大旺大橋第17跨靜動載試驗報告

張應遷

2017年7月22日 09:46

瀏覽：2313 收藏：1

大旺大橋第17跨靜動載試驗報告

1 工程概況 .......................................................................................................................... 1

2 依據 ............................................................................................................................... 3

3 試驗目的 .......................................................................................................................... 3

3.1 靜載試驗目的 ....................................................................................................... 3

3.2 動載試驗目的 ....................................................................................................... 3

4 儀器設備 .......................................................................................................................... 4

5 靜載試驗 .......................................................................................................................... 4

5.1 試驗跨選擇 ........................................................................................................... 4

5.2 控制截面 ............................................................................................................... 4

5.3 試驗內容 ............................................................................................................... 4

5.4 測點布置 ............................................................................................................... 5

5.5 結構計算分析 ....................................................................................................... 5

5.5.1 分析方法和主要參數 ........................................................................................ 5

5.5.2 控制荷載及加載值 ............................................................................................ 7

5.6 加載實施 ............................................................................................................... 7

5.6.1 加載位置與加載工況 ........................................................................................ 7

5.6.2 加載車的主要技術指標 .................................................................................... 9

5.6.3 加載分級 ............................................................................................................ 9

5.7 試驗時間 ............................................................................................................... 9

5.8 預加載 ................................................................................................................... 9

5.9 加載時間間隔 ....................................................................................................... 9

5.10 數據讀取 ............................................................................................................. 10

5.11 測試數據實時分析和加載控制 ......................................................................... 10

5.12 試驗資料整理 ..................................................................................................... 11

5.12.1 試驗資料修正 .................................................................................................. 11

5.12.2 實測撓度與應變計算 ...................................................................................... 11

5.12.3 實測應力計算 ................................................................................................... 12

5.12.4 橫向分布系數計算 ........................................................................................... 12

5.12.5 主要測點的校驗系數及相對殘余撓度計算 ................................................... 12

5.13 試驗結果 ............................................................................................................. 13

5.13.1 試驗效率 ........................................................................................................... 13

5.13.2 撓度分析 ........................................................................................................... 13

5.13.3 應變分析 ........................................................................................................... 16

5.14 抗裂性分析 ......................................................................................................... 21

6 動載試驗 ......................................................................................................................... 21

6.1 動載試驗內容 ..................................................................................................... 21

6.2 有限元理論計算 ................................................................................................. 22

6.3 激振方法 ............................................................................................................. 22

6.3.1 脈動試驗 ........................................................................................................... 22

6.3.2 跑車試驗 ........................................................................................................... 22

6.3.3 跳車試驗 ........................................................................................................... 22

6.3.4 剎車試驗 ........................................................................................................... 23

6.4 試驗車輛的主要技術指標 ................................................................................. 23

6.5 動載試驗數據處理 ............................................................................................. 23

6.6 動載試驗結果分析 ............................................................................................. 24

6.6.1 基頻測定 ........................................................................................................... 24

6.6.2 阻尼比測定 ....................................................................................................... 27

6.6.3 沖擊系數測定 ................................................................................................... 27

7 試驗結果分析評定 ......................................................................................................... 30

7.1 試驗效率 ............................................................................................................. 30

7.2 結構工作狀態 ..................................................................................................... 30

7.2.1 承載能力 ........................................................................................................... 30

7.2.2 實測值與理論值的關系曲線 ........................................................................... 31

7.2.3 相對殘余 ........................................................................................................... 31

7.2.4 整體橫向剛度 ................................................................................................... 31

7.3 抗裂性分析 ......................................................................................................... 31

7.4 剛度 ..................................................................................................................... 32

7.5 基頻 ..................................................................................................................... 32

7.6 阻尼比 ................................................................................................................. 32

7.7 沖擊系數 ............................................................................................................. 32

8 結論 .............................................................................................................................. 32

廣東省肇慶市大旺綜合經濟開發區大旺大橋第17 跨剛架拱橋靜動載試驗報告

1 工程概況

大旺大橋位于廣東省肇慶市大旺綜合經濟開發區與新隆塞交界地段，跨越綏江水道，是G321 線上連接大旺綜合經濟開發區和廣州市、肇慶市的重要橋梁。該橋1997 年建成通車，橋梁總長820.44m。

該橋上部結構跨徑布置為3×20.00 m +4×32.18 m +5×32.18 m +5×32.18 m+116.20 m +4×32.18 m +3×20.00 m。主橋為凈跨徑l0=108.00 m，凈矢跨比f0/l0=1/3，拱軸系數m0=1.167 的鋼筋混凝土懸鏈線等截面中承式吊桿拱橋；引橋

為凈跨徑30.00m 的剛架拱和跨徑20.00 m 的鋼筋混凝土連續箱梁。

橋面全寬20.00m，橫向布置為：0.25 m（欄桿）+1.75 m（人行道）+0.50 m（防撞護欄）+15.00 m（行車道）+0.50 m（防撞護欄）+1.75 m（人行道）+0.25 m（欄桿）。

該橋下部結構3#、7#、12#、22#制動墩采用空心薄壁墩，主跨17#、18#墩為重力式墩，其余均為柔性排架墩，0#、25#臺為座板式橋臺。全橋基礎均采用鉆孔灌注樁基礎。

全橋設8道伸縮縫，以提高行車舒適性。伸縮縫采用最新SSF 系列。全橋拱式結構全部采用矩形板式橡膠支座；連續梁橋采用圓板式橡膠支座。水泥混凝土橋面鋪裝。

主要材料

混凝土：108.00 m 跨主拱拱肋采用C40#混凝土；30.00 m 剛架拱、連續箱梁、主跨橋面系及墩、臺拱座采用C30#混凝土；橋臺、全部墩身、鉆孔樁基礎采用C25#混凝土；承臺采用C20#混凝土。

預應力鋼絲：主拱吊桿采用符合GB5223-85 標準的預應力混凝土用鋼絲，單根直徑7 mm 每束73 根，破斷荷載4410 kN。

普通鋼筋：直徑大于或等于12 mm，一律采用II 級熱軋螺筋；直徑小于12 mm，一律采用I 級熱軋光圓鋼筋。

設計荷載：汽-20 級、掛車-100 級，人群荷載3.50 kN/m2。

大旺大橋全景照見照片 1-1。

照片 1-1 大旺大橋全景照

大旺大橋已投入運營10 年，由于施工等原因，大橋主橋和引橋已出現不同程度的病害。2002 年7 月廣東省公路工程質量監測站對大橋進行了檢測，發現大橋主橋和引橋均存在不同程度的缺陷。2003 年6 年廣東省長大公路工程有限公司設

計開發分公司對大橋進行了檢測，并對大橋的主拱截面出現的蜂窩、麻面、空洞等病害用干軋混凝土進行修補處理，對吊桿上下錨頭灌注發泡材料進行防腐防護處理，并更換第7 孔引橋剛架拱開裂的上弦桿和破損的微彎板。2004 年6 月北京

公科固橋技術有限公司（交通部公路科學研究院）對大橋進行了補充質量檢測，并對大橋承載能力進行評價，評定表明：主橋在考慮溫度影響力和基礎變位作用時，拱腳承載能力不能滿足規范要求；剛架拱橋按單拱模型檢算，在實際溫差作

用工況下各關鍵截面強度均滿足規范要求，按多跨聯拱模型檢算，最不利荷載組合條件下，跨中截面、內弦桿（大節點處）截面與斜腿端截面強度不能滿足要求。2005 年6 月長大公路工程有限公司設計開發公司按照《肇慶市大旺大橋維修加固工程施工圖設計》（北京公科固橋技術有限公司（交通部公路科學研究院），二零零四年十二月）文件要求完成了除主橋外的大部分加固施工工作。2008 年4 月按照《肇慶市大旺大橋維修加固工程主橋加固施工圖設計變更圖》（北京公科固橋技術有限公司（交通部公路科學研究院），二零零七年四月）文件要求已完成主拱肋的外貼鋼板等加固施工。為檢驗加固質量、綜合分析判斷大旺大橋的承載能力和廣東省肇慶市大旺綜合經濟開發區大旺大橋第17 跨剛架拱橋靜動載試驗報告依據使用條件，盡快解除交通限制，業主單位委托我公司對大旺大橋第17 跨剛架拱橋，第18 跨中承式吊桿拱橋，第19 跨剛架拱橋進行靜動載試驗。

本報告為大旺大橋第17 跨剛架拱橋靜動載試驗報告。該跨采用弦桿和節點粘貼鋼板，加大實腹段和拱腿截面，拱頂新增一道橫系梁加固。

2 依據

(1) 《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004)

(2) 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004)

(3) 《公路橋涵設計通用規范》（JTG 021-89）

(4) 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ 023-85）

(5) 《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（送審稿），以下簡稱《評定規程》

(6) 《公路舊橋承載能力鑒定方法》（試行，1998），以下簡稱《鑒定方法》

(7) 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》（交通部公路科學研究所，1982），以下簡稱《試驗方法》

(8) 《廣東省肇慶市大旺大橋綜合經濟開發區大旺大橋二階段施工圖設計》，廣東省公路勘察規劃設計院，一九九四年六月

(9) 《大旺大橋質量檢測與評價報告》，北京公科固橋技術有限公司（交通部公路科學研究院），二零零四年九月

(10) 《肇慶市大旺大橋維修加固工程施工圖設計》，北京公科固橋技術有限公司（交通部公路科學研究院），二零零四年十二月

(11) 《肇慶市大旺大橋維修加固工程補充施工圖設計》，北京公科固橋技術有限公司（交通部公路科學研究院），二零零六年二月

(12) 《肇慶市大旺大橋維修加固工程主橋加固施工圖設計變更圖》，北京公科固橋技術有限公司（交通部公路科學研究院），二零零七年四月

3 試驗目的

3.1 靜載試驗目的

了解結構或構件在靜力試驗荷載作用下的工作狀態，綜合分析判斷橋梁結構的承載能力和使用條件。

3.2 動載試驗目的

了解結構在動力試驗荷載作用下的工作狀態，綜合分析判斷橋梁結構的動力性能。

4 儀器設備

5 靜載試驗

5.1 試驗跨選擇

根據業主要求本次試驗選擇第17 跨橋跨結構作為試驗跨。

5.2 控制截面

參考《評定規程》要求，本次試驗控制截面選為A 截面（第17 跨拱頂截面）、B 截面（第17 跨主拱腳附近截面），控制截面的縱橋向布置見圖 5-1。

5.3 試驗內容

按控制截面劃分的試驗內容見表 5-1。

5.4 測點布置

各截面測點布置見圖 5-2。

注：（1）“■”表示應變測點，“中”表示撓度測點；

（2）各應變測點處均布置1 個以上的校驗測點，本圖中未示出校驗測點；

（3）測點編號、梁編號中，第1 位表示測試截面號，第2 位表示測點號。

圖 5-2 應變及撓度測點布置圖（單位：m）

5.5 結構計算分析

5.5.1 分析方法和主要參數

試驗前采用橋梁結構有限元分析軟件Midas/Civil 2006 版對結構進行空間分析，效應分項系數均取1.40，材料特性、邊界條件設置、活載布置等均依據第2節“依據”所列文件或試驗實際布置進行設置，詳見表 5-2。

結構計算模型如圖 5-3 所示，全橋模型由1976 個梁單元組成，模型簡化考慮

以下幾個因素：

(1) 考慮橋面層（微彎板和橋面現澆層，但不包括磨耗層）參與結構承載，橋面層和拱肋組合截面采用T 型梁模擬。

(2) 考慮樁柱式橋墩的連拱效應，不考慮重力式橋墩和制動墩的連拱作用。

(3) 主拱腿與橋墩、臺按固結處理，次拱腿與墩臺連接按鉸接處理；弦桿與墩臺連接按限制豎向位移的單向鏈桿連接；橋墩與地面按固接處理。

(4) 考慮連拱效應的各橋墩與主拱腿、次拱腿，弦桿端部的連接，建立主從約束模擬各連接部位的關系。

圖 5-3 剛架拱第17 跨計算模型圖

5.5.2 控制荷載及加載值

《評定規程》規定，靜載試驗以與設計荷載等級相應的活載效應控制值作為試驗控制荷載，計算其對控制截面產生的最不利荷載效應。

擬定靜載試驗各測試項目的荷載大小和加載位置時，采用靜載試驗效率ηq 進行控制。為保證試驗效果，ηq 應介于0.85 ~ 1.05 之間，ηq 按下式計算：

ηq = Ss/ ( S * ( 1 +μ) )

Ss— 靜力試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載控制截面內力或變位的最大計算效應值；

S — 控制荷載作用下控制截面最不利計算內力值（不計沖擊）；

μ — 按規范取用的沖擊系數；

本次試驗中A、B 截面以設計活載作用下最大彎矩值作為控制值，A、B 截面分別采用6 輛單車重為300 kN 的三軸載重貨車加載，按擬定車重計算的靜載試驗效率見表 5-3：

5.6 加載實施

5.6.1 加載位置與加載工況

在滿足試驗效率的前提下，按下列原則對加載位置與加載工況進行合并簡化：

(1) 盡可能用最少的加載車輛達到最大的荷載試驗效率；

(2) 在滿足試驗荷載效率以及能夠達到試驗目的前提下對加載工況進行合并，

以縮短現場試驗時間，簡化加載工況；

本次試驗經合并簡化后的加載工況如下：

1) 第17 跨拱頂截面偏心加載工況：檢驗橋梁第17 跨拱頂截面（A 截面）抵抗最大正彎矩和軸向壓力以及主梁豎向剛度的對稱加載試驗；

注：

第Ⅰ級： ①+②；

第Ⅱ級： ①+②+③；

第Ⅲ級： ①+②+③+④;

第Ⅳ級： ①+②+③+④+⑤；

第Ⅴ級： ①+②+③+④+⑤+⑥；

（2）W 為橋面寬（以下同）。

圖 5-4 A 截面加載位置（單位：m）

2) 第17 跨拱腳附近截面偏心加載工況：檢驗橋梁第17 跨拱腳附近截面（B 截面）抵抗最大負彎矩和軸壓能力的對稱加載試驗；

注：

第Ⅰ級： ①+②；

第Ⅱ級： ①+②+③+④;

第Ⅲ級： ①+②+③+④+⑤；

第Ⅳ級： ①+②+③+④+⑤+⑥；

圖 5-5 B 截面加載位置（單位：m）

5.6.2 加載車的主要技術指標

試驗前對加載車軸距、軸重、總重量等實際技術參數進行核對記錄，詳見表5-4。

6.2 有限元理論計算

采用有限元軟件Midas/Civil 2006 版對結構進行空間分析，計算結構的理論基頻為2.19 Hz，計算結構的一階振型見圖 6-1。

由表 6-3 可得，實測沖擊系數小于規范《公路橋涵設計通用規范》（JTG 021-89）表2.3.2-1 計算值（理論計算沖擊系數（1+μ）為1.16），說明該橋在正常工作狀態下動力性能良好。

7 試驗結果分析評定

7.1 試驗效率

本次試驗中，實際靜載試驗效率ηq 基本滿足要求，說明本次靜載試驗基本能夠反映結構的控制截面在設計荷載（汽車-20）作用下的工作性能。

7.2 結構工作狀態

在試驗效率基本滿足要求的前提下，通過對撓度、應變、裂縫觀測結果等數據、曲線的綜合分析可評定所測試結構的工作狀態。

7.2.1 承載能力

通過將滿載時控制截面中測值較大測點的應變、撓度校驗系數ζ與《評定規程》中給出的校驗系數進行對比，可判斷結構抗力能否滿足荷載效應的要求，并可對結構的承載能力及安全儲備作出說明。

《評定規程》中要求一般撓度和應變（應力）校驗系數ζ值不大于1.00。滿載時A 截面測值較大的撓度測點校驗系數在0.85~0.94 范圍內，小于1.00，且均在常值范圍內。A、B 截面測值較大的應變測點校驗系數在0.91~2.96 范圍內，大多數點校驗值大于或等于1.00，主要原因為主拱拱頂截面拱肋下緣測點為跨裂縫布置。導致拱肋下緣測點校驗系數偏大，但從第5.14 節“抗裂性分析”分析可知，大部分應變測點跨裂縫布置，導致部分實際應變大于理論計算值，因此，校驗系數也相應偏大。

綜合以上分析，試驗截面的承載能力能夠滿足設計荷載（汽車-20）要求。

7.2.2 實測值與理論值的關系曲線

理論計算一般系按線彈性計算，如果測點實測撓度或應變與理論計算值成正比，其關系曲線接近直線，說明結構處于良好的彈性工作狀況。實測值與理論值的關系曲線也能反應某些局部現象，如接頭、節點的工作情況、開裂狀況等。

A 截面測值較大的撓度測點計算撓度與實測撓度的線性關系良好。

A、B 截面測值較大的應變測點計算應變與實測應變的線性關系良好。

7.2.3 相對殘余

主要控制測點的相對殘余撓度或應變越小，說明結構越接近彈性工作狀況。

《評定規程》規定，主要控制測點的相對殘余應變和相對殘余撓度不大于0.20。

卸載后 A 截面測值較大的撓度測點相對殘余應變在0.02~0.03 之間，滿足《評定規程》要求；A、B 截面測值較大的應變測點相對殘余應變在0.00~0.12 之間，均小于0.20，滿足《評定規程》要求。

7.2.4 整體橫向剛度

滿載時的荷載橫向分布系數m 的最大值反映了橋梁結構荷載橫向不均勻分布的程度及結構橫向聯結的工作狀況，m 的最大值越小說明荷載橫向分布越均勻，結構橫向聯接越可靠；m 最大值越大說明荷載橫向分布越不均勻，結構橫向聯接越薄弱，結構受力越不利。

實測A 截面撓度橫向分布曲線與計算值曲線形態接近，峰值小于計算值曲線峰值。說明橋梁的橫向分布優于計算值。