、定時采樣以及對初始值、長導線、靈敏系數(shù)修正等功能。每臺計算機可控制16臺數(shù)據(jù)采集箱，每臺數(shù)據(jù)采集箱可測60點，采樣速率為12點／秒。3、結(jié)構(gòu)溫度，采用定點擱置PN結(jié)點溫度計現(xiàn)場標定、測定。2.2.6測試斷面與測點布置本次靜力加載試驗選取的試驗對象為該橋秦皇島方向的北京橋臺側(cè)起第一、二跨，測試斷面及測點布置如下：1、應力測試圖2－7為應變測試斷面及測點布置圖。2、撓度測試圖2－8為撓度測試斷面及測點布置圖。2.2.7試驗加載程序1、為了使結(jié)構(gòu)進入正常的工作狀態(tài)，在進行正式加載試驗前，用兩輛加載車在主跨跨中部位進行2～3次橫橋向?qū)ΨQ的反復預加載，預加載試驗每一加載工況的持荷時間為30分鐘。2、預加載卸至零荷載，并在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷載恢復后，即可進入正式加載試驗。正式加載時為了保證結(jié)構(gòu)安全，防止意外情況的發(fā)生，采取分級加載的方式。正式加載試驗按加載工況序號進行，完成一個序號的加載工況，在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷載恢復后，再進入下一個序號的加載工況。結(jié)構(gòu)零荷載充分恢復的標志為：加載試驗實測的結(jié)構(gòu)最大變位測點在卸載后變位恢復至最后一個10分鐘的增量小于第1個10分鐘增量的15％。2.2.8靜力試驗規(guī)則1、靜力試驗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。試驗過程中在試驗荷載作用下，測量結(jié)構(gòu)響應的同時應相應地測量結(jié)構(gòu)表面溫度，本次荷載試驗為保證測試結(jié)果的準確性，選擇傍晚時分進行；2、靜力試驗荷載持續(xù)時間，根據(jù)結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定所需要的時間而定，只要結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后，才能進入下一個荷載階段。同一級荷載內(nèi)，若結(jié)構(gòu)變位最大的測點在最后5分鐘內(nèi)的變位增量小于第1個5分鐘變位增量的15％，或小于所用量測儀器的最小分辨率，即認為結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定。3、全部測點在正式加載試驗前均應進行零荷載讀數(shù)，以后每次加載或卸載后即讀數(shù)一次，并在結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后，進入下一級荷載之前再讀數(shù)一次。只有對結(jié)構(gòu)變位較大的測點，每隔5分鐘觀測一次，以觀測結(jié)構(gòu)變位是否達到相對穩(wěn)定。2.2.9測試結(jié)果下列各表分別表示出各加載工況下的主要測試斷面的應力及撓度（應力值表中正值表示受拉，負值表示受壓；撓度值表中負值表示向下，正值表示向上），并分別進行了比較。1、各加載工況下的主要測試斷面的應力值及其與理論值的比較（梁號從橋外側(cè)向中心線位置從小往大編號）。在以上各加載工況下，該橋的應力測試校驗系數(shù)最小為0.37，最大為0.73，均小于1.0，表明該橋的結(jié)構(gòu)強度滿足設計要求，且具有一定的安全儲備。第一、二跨跨中加載工況下，荷載的橫向分布與理論分布規(guī)律基本吻合。表明該橋在試驗荷載作用下，橋梁的橫向整體受力狀況良好。表2-4第一跨跨中斷面加載3輛車時第一跨跨中斷面應力值表（單位：MPa）加載工況測點位置1＃梁底2＃梁底3＃梁底4＃梁底5＃梁底6＃梁底7＃梁底8＃梁底測點號1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃8＃偏心加載實測值4.053.662.882.581.580.750.440.03理論值6.005.574.864.073.031.990.970.06校驗系數(shù)0.680.660.590.630.520.380.450.50對稱加載實測值0.941.691.972.852.412.291.400.98理論值2.543.193.613.923.923.613.192.54校驗系數(shù)0.370.530.550.730.610.630.440.39表2-5支點負彎矩偏心加載時1號墩墩頂斷面負彎矩應力值表（單位：MPa）加載工況測點位置1＃墩邊梁濕接頭翼緣上1＃墩邊梁濕接頭翼緣中1＃墩邊梁濕接頭腹板上1＃墩邊梁濕接頭腹板中上1＃墩邊梁濕接頭腹板中1＃墩邊梁濕接頭腹板中下1＃墩邊梁濕接頭腹板下偏心加載測點號14#15#16#17#18#19#20#實測值1.331.040.650.33-0.31-1.02-1.54理論值2.001.871.740.62-0.50-1.62-2.74校驗系數(shù)0.60－－－－－0.56表2-61號墩支點剪力工況偏心加載2輛車時相應斷面應力值表（單位：MPa）項目支點主應力實測值理論值校驗系數(shù)方向51.2°45°0.48數(shù)值0.330.69表2-7第一跨跨中斷面偏心加載3輛車時1＃板腹板跨中斷面應力值表（單位：MPa）加載工況測點位置1＃梁跨中腹板上部1＃梁跨中腹板中上部1＃梁跨中腹板中部1＃梁跨中腹板中下部1＃梁跨中腹板下部偏心加載測點號9＃10＃11＃12＃13＃實測值-0.94-0.500.020.941.34理論值-2.06-0.700.652.003.36校驗系數(shù)0.46－－－0.40通過對上表應力數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，第一跨1＃梁在試驗荷載作用下，中性軸距T梁下緣高度約為1.05m，理論值為1.11m，實測值與理論值比較接近，由此說明理論計算模型受力狀況與上部結(jié)構(gòu)實際受力狀況比較接近，上部結(jié)構(gòu)剛度未發(fā)生較大變化。2、各加載工況下的主要測試斷面的撓度值及其與理論值的比較（梁號從橋外側(cè)向中心線位置從小往大編號）。表2-8第一跨跨中斷面加載3輛車時第一跨跨中斷面撓度值表（單位：mm）加載工況梁號1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃8＃偏心加載實測值-8.42-7.88-6.82-5.64-3.26-1.06-0.42-0.2理論值-11.7-10.41-8.99-7.39-5.66-3.84-2.06-0.4校驗系數(shù)0.720.760.760.760.580.280.200.50對稱加載實測值-1.35-3.24-4.32-5.42-4.86-3.61-3.08-1.99理論值-5.55-6.11-6.66-6.9-6.9-6.65-6.1-5.55校驗系數(shù)0.240.530.650.790.700.540.500.36表2-9第二跨跨中斷面加載3輛車時第二跨跨中斷面撓度值表（單位：mm）加載工況梁號1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃8＃偏心加載實測值-7.42-6.31-5.09-4.02-2.88-1.32-0.42-0.08理論值-9.4-8.39-7.27-5.97-4.55-3.03-1.56-0.19校驗系數(shù)0.790.750.700.670.630.440.270.42對稱加載實測值-1.61-2.45-3.12-4.04-3.99-3.28-1.99-1.51理論值-4.31-4.85-5.39-5.63-5.63-5.38-4.84-4.3校驗系數(shù)0.370.510.580.720.710.610.410.35表2-10第一跨跨中斷面偏心加載3輛車時最不利梁（1＃梁）撓度值表（單位：mm）位置0號臺L/4L/23L/41號墩L/4L/23L/42號墩第一跨跨中3輛車實測值0-3.88-8.42-4.0101.211.770.890理論值0-7.54-11.70-7.6903.523.762.130表2-11第一跨跨中斷面對稱加載3輛車時最不利梁（4＃梁）撓度值表（單位：mm）位置0號臺L/4L/23L/41號墩L/4L/23L/42號墩第一跨跨中3輛車實測值0-2.88-5.42-2.2300.971.340.85.0理論值0-4.32-6.90-4.4301.962.061.170表2-12第二跨跨中斷面偏心加載3輛車時最不利梁（1＃梁）撓度值表（單位：mm）位置0號臺L/4L/23L/41號墩L/4L/23L/42號墩第二跨跨中3輛車實測值00.991.671.310-3.21-8.42-3.080計算值02.063.713.420-5.60-9.40-5.880表2-13第二跨跨中斷面對稱加載3輛車時最不利梁（4＃梁）撓度值表（單位：mm）位置0號墩L/4L/23L/41號墩L/4L/23L/42號墩第二跨跨中3輛車實測值00.561.040.750-1.89-4.04-1.610計算值01.142.041.890-3.22-5.63-3.220表2-14第一跨跨中加載時跨中撓度殘余變形對照表偏心加載對稱加載位置號加載撓度值殘余撓度值相對殘余變位（％）位置號加載撓度值殘余撓度值相對殘余變位（％）1＃-8.42-0.212.491＃-1.35-0.128.892＃-6.92-0.517.372＃-3.24-0.3410.493＃-6.82-0.334.843＃-4.32-0.4811.114＃-5.64-0.295.144＃-5.42-0.712.925＃-3.26-0.288.595＃-4.86-0.295.976＃-1.06-0.1312.266＃-3.61-0.174.717＃-0.42-0.0614.297＃-3.08-0.237.478＃-0.2-0.0315.008＃-1.99-0.199.55表2-15第二跨跨中加載時跨中撓度殘余變形對照表偏心加載對稱加載位置號加載撓度值殘余撓度值相對殘余變位（％）位置號加載撓度值殘余撓度值相對殘余變位（％）1＃-7.42-0.324.311＃-1.61-0.1811.182＃-6.31-0.193.012＃-2.45-0.156.123＃-5.09-0.326.293＃-3.12-0.299.294＃-4.02-0.4310.704＃-4.04-0.5613.865＃-2.88-0.196.605＃-3.99-0.287.026＃-1.32-0.2115.916＃-3.28-0.3811.597＃-0.42-0.0716.677＃-1.99-0.2412.068＃-0.08-0.0112.508＃-1.51-0.1912.58由以上各加載工況的撓度數(shù)據(jù)可以看出，試驗孔跨中在偏心、對稱布載工況下，荷載的橫向分布與理論分布規(guī)律基本吻和，表明該橋在試驗荷載作用下，橫向整體受力狀況良好。同時縱向各點撓度的分布規(guī)律與理論撓度的縱向分布規(guī)律基本吻合，表明該橋在原設計荷載作用下，縱向受力狀況良好。且各工況下?lián)隙鹊男ｒ炏禂?shù)（最大校驗值為0.79）均遠小于1.0，表明橋梁整體受力狀況良好。同時該橋大多數(shù)撓度測點相對殘余變位遠小于20％，表明結(jié)構(gòu)在試驗荷載下，接近彈性工作狀況。從而由以上試驗結(jié)果可以判斷，該橋的結(jié)構(gòu)剛度滿足設計荷載使用要求。

第3章結(jié)論通過本次設計，使我對靜力加載試驗的過程有了一定的認識。基于對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的了解，我認識到本課題研究的重要意義，認識到橋梁荷載試驗的重要性，其對我國國民經(jīng)濟以及我們自身發(fā)展的影響極為重大。因此，掌握好這項知識是非常有必要的。在本次設計中，我感受最深的是過程，做設計首先態(tài)度一定要端正，要認真有耐心，事事親為。有些看似很簡單的東西，做起來并不容易，不要大而話之，細節(jié)問題一定要注意。而且完成以后要反復檢核，不要怕麻煩。經(jīng)過這次設計，我感覺自己學到的不僅僅是專業(yè)知識，同時也大大也提高了我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等綜合能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同