淺談人行天橋荷載試驗檢測

./淺談人行天橋荷載試驗檢測一、橋梁檢驗收檢測意義橋梁竣工驗收需要進(jìn)行進(jìn)行驗收荷載試驗,其目的有三個方面：1、通過荷載試驗以檢驗現(xiàn)有結(jié)構(gòu)承載能力是否達(dá)到了設(shè)計荷載保準(zhǔn)。2、根據(jù)靜荷載試驗觀測了解結(jié)構(gòu)的實際受力狀況和工作性能,為橋梁營運養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。3、經(jīng)過對試驗資料的對比、分析,為同橋梁的設(shè)計、施工積累可靠資料。二、橋梁荷載試驗檢測工作方案1、根據(jù)橋梁竣工圖,實測橋梁竣工數(shù)據(jù),同時根據(jù)竣工圖文件建立橋梁荷載試驗計算模型,確定荷載試驗檢測部位,計算理論值。2、擬定荷載試驗工作方案,根據(jù)橋梁等級,設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),按照規(guī)要求進(jìn)行車輛布置。3、實施荷載試驗,根據(jù)工作方案進(jìn)行外業(yè)試驗,收集關(guān)鍵試驗成果。4、根據(jù)試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果進(jìn)行比較,分析,最終得出橋梁評估報告。三、以下以某城市人行天橋荷載試驗為案例進(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)周邊的人流過往,天橋主梁全長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：二級。地震動峰值加速度：ag=0.05g?？拐鹪O(shè)防烈度：≥6度。結(jié)構(gòu)使用年限：50年。1.2設(shè)計要點：橋型方案新溉路〔魯能1、2街區(qū)人行天橋為一"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)周邊的人流過往,天橋主梁全長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分別滿足GB1499-1998、GB13013-1991標(biāo)準(zhǔn)?！捕嶒炓罁?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)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB/T50344-2004；《城市橋梁設(shè)計準(zhǔn)則》〔CJJ11-93；《城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)》<CJJ77-98>；《市政橋梁工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》<CJJ2-90>；《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)》<GB50017-2003>；《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)》〔GB50205-2001；《建筑變形測量規(guī)》〔JGJ8-2007；《工程測量規(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,驗收性荷載試驗按照建設(shè)部頒發(fā)的規(guī)定的原則、方法、容進(jìn)行試驗,同時依據(jù)橋梁設(shè)計單位提供的計算資料并按上述"方法"所規(guī)定的指標(biāo)對試驗結(jié)果予以評價?！踩?、試驗項目與觀測容為全面評價橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能,了解結(jié)構(gòu)實際工作狀況和綜合評定工程質(zhì)量,保證橋梁營運安全,應(yīng)對城市新建橋梁進(jìn)行驗收性荷載試驗。根據(jù)橋梁竣工文件提供資料,首先進(jìn)行計算機(jī)建模,模擬橋梁在試驗荷載下各個截面的應(yīng)力及撓。具體試驗容包括：在試驗荷載作用下進(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#中墩支點附近負(fù)彎矩截面的應(yīng)力觀測；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?！菜?、觀測截面及測點布置根據(jù)人行天橋的結(jié)構(gòu)特點及現(xiàn)場具體情況,本著對全橋評價的原則,決定對兩跨均進(jìn)行荷載試驗,選取兩跨的最大正彎矩截面及2#中墩墩頂附近等共計3個試驗截面作為試驗控制截面,其檢驗結(jié)果可用于評價全橋。檢測容主要包括：鋼箱梁梁體應(yīng)力〔應(yīng)變,撓度觀測等。具體截面及觀測容詳見圖1與表1。圖1某人行天橋試驗截面示意圖<單位：cm>圖1中：K1為25m跨最大正彎矩截面。K2為2#墩支點附近截面,K3為22m跨最大正彎矩截面。表1試驗觀測截面和觀測容序號觀測部位觀測截面箱梁鋼板應(yīng)力觀測撓度觀測裂縫觀測1跨中K1√√√2跨中K2√√√3支點K3√/√測點布置時均采用鋼箱梁表面粘貼應(yīng)變片觀測應(yīng)力,試驗截面測點布置如下圖所示。圖2鋼箱梁正彎矩截面〔K1、K3測點布置圖圖3鋼箱梁負(fù)彎矩截面〔K2測點布置圖〔五、觀測方法與儀器1、撓度觀測：采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測；2、箱梁應(yīng)力觀測：采用在箱梁下緣底部鋼板表面粘貼短標(biāo)距應(yīng)變片的測量方式.以靜態(tài)電阻應(yīng)變儀自動掃描觀測鋼板的應(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〔二撓度測試系統(tǒng)精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀記錄圖4測試系統(tǒng)框架圖〔六、試驗荷載與荷載布置荷載試驗按照設(shè)計施工圖計算,根據(jù)該橋的具體位置及周邊狀況,試驗荷載決定采用水箱加載的方法進(jìn)行,以設(shè)計荷載力作為試驗控制力確定加載位置及重量,計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,試驗荷載效率應(yīng)滿足0.8≤η≤1.05的要求,本次試驗取1.0.荷載施加時對3試驗控制截面分別進(jìn)行,根據(jù)橋面寬度〔見圖5。每種工況分為2～3級,每級荷載就位后約5分鐘進(jìn)行各項觀測,卸載后約10分鐘進(jìn)行殘余觀測和調(diào)零,再繼續(xù)下一工況。圖5水箱加載橫向?qū)ΨQ布荷示意圖表2荷載工況表序號荷載工況125m跨最大正彎矩截面對稱加載22#墩支點最大負(fù)彎矩截面對稱加載322m跨最大正彎矩截面對稱加載圖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荷載試驗相關(guān)計計算值控制截面加載工況加載重量kg設(shè)計彎矩kN.m試驗彎矩kN.m荷載效率應(yīng)力計算值MPa撓度計算值mmK125m跨水深58cm435002112.22041.80.9767.932.7K322m跨水深58cm382801698.11641.50.9754.621.0K2全橋滿載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)計算得出〔七、靜荷載試驗7.1試驗的容〔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#中墩支點負(fù)彎矩截面〔距2#墩0.5m的應(yīng)力觀測；〔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觀測截面及測點布置根據(jù)某〔某小區(qū)1、2街人行天橋的結(jié)構(gòu)特點及現(xiàn)場具體情況,本著對全橋評價的原則,決定對兩跨均進(jìn)行荷載試驗,選取兩跨的最大正彎矩截面及2#中墩墩頂附近等共計3個試驗截面作為試驗控制截面,其檢驗結(jié)果可用于評價全橋。檢測容主要包括：鋼箱梁梁體應(yīng)力<應(yīng)變>及撓度觀測等。具體截面及觀測容詳見圖7.2-1～圖7.2-3與表7.3。圖7.2-1某人行天橋試驗截面示意圖<單位：cm>圖7.2-1中：K1為25m跨最大正彎截面,K2為2#墩支點附近截面,K3為22m跨最大正彎截面。測點布置時均采用在鋼箱梁表面粘貼應(yīng)變片觀測應(yīng)力,試驗截面測點布置如下圖所示。圖7.2-2鋼箱梁正彎矩截面〔K1、K3測點布置圖圖7.2-3鋼箱梁負(fù)彎矩截面〔K2測點布置圖7.3觀測容表7.3觀測項目及容表編號觀測項目具體觀測容1箱梁應(yīng)力試驗荷載作用下,箱梁最大正彎矩截面〔K1、K3的應(yīng)力觀測,2#墩頂負(fù)彎矩截面〔K2的應(yīng)力觀測2箱梁撓度試驗荷載作用下,箱梁最大正彎矩截面〔K1、K3的撓度觀測7.4觀測方法與儀器〔1撓度觀測：采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測；〔2箱梁應(yīng)力觀測：采用在箱梁下緣底部鋼板表面粘貼短標(biāo)距應(yīng)變片的測量方式.以靜態(tài)電阻應(yīng)變儀自動掃描觀測鋼板的應(yīng)變,再根據(jù)箱板彈性模量換算為相應(yīng)應(yīng)力。7.5采用的觀測系統(tǒng)靜態(tài)應(yīng)變儀應(yīng)變片打印輸出<1>應(yīng)力測試系統(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測試系統(tǒng)框圖7.6試驗荷載與荷載布置荷載試驗采用均布荷載以設(shè)計荷載計算力作為試驗力控制值,根據(jù)該橋的具體位置及周邊情況,試驗荷載決定采用水箱加載的方法進(jìn)行,水箱加載寬度3m,按照各測截面力等效原則,共用水84噸,各試驗控制截面荷載效率均達(dá)到0.97,滿足"試驗方法"中對基本荷載試驗規(guī)定的要求,其檢驗結(jié)果可用于橋梁承載能力的評價。荷載施加時對三個控制截面分別進(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)行各項觀測,再進(jìn)行全橋滿載工況,滿載后先卸25m跨,卸載后約10分鐘后進(jìn)行22m跨滿載工況試驗數(shù)據(jù)觀測,然后全橋卸載,約10分鐘后進(jìn)行殘余觀測。圖7.6-1水箱加載橫向?qū)ΨQ布荷示意圖表7.6-1靜載試驗加載工況序號控制截面工況分級對應(yīng)載位位置125m最大正彎矩截正載1級25m跨水深29cm225m最大正彎矩截正載2級25m跨水深58cm322m跨最大正彎矩截正載3級25m跨滿載+22m跨水深29cm42#墩頂截面正載4級25m/22m跨水深58cm522m跨最大正彎矩截正載5級25m跨卸載,22m跨水深58cm表7.6-2荷載試驗相關(guān)計算值控制截面加載工況加載重量kg設(shè)計彎矩kN.m試驗彎矩kN.m荷載效率應(yīng)力計算值MPa撓度計算值mmK125m跨水深58cm435002112.22041.80.9767.932.7K322m跨水深58cm382801698.11641.50.9754.621.0K2全橋滿載81780-2515.6-2431.70.97上緣25.5/下緣-80.8注：表中設(shè)計彎矩值及撓度計算值根據(jù)計算確定,鋼板應(yīng)力根據(jù)截面特性計算得出。表中應(yīng)力符號"+"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試驗結(jié)果與分析在各級試驗荷載作用下跨中控制截面箱梁底板應(yīng)力觀測結(jié)果列于表-1～表7.7.1-3中,撓度觀測結(jié)果列于表7.7.2-1～表7.7.2-2中。應(yīng)力符號"+"為受拉,"-"為受壓,撓度符號向下為"+",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)力測點均采用半橋自補償。應(yīng)力測試結(jié)果表-125m跨鋼箱梁應(yīng)力觀測結(jié)果單位：MPa測點工況腹板-1底板-1底板-2底板-3腹板-2K125m跨水深58cm61.863.8665.9259.7461.8計算值67.967.967.967.967.9校驗系數(shù)0.910.940.970.880.91表-222m跨鋼箱梁應(yīng)力觀測結(jié)果單位：MPa測點工況腹板-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計算值54.654.654.654.654.6校驗系數(shù)0.980.910.940.940.87表-3墩頂附近鋼箱梁應(yīng)力觀測結(jié)果單位：MPa測點工況腹板下緣-1腹板下緣-2翼緣-1翼緣-2K2全橋滿載78.2876.2224.7222.66計算值80.880.825.525.5校驗系數(shù)0.970.940.970.89撓度測試結(jié)果表-1鋼箱梁25m撓度觀測結(jié)果單位：mm測點工況橋面-1橋面-2KK125m跨水深58cm30.330.1計算值32.732.7校驗系數(shù)0.930.92殘余3.33.5相對殘余10.89%11.63%表-2鋼箱梁22m撓度觀測結(jié)果單位：mm測點工況橋面-1橋面-2K325m跨卸載,22m跨水深58cm19.819.5計算值2121校驗系數(shù)0.940.93殘余2.02.0相對殘余10.10%11.28%裂縫觀測結(jié)果在所施加最大試驗荷載作用下,未發(fā)現(xiàn)鋼箱梁產(chǎn)生異響及焊縫開裂。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測箱梁鋼板應(yīng)力平均值低于該荷載工況作用下的理論計算值,應(yīng)力校驗系數(shù)在0.88～0.97之間,22m跨最大正彎矩控制截面實測箱梁鋼板應(yīng)力平均值也低于該荷載工況作用下的理論計算值,應(yīng)力校驗系數(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)力理論計算數(shù)值較小。在全橋滿載最大負(fù)彎矩加載工況下,實測箱梁翼緣及底板應(yīng)力平均值也均低于該荷載工況作用下的理論計算值,翼緣應(yīng)力校驗系數(shù)0.94～0.97之間,底板應(yīng)力校驗系數(shù)0.89～0.97之間。箱梁結(jié)構(gòu)強度符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)要求。在最大試驗荷載加載作用下,25m跨最大正彎矩控制截面箱梁各測點實測撓度值均低于該荷載工況作用下的理論計算值,校驗系數(shù)在0.92—0.93之間,22m跨最大正彎矩控制截面箱梁各測點實測撓度值也低于該荷載工況作用下的理論計算值,校驗系數(shù)在0.93—0.94之間。最大相對殘余變形為11.63％,小于20%。結(jié)構(gòu)剛度符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)要求。在所施加最大試驗荷載作用下,未發(fā)現(xiàn)鋼箱梁產(chǎn)生異響及焊縫開裂?！舶?/p>