淺談人行天橋荷載試驗(yàn)檢測(cè)

./淺談人行天橋荷載試驗(yàn)檢測(cè)一、橋梁檢驗(yàn)收檢測(cè)意義橋梁竣工驗(yàn)收需要進(jìn)行進(jìn)行驗(yàn)收荷載試驗(yàn),其目的有三個(gè)方面：1、通過(guò)荷載試驗(yàn)以檢驗(yàn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)承載能力是否達(dá)到了設(shè)計(jì)荷載保準(zhǔn)。2、根據(jù)靜荷載試驗(yàn)觀測(cè)了解結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況和工作性能,為橋梁營(yíng)運(yùn)養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。3、經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)資料的對(duì)比、分析,為同橋梁的設(shè)計(jì)、施工積累可靠資料。二、橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)工作方案1、根據(jù)橋梁竣工圖,實(shí)測(cè)橋梁竣工數(shù)據(jù),同時(shí)根據(jù)竣工圖文件建立橋梁荷載試驗(yàn)計(jì)算模型,確定荷載試驗(yàn)檢測(cè)部位,計(jì)算理論值。2、擬定荷載試驗(yàn)工作方案,根據(jù)橋梁等級(jí),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),按照規(guī)要求進(jìn)行車(chē)輛布置。3、實(shí)施荷載試驗(yàn),根據(jù)工作方案進(jìn)行外業(yè)試驗(yàn),收集關(guān)鍵試驗(yàn)成果。4、根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,分析,最終得出橋梁評(píng)估報(bào)告。三、以下以某城市人行天橋荷載試驗(yàn)為案例進(jìn)行論述研究〔一、概述該人行天橋位于某小區(qū)1、2街區(qū)處,為一"H"型結(jié)構(gòu)天橋,主要連接某小區(qū)1、2街區(qū)與某小學(xué)周邊的人流過(guò)往,天橋主梁全長(zhǎng)49.7米。橋面橫向全寬4.2米,凈寬4.0米；梯道全寬2.7米,凈寬2.5米；橋下凈高大于5米。橋上設(shè)置最大1%的橋面縱坡和1.0%的雙向橫坡。橋梁設(shè)計(jì)荷載為：人群：4.5kN/㎡。天橋主梁、梯道梁均為鋼結(jié)構(gòu),由鋼板焊接組合而成。上部結(jié)構(gòu)為等截面鋼箱梁,梁高為0.9米,箱梁頂寬4.2米,底寬1.8米。梯道梁高0.3米,寬0.8米。天橋箱梁頂板、底板、腹板和墩頂加密橫隔板及其余部位均采用Q345qc鋼。鋼梯道及平臺(tái)的頂?shù)装搴透拱寰捎肣345qc鋼。該天橋主墩結(jié)構(gòu)為花瓶式鋼筋混凝土橋墩,頂部寬度為1.8米根部寬度1米,厚0.8米,樁基直徑為1.2米。梯道墩結(jié)構(gòu)為矩形墩,尺寸為0.6×0.6米,樁基直徑為1.0米。1.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)凈寬：橋面寬：4.2米梯道全寬：2.7米橋下凈高：≥5米。設(shè)計(jì)荷載：人群：4.5KN/㎡。橫斷面布置：主梁：0.1m<欄桿>+4.0m<人行道>+0.1m梯道：0.1m<欄桿>+2.5m<人行道>+0.1m<欄桿>=2.7m結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：二級(jí)。地震動(dòng)峰值加速度：ag=0.05g。抗震設(shè)防烈度：≥6度。結(jié)構(gòu)使用年限：50年。1.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)：橋型方案新溉路〔魯能1、2街區(qū)人行天橋?yàn)橐?H"型結(jié)構(gòu)天橋,主要連接魯能星城1、2街區(qū)與天宮殿小學(xué)周邊的人流過(guò)往,天橋主梁全長(zhǎng)49.7米。橋面橫向全寬4.2米,凈寬4.0米；梯道全寬2.7米,凈寬2.5米。橋上設(shè)置最大1%的橋面縱坡和1.0%的雙向橫坡。1.3結(jié)構(gòu)型式1.3.1上部結(jié)構(gòu)天橋主梁、梯道梁均為鋼結(jié)構(gòu),由鋼板焊接組合而成。上部結(jié)構(gòu)為等截面鋼箱梁,梁高為0.9米,箱梁頂寬4.2米,底寬1.8米。梯道梁高0.3米,寬0.8米。天橋箱梁頂板、底板、腹板和墩頂加密橫隔板及其余部位均采用Q345qc鋼。鋼梯道及平臺(tái)的頂?shù)装搴透拱寰捎肣345qc鋼。1.3.2下部結(jié)構(gòu)主墩結(jié)構(gòu)為花瓶式鋼筋混凝土橋墩,頂部寬度為1.8米根部寬度1米,厚0.8米,樁基直徑為1.2米。梯道墩結(jié)構(gòu)為矩形墩,尺寸為0.6×0.6米,樁基直徑為1.0米。1.4主要材料1.4.1鋼材主梁、梯道：Q345qc、Q235qc欄桿：Q235B鋼筋：R235、HRB335分別滿(mǎn)足GB1499-1998、GB13013-1991標(biāo)準(zhǔn)。〔二、實(shí)驗(yàn)依據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)》〔CJJ99-2003、J281-2003；《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)》<CJJ69-95>；《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB/T50344-2004；《城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》〔CJJ11-93；《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》<CJJ77-98>；《市政橋梁工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》<CJJ2-90>；《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)》<GB50017-2003>；《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)》〔GB50205-2001；《建筑變形測(cè)量規(guī)》〔JGJ8-2007；《工程測(cè)量規(guī)》〔GB50026-2007；《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》〔JGJ81-2002。根據(jù)天橋的具體結(jié)構(gòu)和現(xiàn)狀,驗(yàn)收性荷載試驗(yàn)按照建設(shè)部頒發(fā)的規(guī)定的原則、方法、容進(jìn)行試驗(yàn),同時(shí)依據(jù)橋梁設(shè)計(jì)單位提供的計(jì)算資料并按上述"方法"所規(guī)定的指標(biāo)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果予以評(píng)價(jià)?！踩⒃囼?yàn)項(xiàng)目與觀測(cè)容為全面評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能,了解結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀況和綜合評(píng)定工程質(zhì)量,保證橋梁營(yíng)運(yùn)安全,應(yīng)對(duì)城市新建橋梁進(jìn)行驗(yàn)收性荷載試驗(yàn)。根據(jù)橋梁竣工文件提供資料,首先進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模,模擬橋梁在試驗(yàn)荷載下各個(gè)截面的應(yīng)力及撓。具體試驗(yàn)容包括：在試驗(yàn)荷載作用下進(jìn)行：1、箱梁25m跨最大正彎矩截面〔距1#墩10m、22m跨最大正彎矩截面〔距3#墩8.8m、2#中墩支點(diǎn)附近負(fù)彎矩截面的應(yīng)力觀測(cè)；2、箱梁25m跨最大正彎矩截面〔距1#墩10m、22m跨最大正彎矩截面〔距3#墩8.8m的撓度。〔四、觀測(cè)截面及測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)人行天橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)具體情況,本著對(duì)全橋評(píng)價(jià)的原則,決定對(duì)兩跨均進(jìn)行荷載試驗(yàn),選取兩跨的最大正彎矩截面及2#中墩墩頂附近等共計(jì)3個(gè)試驗(yàn)截面作為試驗(yàn)控制截面,其檢驗(yàn)結(jié)果可用于評(píng)價(jià)全橋。檢測(cè)容主要包括：鋼箱梁梁體應(yīng)力〔應(yīng)變,撓度觀測(cè)等。具體截面及觀測(cè)容詳見(jiàn)圖1與表1。圖1某人行天橋試驗(yàn)截面示意圖<單位：cm>圖1中：K1為25m跨最大正彎矩截面。K2為2#墩支點(diǎn)附近截面,K3為22m跨最大正彎矩截面。表1試驗(yàn)觀測(cè)截面和觀測(cè)容序號(hào)觀測(cè)部位觀測(cè)截面箱梁鋼板應(yīng)力觀測(cè)撓度觀測(cè)裂縫觀測(cè)1跨中K1√√√2跨中K2√√√3支點(diǎn)K3√/√測(cè)點(diǎn)布置時(shí)均采用鋼箱梁表面粘貼應(yīng)變片觀測(cè)應(yīng)力,試驗(yàn)截面測(cè)點(diǎn)布置如下圖所示。圖2鋼箱梁正彎矩截面〔K1、K3測(cè)點(diǎn)布置圖圖3鋼箱梁負(fù)彎矩截面〔K2測(cè)點(diǎn)布置圖〔五、觀測(cè)方法與儀器1、撓度觀測(cè)：采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)；2、箱梁應(yīng)力觀測(cè)：采用在箱梁下緣底部鋼板表面粘貼短標(biāo)距應(yīng)變片的測(cè)量方式.以靜態(tài)電阻應(yīng)變儀自動(dòng)掃描觀測(cè)鋼板的應(yīng)變,再根據(jù)箱板彈性模量換算為相應(yīng)應(yīng)力?！惨粦?yīng)力測(cè)試系統(tǒng)YE2539靜態(tài)應(yīng)變儀應(yīng)變片打印YE2539靜態(tài)應(yīng)變儀應(yīng)變片打印〔二撓度測(cè)試系統(tǒng)精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀記錄圖4測(cè)試系統(tǒng)框架圖〔六、試驗(yàn)荷載與荷載布置荷載試驗(yàn)按照設(shè)計(jì)施工圖計(jì)算,根據(jù)該橋的具體位置及周邊狀況,試驗(yàn)荷載決定采用水箱加載的方法進(jìn)行,以設(shè)計(jì)荷載力作為試驗(yàn)控制力確定加載位置及重量,計(jì)算確定最大加載重量81.78噸；按照1.74噸/沿米進(jìn)行布載,具體布載位置如下所示：按"方法"規(guī)定,試驗(yàn)荷載效率應(yīng)滿(mǎn)足0.8≤η≤1.05的要求,本次試驗(yàn)取1.0.荷載施加時(shí)對(duì)3試驗(yàn)控制截面分別進(jìn)行,根據(jù)橋面寬度〔見(jiàn)圖5。每種工況分為2～3級(jí),每級(jí)荷載就位后約5分鐘進(jìn)行各項(xiàng)觀測(cè),卸載后約10分鐘進(jìn)行殘余觀測(cè)和調(diào)零,再繼續(xù)下一工況。圖5水箱加載橫向?qū)ΨQ(chēng)布荷示意圖表2荷載工況表序號(hào)荷載工況125m跨最大正彎矩截面對(duì)稱(chēng)加載22#墩支點(diǎn)最大負(fù)彎矩截面對(duì)稱(chēng)加載322m跨最大正彎矩截面對(duì)稱(chēng)加載圖625m跨最大正彎矩截面縱向示意圖圖72#墩頂負(fù)彎矩截面加載縱向示意圖圖822m跨最大正彎矩截面縱向示意圖表3荷載試驗(yàn)相關(guān)計(jì)計(jì)算值控制截面加載工況加載重量kg設(shè)計(jì)彎矩kN.m試驗(yàn)彎矩kN.m荷載效率應(yīng)力計(jì)算值MPa撓度計(jì)算值mmK125m跨水深58cm435002112.22041.80.9767.932.7K322m跨水深58cm382801698.11641.50.9754.621.0K2全橋滿(mǎn)載81780-2515.6-2431.70.97上緣25.5/下緣-80.8注：表中數(shù)據(jù)由結(jié)構(gòu)計(jì)算得出〔七、靜荷載試驗(yàn)7.1試驗(yàn)的容〔1箱梁25m跨最大正彎矩截面〔距1#墩10m、22m跨最大正彎矩截面〔距3#墩8.8m、2#中墩支點(diǎn)負(fù)彎矩截面〔距2#墩0.5m的應(yīng)力觀測(cè)；〔2箱梁25m跨最大正彎矩截面〔距1#墩10m、22m跨最大正彎矩截面〔距3#墩8.8m的撓度值。7.2觀測(cè)截面及測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)某〔某小區(qū)1、2街人行天橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)具體情況,本著對(duì)全橋評(píng)價(jià)的原則,決定對(duì)兩跨均進(jìn)行荷載試驗(yàn),選取兩跨的最大正彎矩截面及2#中墩墩頂附近等共計(jì)3個(gè)試驗(yàn)截面作為試驗(yàn)控制截面,其檢驗(yàn)結(jié)果可用于評(píng)價(jià)全橋。檢測(cè)容主要包括：鋼箱梁梁體應(yīng)力<應(yīng)變>及撓度觀測(cè)等。具體截面及觀測(cè)容詳見(jiàn)圖7.2-1～圖7.2-3與表7.3。圖7.2-1某人行天橋試驗(yàn)截面示意圖<單位：cm>圖7.2-1中：K1為25m跨最大正彎截面,K2為2#墩支點(diǎn)附近截面,K3為22m跨最大正彎截面。測(cè)點(diǎn)布置時(shí)均采用在鋼箱梁表面粘貼應(yīng)變片觀測(cè)應(yīng)力,試驗(yàn)截面測(cè)點(diǎn)布置如下圖所示。圖7.2-2鋼箱梁正彎矩截面〔K1、K3測(cè)點(diǎn)布置圖圖7.2-3鋼箱梁負(fù)彎矩截面〔K2測(cè)點(diǎn)布置圖7.3觀測(cè)容表7.3觀測(cè)項(xiàng)目及容表編號(hào)觀測(cè)項(xiàng)目具體觀測(cè)容1箱梁應(yīng)力試驗(yàn)荷載作用下,箱梁最大正彎矩截面〔K1、K3的應(yīng)力觀測(cè),2#墩頂負(fù)彎矩截面〔K2的應(yīng)力觀測(cè)2箱梁撓度試驗(yàn)荷載作用下,箱梁最大正彎矩截面〔K1、K3的撓度觀測(cè)7.4觀測(cè)方法與儀器〔1撓度觀測(cè)：采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)；〔2箱梁應(yīng)力觀測(cè)：采用在箱梁下緣底部鋼板表面粘貼短標(biāo)距應(yīng)變片的測(cè)量方式.以靜態(tài)電阻應(yīng)變儀自動(dòng)掃描觀測(cè)鋼板的應(yīng)變,再根據(jù)箱板彈性模量換算為相應(yīng)應(yīng)力。7.5采用的觀測(cè)系統(tǒng)靜態(tài)應(yīng)變儀應(yīng)變片打印輸出<1>應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)：靜態(tài)應(yīng)變儀應(yīng)變片打印輸出精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀yinnaoduyi記錄圖7.5測(cè)試系統(tǒng)框圖7.6試驗(yàn)荷載與荷載布置荷載試驗(yàn)采用均布荷載以設(shè)計(jì)荷載計(jì)算力作為試驗(yàn)力控制值,根據(jù)該橋的具體位置及周邊情況,試驗(yàn)荷載決定采用水箱加載的方法進(jìn)行,水箱加載寬度3m,按照各測(cè)截面力等效原則,共用水84噸,各試驗(yàn)控制截面荷載效率均達(dá)到0.97,滿(mǎn)足"試驗(yàn)方法"中對(duì)基本荷載試驗(yàn)規(guī)定的要求,其檢驗(yàn)結(jié)果可用于橋梁承載能力的評(píng)價(jià)。荷載施加時(shí)對(duì)三個(gè)控制截面分別進(jìn)行,先進(jìn)行25m跨最大正彎矩截面加載,荷載就位后約5分鐘進(jìn)行各項(xiàng)觀測(cè),再進(jìn)行全橋滿(mǎn)載工況,滿(mǎn)載后先卸25m跨,卸載后約10分鐘后進(jìn)行22m跨滿(mǎn)載工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀測(cè),然后全橋卸載,約10分鐘后進(jìn)行殘余觀測(cè)。圖7.6-1水箱加載橫向?qū)ΨQ(chēng)布荷示意圖表7.6-1靜載試驗(yàn)加載工況序號(hào)控制截面工況分級(jí)對(duì)應(yīng)載位位置125m最大正彎矩截正載1級(jí)25m跨水深29cm225m最大正彎矩截正載2級(jí)25m跨水深58cm322m跨最大正彎矩截正載3級(jí)25m跨滿(mǎn)載+22m跨水深29cm42#墩頂截面正載4級(jí)25m/22m跨水深58cm522m跨最大正彎矩截正載5級(jí)25m跨卸載,22m跨水深58cm表7.6-2荷載試驗(yàn)相關(guān)計(jì)算值控制截面加載工況加載重量kg設(shè)計(jì)彎矩kN.m試驗(yàn)彎矩kN.m荷載效率應(yīng)力計(jì)算值MPa撓度計(jì)算值mmK125m跨水深58cm435002112.22041.80.9767.932.7K322m跨水深58cm382801698.11641.50.9754.621.0K2全橋滿(mǎn)載81780-2515.6-2431.70.97上緣25.5/下緣-80.8注：表中設(shè)計(jì)彎矩值及撓度計(jì)算值根據(jù)計(jì)算確定,鋼板應(yīng)力根據(jù)截面特性計(jì)算得出。表中應(yīng)力符號(hào)"+"為受拉,"-"為受壓,鋼板彈性摸量取值2.06×105MPa。圖7.6-225m跨最大正彎矩截面加載縱向示意圖<單位：cm>圖7.6-32#墩頂附近負(fù)彎矩截面加載縱向示意圖<單位：cm>圖7.6-422m跨最大正彎矩截面加載縱向示意圖<單位：cm>7.7試驗(yàn)結(jié)果與分析在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下跨中控制截面箱梁底板應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果列于表-1～表7.7.1-3中,撓度觀測(cè)結(jié)果列于表7.7.2-1～表7.7.2-2中。應(yīng)力符號(hào)"+"為受拉,"-"為受壓,撓度符號(hào)向下為"+",向上為"-",鋼板彈性模量取值E=2.06xlO5MPa。表中應(yīng)力單位為MPa,撓度單位為mm。所有應(yīng)力測(cè)點(diǎn)均采用半橋自補(bǔ)償。應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表-125m跨鋼箱梁應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果單位：MPa測(cè)點(diǎn)工況腹板-1底板-1底板-2底板-3腹板-2K125m跨水深58cm61.863.8665.9259.7461.8計(jì)算值67.967.967.967.967.9校驗(yàn)系數(shù)0.910.940.970.880.91表-222m跨鋼箱梁應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果單位：MPa測(cè)點(diǎn)工況腹板-1底板-1底板-2底板-3腹板-2K325m跨卸載,22m跨水深58m53.5649.4451.551.547.38計(jì)算值54.654.654.654.654.6校驗(yàn)系數(shù)0.980.910.940.940.87表-3墩頂附近鋼箱梁應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果單位：MPa測(cè)點(diǎn)工況腹板下緣-1腹板下緣-2翼緣-1翼緣-2K2全橋滿(mǎn)載78.2876.2224.7222.66計(jì)算值80.880.825.525.5校驗(yàn)系數(shù)0.970.940.970.89撓度測(cè)試結(jié)果表-1鋼箱梁25m撓度觀測(cè)結(jié)果單位：mm測(cè)點(diǎn)工況橋面-1橋面-2KK125m跨水深58cm30.330.1計(jì)算值32.732.7校驗(yàn)系數(shù)0.930.92殘余3.33.5相對(duì)殘余10.89%11.63%表-2鋼箱梁22m撓度觀測(cè)結(jié)果單位：mm測(cè)點(diǎn)工況橋面-1橋面-2K325m跨卸載,22m跨水深58cm19.819.5計(jì)算值2121校驗(yàn)系數(shù)0.940.93殘余2.02.0相對(duì)殘余10.10%11.28%裂縫觀測(cè)結(jié)果在所施加最大試驗(yàn)荷載作用下,未發(fā)現(xiàn)鋼箱梁產(chǎn)生異響及焊縫開(kāi)裂。7.7.6分析比較某〔某小區(qū)1、2街人行天橋在最大試驗(yàn)荷載作用下,鋼箱梁結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了正常的受力性能,25m跨最大正彎矩控制截面實(shí)測(cè)箱梁鋼板應(yīng)力平均值低于該荷載工況作用下的理論計(jì)算值,應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.88～0.97之間,22m跨最大正彎矩控制截面實(shí)測(cè)箱梁鋼板應(yīng)力平均值也低于該荷載工況作用下的理論計(jì)算值,應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)0.87～0.98之間,2#墩頂控制截面由于腹板根部高度位于中性軸附近故腹板上緣應(yīng)力理論計(jì)算數(shù)值較小。在全橋滿(mǎn)載最大負(fù)彎矩加載工況下,實(shí)測(cè)箱梁翼緣及底板應(yīng)力平均值也均低于該荷載工況作用下的理論計(jì)算值,翼緣應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)0.94～0.97之間,底板應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)0.89～0.97之間。箱梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)要求。在最大試驗(yàn)荷載加載作用下,25m跨最大正彎矩控制截面箱梁各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度值均低于該荷載工況作用下的理論計(jì)算值,校驗(yàn)系數(shù)在0.92—0.93之間,22m跨最大正彎矩控制截面箱梁各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度值也低于該荷載工況作用下的理論計(jì)算值,校驗(yàn)系數(shù)在0.93—0.94之間。最大相對(duì)殘余變形為11.63％,小于20%。結(jié)構(gòu)剛度符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)要求。在所施加最大試驗(yàn)荷載作用下,未發(fā)現(xiàn)鋼箱梁產(chǎn)生異響及焊縫開(kāi)裂?！舶?/p>