長興港大橋荷載試驗報告

1、.目 錄1、試驗橋概況11.1工程概況12、橋梁檢查及試驗目的23、檢測依據(jù)及準則24、檢測內容及方法34.1、調查橋梁結構的現(xiàn)有狀況34.2、結構靜載試驗34.3、結構動載試驗45、長興港大橋外觀檢查結果46、橋面線形測量分析結果57、靜載試驗及分析67.1、試驗荷載的確定原則67.2、試驗荷載與分級加載實施77.3、測試截面與試驗工況77.4、測試儀器及測量方法107.5、靜載試驗應變測試結果分析117.6、靜載試驗撓度測試結果分析148、動載試驗及脈動試驗分析158.1、主橋脈動試驗分析159、結論19附件：20.;一、試驗橋概況1.1工程概況長興港大橋是104國道長興段過境工程的一部分

2、，樁號為K0+725.13K1+150.87，全橋總長為425.74米。本次試驗橋梁為主橋系桿拱橋，橋梁全長為52米，全寬為2（12+3.35）米。設計荷載為汽車-20，掛車-100，人群荷載3.5KN/m2。主橋為預應力混凝土系桿拱結構，采用剛性系桿剛性拱，計算跨徑L=50.4m，拱軸線為二次拋物線，矢跨比1/4.5，矢高11.2米。拱肋采用等截面，拱肋高1.3米，寬0.8米。系桿采用矩形斷面，系桿高1.7米，寬0.9米；每片拱架設間距4.2m的吊桿11根，吊桿采用GJ-15-25鋼絞線。橫梁高度為1.0181.547m，橋面2%橫坡通過橫梁高度變化調整。風撐采用兩段加掖的矩形截面，跨中斷面

3、為5070cm。拱肋、風撐為鋼筋混凝土結構，系桿，吊桿和橫梁均為預應力結構。鋪裝層采用13cm防水混凝土。支座采用GPZ5000系列。主橋立面圖如圖1-1所示，主橋橫斷面圖如圖1-2 圖1-1 主橋立面布置圖（單位：m）長安大學、杭州市正通交通工程試驗檢測有限公司受建設單位委托，承擔了長興港大橋的荷載試驗任務。根據(jù)公路橋涵設計通用規(guī)范、大跨徑混凝土橋梁的試驗方法等的規(guī)定及該橋設計文件，結合橋梁特點及現(xiàn)場實際情況，擬定了荷載試驗方案并對荷載試驗方案進行了論證及修改。在相關單位的大力支持配合下，于2013年1月14日至16日順利完成了該橋的外觀檢查及靜、動載試驗的外業(yè)工作。二、橋梁檢查及試驗目的本

4、次試驗的目的是通過對主橋梁結構進行外觀檢查及靜、動荷載試驗，檢驗橋梁結構在試驗荷載作用下的實際受力狀況是否滿足設計及規(guī)范要求，并通過現(xiàn)場加載試驗以及對試驗觀測數(shù)據(jù)和試驗對象的綜合分析，對橋梁結構作出總體評價，為工程驗收提供技術依據(jù)，并為今后同類橋梁設計提供經(jīng)驗和積累資料。具體要求達到以下目的：1、通過橋梁外觀質量、病害調查檢評長興港特大橋的綜合外觀質量；2、通過測定橋跨結構在試驗荷載作用下的控制截面應力和撓度，并與理論計算值比較，以檢驗結構控制截面應力與撓度值是否與設計要求相符，主要試驗測試指標能否符合有關規(guī)范、規(guī)定的要求。3、通過測定橋跨結構的自振特性以及在試驗荷載作用下的動力響應，以評定實

5、際結構的動力性能。4、通過荷載試驗以及對試驗數(shù)據(jù)和試驗現(xiàn)象的綜合分析，對實際結構作出總體評價，為交工驗收提供技術依據(jù)。5、通過本次荷載試驗和檢查，建立橋梁初始狀況檔案（包括缺損及線形等），為今后的檢測、檢查提供對比原始資料。三、檢測依據(jù)及準則1 中華人民共和國行業(yè)標準公路工程技術標準JTG B01-20032 中華人民共和國行業(yè)標準公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范JTG H11-20043 中華人民共和國行業(yè)標準公路工程質量檢驗評定標準JTG F80/1-20044 中華人民共和國交通部部標準公路橋涵設計通用規(guī)范JTJ D60-20045 中華人民共和國交通運輸部標準公路橋梁技術狀況評定標準JTG/T H21

6、-20116 中華人民共和國交通部部標準公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范JTJ D62-20047 大跨徑混凝土橋梁的試驗方法19828 關于規(guī)范橋梁荷載及試樁試驗行為的通知 浙江省交通廳質量監(jiān)督站 （浙交監(jiān)1999231號）四、檢測內容及方法4.1、調查橋梁結構的現(xiàn)有狀況在試驗前對橋梁結構的現(xiàn)有狀況進行調查，可全面地了解結構初始狀態(tài)，以便于編制切實可行的試驗方案，同時達到合理評價試驗測試結果、正確解釋試驗現(xiàn)象的目的。主要內容包括：（一）線形測量，主要是主橋標高測量；（二）結構各部件幾何尺寸和主要構件的細部尺寸；（三）結構表面損缺情況以及構件變形情況。檢測評定的范圍包括可及主要部位的橋

7、面系、橋跨結構和下部結構。（1）橋面系主橋橋面系包括橋面鋪裝、橋頭搭板、伸縮裝置、排水系統(tǒng)、護欄等。主要從以下幾個方面進行檢查：1）橋面鋪裝平整度情況；2）護欄有無歪斜及構件混凝土有無開裂；3）橋面排水設施有無堵塞和漏水；4）伸縮縫是否錯位、不平整等。（2）上部結構1) 混凝土有無裂縫、滲水、表面風化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕，有無活性骨料硅堿反應引起的整體龜裂現(xiàn)象。2) 預應力鋼束錨固區(qū)段混凝土有無開裂，沿預應力筋的混凝土表面有無縱向裂縫。3）吊桿是否裸露，鋼絞線有無銹蝕情況。（3）下部結構下部結構包括：支座、蓋梁、墩身等。4.2、結構靜載試驗本橋靜載試驗選擇主橋進行。主要測試內容如下所示：1、

8、拱肋、系桿彎矩，拱腳軸力，吊桿索力。 在拱肋及系桿的跨中、四分點及拱腳粘貼應變計，測試試驗荷載作用下應變。由靜態(tài)應變測試儀武漢HY采集信息，通過電腦自動記錄。2、系桿豎向撓度系桿撓度均采用精密水準儀進行測量。3、偏載效應及其增大系數(shù)。主橋主要荷載試驗工況分別測試中載工況及偏載工況，進而分析出偏載效應，通過與理論計算值的比較，確定偏載增大系數(shù)。4.3、結構動載試驗脈動試驗是在橋面無任何交通荷載以及橋梁附近無規(guī)則振源的情況下，測定橋跨結構由于橋址處風荷載、地脈動、水流等隨機荷載激振而引起的橋跨結構的微幅振動響應。脈動試驗測試內容包括主橋的振型、臨界阻尼比和固有模態(tài)頻率。五、長興港大橋外觀檢查結果為

9、對試驗結構現(xiàn)狀有充分的了解，檢測單位于2013年1月14日至15日（荷載試驗準備階段），參照公路橋梁技術狀況評定標準JTG/T H21-2011和省公路管理局浙公路2005115號文件的有關要求，對長興港大橋進行了外觀質量檢查，病害主要表現(xiàn)為護欄破損（已修補），橋面鋪裝縱向裂縫，L=7m，D=01mm（已修復）。橋梁總體狀況良好。圖5.1護欄破損圖5.2鋪裝縱向裂縫根據(jù)現(xiàn)場的檢測條件和外觀情況，運用ZC3-A數(shù)顯混凝土回彈儀對拱肋等構件進行了抗壓強度檢測，測區(qū)的分布根據(jù)回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程的要求來確定。測試結果見下表：編號混凝土抗壓強度（MPa）推定強度勻質系數(shù)平均強度勻質系數(shù)評定

10、標度值構件強度狀態(tài)設計值實測實測實測平均值最小值推定值15057.0 53.0 53.4 1.07 1.14 1良好25054.3 48.0 52.5 1.05 1.09 1良好35052.2 45.0 51.7 1.03 1.04 1良好45049.2 43.0 51.1 1.02 0.98 1良好55048.7 47.0 50.9 1.02 0.97 1良好65048.2 44.0 50.4 1.01 0.96 1良好75054.2 48.0 52.1 1.04 1.08 1良好85054.7 47.0 52.9 1.06 1.09 1良好95056.9 54.0 43.2 0.86 1.

11、14 1良好105055.0 47.0 53.1 1.06 1.10 1良好從上述抽檢的混凝土構件檢測結果可以看出，抽檢拱肋的強度標定值均為1，說明該構件處于良好的狀態(tài)。六、橋面線形測量分析結果長興港大橋主橋橋面線形測量采用精密水準儀進行，進而分析出橋面鋪裝的縱向線形。橋面線形測量測點布置如下圖6.1所示：圖6.1 橋面線性測量測點布置圖橋面線形測量結果如下表6.1所示：表6.1 橋面線形測量結果分析表測點位置編號理論值實測值東側橋面相對高程（mm）西側橋面相對高程（mm）10025457.58373.6863.49473.9663.86573.262.88650.9149.5771.59-1

12、.28圖6.2 橋梁縱斷面線形圖由表6.1及圖6.2可以看出，東側橋面跨中三點標高略高于西側。大橋加固后橋面沒有突變點，豎曲線較平順，橋面縱向線形較好。七、靜載試驗及分析7.1、試驗荷載的確定原則靜力試驗荷載采用載重汽車進行等效加載。就某一檢驗項目而言，根據(jù)大跨徑混凝土橋梁的試驗方法中的規(guī)定，橋梁荷載試驗一般采用基本荷載，其中靜力試驗荷載的效率系數(shù)取值范圍為1.050.8；根據(jù)浙江省交通廳質量監(jiān)督站關于規(guī)范橋梁荷載及試樁試驗行為的通知的有關規(guī)定，靜力試驗荷載的效率系數(shù)取值范圍為1.050.9。在實際加載過程中，為了減少試驗時間及簡化工況的目的，在保證主要檢驗項目荷載系數(shù)滿足要求的前提下，可適當

13、減小某些項目的荷載效率系數(shù)。但荷載效率系數(shù)的增大必須保證結構的安全。為了準確進行荷載試驗，試驗前進行了理論計算。本橋采用MIDAS 2010程序進行了結構靜力計算、活載效應計算及相應的加載效率的計算。MIDAS 2010程序結構計算簡圖見圖7.1：圖7.1 長興港大橋計算模型通過靜載試驗，測定橋梁結構的靜應變、靜撓度，以便確定橋梁的真實受力狀態(tài)、使用性能。以此檢驗結構的實際工作性能、安全度，并對橋梁的實際承載力和實際剛度作出可靠評價。7.2、試驗荷載與分級加載實施試驗時采用雙后軸自卸車，各車車重如下所示就某一加載工況而言，其所需加載車輛和加載位置，是根據(jù)設計荷載產生控制截面內力和變形的最不利效

14、應換算而得。加載位置和加載車數(shù)量根據(jù)以下原則確定：1、用盡可能少的加載車輛達到最合適的試驗荷載效率；2、在滿足荷載效率及達到試驗目的的情況下，盡量簡化加載工況；3、前后加載工況應互相兼顧，加載車輛合理調配。7.3、測試截面與試驗工況1、測試截面的測點布置主橋各工況的加載車詳細位置見圖7.27.5。與靜載試驗內容對應，縱橋向按最不利位置布載；相應的橫橋向有兩種工況（中載、偏載），偏載主要是為了尋求橫向分布的最不利狀態(tài)，靜載試驗設7個工況：1）工況：中載作用下拱肋S2截面最大正彎矩；中載作用下系桿S1截面最大正彎矩和撓度；中載作用下吊桿S8截面最大索力，共需6輛加載車；2）工況：偏載作用下拱肋S2

15、截面最大正彎矩；偏載作用下系桿S1截面最大正彎矩和撓度；偏載作用下吊桿S8截面最大索力；共需6輛加載車3）工況：中載作用下拱肋S4截面最大正彎矩；中載作用下S3截面最大正彎矩和撓度；中載作用下S7截面索力，共需6輛加載車；4）工況：偏載作用下拱肋S4截面最大正彎矩；偏載作用下S3截面最大正彎矩和撓度；偏載作用下S7截面索力，共需6輛加載車；5）工況：中載作用下拱肋S4截面最不利負彎矩；中載作用下系桿S3截面最大負彎矩和撓度；中載作用下S7截面索力，共需6輛加載車6）工況：偏載作用下拱肋S4截面最不利負彎矩；偏載作用下S3截面最大負彎矩和撓度；偏載作用下S7截面索力，共需6輛加載車。7）工況：中

16、載作用下拱腳S5截面最大軸力；吊桿S6最大索力；共需8輛加載車。具體工況為： 工況測試項目詳細說明表 表7.1工況觀測項目儀器車數(shù)、1、拱肋S2、系桿S1截面最大正彎距(應力)應變計62、系桿S1截面最大撓曲變形（撓度）精密水準儀3、吊桿S8截面最大索力索力儀、1、拱肋S4、系桿S3截面最大正彎距(應力)應變計62、系桿S3截面最大撓曲變形（撓度）精密水準儀3、吊桿S7截面最大索力索力儀、1、拱肋S4、系桿S3截面最大負彎距(應力)應變計62、吊桿S7截面最大索力索力儀1、拱腳S5截面最大軸力應變計82、吊桿S6截面最大索力索力儀圖7.2 工況一、二試驗荷載布置圖圖7.3 工況三、四試驗荷載布

17、置圖圖7.4 工況五、六試驗荷載布置圖圖7.5 工況七試驗荷載布置圖7.4、測試儀器及測量方法1、試驗儀器截面應變采用大理石膠粘貼應變計，數(shù)據(jù)采集記錄使用靜態(tài)應變測量儀武漢HY；系桿撓度采用水準儀定點定站測試。 2、量測方法首先依測點位置實施打磨找平，之后粘貼應變計,將其用傳輸線連接到無線信號發(fā)射器；將無線信號接收器連接至電腦，調試設備，進行正式加載試驗。接線聯(lián)機后，進行調試工作，檢查各個設備、測試組件是否處于良好的可靠狀態(tài)。試驗中為盡可能減少混凝土流變特性的影響，采用加載到位后，關閉汽車發(fā)動機，持續(xù)5分鐘以上，待混凝土材料完全穩(wěn)定之后再進行記錄；卸載后10分鐘以上，再進行一次重復加載，以便使

18、結構恢復彈性變形，消除塑性殘余變形。每一個加載工況均重復兩次，以使每一工況獲取可靠試驗資料。7.5、靜載試驗應變測試結果分析1、試驗荷載作用下控制截面應變對比分析本次試驗的應變測試通過在測試斷面粘貼應變計，測得混凝土表面應變?？紤]荷載橫向分布系數(shù)并按平面假定推算出截面上最大應變值并與計算值比較。應變測點編號如所示長興港大橋各工況控制截面測點應變實測值與理論值比較，見下表。表 7.2 工況一測點應變及校驗系數(shù)表 單位：工況（滿載）測試截面測點編號試驗值理論值校驗系數(shù)/工況1S1、S21-24.2-540.452-17.3-780.223-78-4-54-5-28.7-720.406-21.4-2

19、90.747-14-8-17-720.249-29-10-14-校驗系數(shù)平均值0.41表 7.3 工況二測點應變及校驗系數(shù)表 單位：工況（滿載）測試截面測點編號試驗值理論值校驗系數(shù)/工況2S1、S21-31.5-740.432-26.6-1050.253-37.3-970.384-22.4-830.275-50-6-9-7-68-8-51.4-471.099-19-10-9-校驗系數(shù)平均值0.49表 7.4 工況三測點應變及校驗系數(shù)表 單位：工況（滿載）測試截面測點編號試驗值理論值校驗系數(shù)/工況3S3、S411-52.4-1250.4212-40.5-870.4713-34.8-1250.28

20、14-23.3-870.2715-55.4-1010.5516-20.9-270.771721.3480.4418-46.2-1010.4619-23.2-270.862011.8480.25校驗系數(shù)平均值0.49表 7.5 工況四測點應變及校驗系數(shù)表 單位：工況（滿載）測試截面測點編號試驗值理論值校驗系數(shù)/工況4S3、S411-163-12-30.4-1170.2613-42.9-850.5014-30.3-600.5115-41.7-1310.3216-13.1-360.3617-60-18-56-700.8019-17-2014.4360.40校驗系數(shù)平均值0.45表 7.6 工況五應變

21、測點應變及校驗系數(shù)表 單位：工況（滿載）測試截面測點編號試驗值理論值校驗系數(shù)/工況5S3、S41130.7900.341237.5710.531327.9920.301421.8730.301510.4270.3916-16.9-300.5617-55.4-870.6418-28-19-19-300.6320-47.5-880.54校驗系數(shù)平均值0.47表 7.7 工況六應變測點應變及校驗系數(shù)表 單位：工況（滿載）測試截面測點編號試驗值理論值校驗系數(shù)/工況6S3、S41126.41150.231224.8910.271335.4321.1114-14-15-66-16-4-17-39.7-57

22、0.70187.8220.3519-19-20-64.1-611.05校驗系數(shù)平均值0.62表 7.8 工況七應變測點應變及校驗系數(shù)表 單位：工況（滿載）測試截面測點編號試驗值理論值校驗系數(shù)/工況7S521-51.5-600.8622-18.3-280.6523-5-24-38.1-600.6425-15.9-280.5726-5-校驗系數(shù)平均值0.68由表7.27.8中數(shù)據(jù)可見，橋梁工況一五控制截面各測點應變校驗系數(shù)除極個別測點稍大外，絕大部分測點實測應變均小于相應的理論計算值；絕大部分測點應變校驗系數(shù)及各工況應變校驗系數(shù)均值滿足校驗系數(shù)規(guī)定的范圍（小于1.05），這表明結構的實際承載力能滿

23、足設計荷載使用要求，且有一定的安全儲備；試驗結構實測殘余應變絕大部分均不大于20%，表明主橋結構在試驗荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)。7.6、靜載試驗撓度測試結果分析長興港大橋控制截面測點撓度實測值與理論值比較，見表7.9。表7.9 控制截面測點撓度及校驗系數(shù)表工況撓度測點試驗實測值(mm)理論計算值(mm)撓度校驗系數(shù)/工況1橋面西側-6.8-10.360.66橋面東側-6.4-10.360.62校驗系數(shù)平均值0.64工況2橋面西側-2.9-5.80.50橋面東側-10.1-11.90.85校驗系數(shù)平均值0.67工況3橋面西側-7.8-13.480.58橋面東側-10.2-13.480.76校驗

24、系數(shù)平均值0.62工況4橋面西側-6.5-8.20.79橋面東側-13.7-15.30.90校驗系數(shù)平均值0.85由表7.9中數(shù)據(jù)可見，橋梁各撓度測點在各工況的實測撓度均小于相應的理論計算值，各工況在滿載情況下的測點撓度校驗系數(shù)均小于1.0；各測點撓度校驗系數(shù)及各工況撓度校驗系數(shù)均值滿足大跨徑混凝土橋梁的試驗方法關于撓度校驗系數(shù)的規(guī)定；主橋結構的實際剛度能滿足設計荷載使用要求，且有一定的安全儲備；試驗結構實測殘余撓度均不大于20%，表明結構在試驗荷載作用下尚處于彈性工作狀態(tài)。7.7、靜載試驗吊桿索力測試結果分析長興港大橋控制截面吊桿索力實測值與理論值比較，見表7.10。表7.10 控制截面測點

25、撓度及校驗系數(shù)表工況吊桿試驗實測值(KN)理論計算值(KN)撓度校驗系數(shù)/工況1橋面西側131.5179.50.73橋面東側165.1179.50.92校驗系數(shù)平均值0.83工況2橋面西側81.499.70.82橋面東側176.2206.10.85校驗系數(shù)平均值0.84工況3橋面西側93.721540.61橋面東側113.041540.73校驗系數(shù)平均值0.67工況4橋面西側67.585.60.79橋面東側140.8177.10.80校驗系數(shù)平均值0.79工況7橋面西側-162.3-橋面東側130.6162.30.80校驗系數(shù)平均值0.8由表7.10中數(shù)據(jù)可見，橋梁工況一工況四及工況七控制截面

26、各吊桿校驗系數(shù)除極個別測點稍大外，絕大部分測點實測索力均小于相應的理論計算值；絕大部分測點索力校驗系數(shù)及各工況索力校驗系數(shù)均值滿足校驗系數(shù)規(guī)定的范圍（小于1.05），這表明結構的實際承載力能滿足設計荷載使用要求，且有一定的安全儲備。八、動載試驗及脈動試驗分析8.1、主橋脈動試驗分析長興港大橋全橋共設置5個模態(tài)測試點，測點布置參見圖8.1，測試結果如下所示。圖8.1 模態(tài)測點位置圖8.1.1自振頻率測試結果長興港特大橋主橋實測時域曲線、頻域曲線如圖。分析建模如圖8.28.3，主橋自振特性測試頻譜圖、實測豎向一階、二階、三階振型四視圖如圖8.4圖8.5 所示，用DHMA2.51分析的自振頻率、阻尼

27、及振型特征說明見表8.1。 表8.1 主橋實測自振頻率與振型特征階次實測頻率（Hz）阻尼（）振型說明12.352.38主梁豎彎23.522.00主梁豎彎圖8.2 動測分析建模圖圖8.3 長興港特大橋主橋自振特性測試頻譜圖圖8.4 主橋實測一階豎彎振動四視圖圖8.5 主橋實測二階豎彎振動四視圖8.2自振頻率理論計算長興港特大橋主橋的自振特性計算采用專用有限元程序Midas/Civil進行建模。模型采用梁單元組成的組合單元理論模型計算復雜橋梁結構，全橋模型能準確模擬構件的空間位置、尺寸、材料特性、連接形式、初始內力和初始變形等，確立結構仿真分析的初始形態(tài)。因此可得到相對詳盡、精確和可靠的分析結果。

28、自振特性計算結果匯總如表8.2，計算自振頻率和振型圖式見圖8.68.7。 表8.2 計算自振頻率、周期和主要振型說明階次周期(s)頻率(Hz)振型特點10.4882.050拱肋橋面豎向彎曲50.2653.769橋面豎彎圖8.6 主橋豎向理論一階振型圖圖8.7 主橋豎向理論二階振型圖8.3實測結果與理論計算對比分析實測頻率結果與理論計算頻率比較見表8.3。從表中可以看出：一階豎向振動實測值大于理論值，二階豎向振動實測值和理論值相近，說明實際結構剛度與理論計算剛度吻合，結構剛度滿足設計要求。 表8.3 計算自振頻率、周期和主要振型說明 階次計算頻率(Hz)實測頻率(Hz)振型特點12.052.35拱肋橋面豎向彎曲23.773.52橋面豎彎采用DHMA2.51模態(tài)軟件分析的實測振型見圖8.48.5，從圖中可以看出豎向一階振型主梁峰值出現(xiàn)在中跨L/4、3L/4截面。實測結構阻尼通過DH