大旺大桥第17跨静动载试验报告

大旺大桥第17跨静动载试验报告

目 录

1 工程概况 .......................................................................................................................... 1

2 依 据 ............................................................................................................................... 3

3 试验目的 .......................................................................................................................... 3

3.1 静载试验目的 ....................................................................................................... 3

3.2 动载试验目的 ....................................................................................................... 3

4 仪器设备 .......................................................................................................................... 4

5 静载试验 .......................................................................................................................... 4

5.1 试验跨选择 ........................................................................................................... 4

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

5.3 试验内容 ............................................................................................................... 4

5.4 测点布置 ............................................................................................................... 5

5.5 结构计算分析 ....................................................................................................... 5

5.5.1 分析方法和主要参数 ........................................................................................ 5

5.5.2 控制荷载及加载值 ............................................................................................ 7

5.6 加载实施 ............................................................................................................... 7

5.6.1 加载位置与加载工况 ........................................................................................ 7

5.6.2 加载车的主要技术指标 .................................................................................... 9

5.6.3 加载分级 ............................................................................................................ 9

5.7 试验时间 ............................................................................................................... 9

5.8 预加载 ................................................................................................................... 9

5.9 加载时间间隔 ....................................................................................................... 9

5.10 数据读取 ............................................................................................................. 10

5.11 测试数据实时分析和加载控制 ......................................................................... 10

5.12 试验资料整理 ..................................................................................................... 11

5.12.1 试验资料修正 .................................................................................................. 11

5.12.2 实测挠度与应变计算 ...................................................................................... 11

5.12.3 实测应力计算 ................................................................................................... 12

5.12.4 横向分布系数计算 ........................................................................................... 12

5.12.5 主要测点的校验系数及相对残余挠度计算 ................................................... 12

5.13 试验结果 ............................................................................................................. 13

5.13.1 试验效率 ........................................................................................................... 13

5.13.2 挠度分析 ........................................................................................................... 13

5.13.3 应变分析 ........................................................................................................... 16

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

6 动载试验 ......................................................................................................................... 21

6.1 动载试验内容 ..................................................................................................... 21

6.2 有限元理论计算 ................................................................................................. 22

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

6.3.1 脉动试验 ........................................................................................................... 22

6.3.2 跑车试验 ........................................................................................................... 22

6.3.3 跳车试验 ........................................................................................................... 22

6.3.4 刹车试验 ........................................................................................................... 23

6.4 试验车辆的主要技术指标 ................................................................................. 23

6.5 动载试验数据处理 ............................................................................................. 23

6.6 动载试验结果分析 ............................................................................................. 24

6.6.1 基频测定 ........................................................................................................... 24

6.6.2 阻尼比测定 ....................................................................................................... 27

6.6.3 冲击系数测定 ................................................................................................... 27

7 试验结果分析评定 ......................................................................................................... 30

7.1 试验效率 ............................................................................................................. 30

7.2 结构工作状态 ..................................................................................................... 30

7.2.1 承载能力 ........................................................................................................... 30

7.2.2 实测值与理论值的关系曲线 ........................................................................... 31

7.2.3 相对残余 ........................................................................................................... 31

7.2.4 整体横向刚度 ................................................................................................... 31

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

7.4 刚度 ..................................................................................................................... 32

7.5 基频 ..................................................................................................................... 32

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

7.7 冲击系数 ............................................................................................................. 32

8 结 论 .............................................................................................................................. 32

广东省肇庆市大旺综合经济开发区大旺大桥第17 跨刚架拱桥静动载试验报告

1 工程概况

    大旺大桥位于广东省肇庆市大旺综合经济开发区与新隆塞交界地段，跨越绥江水道，是G321 线上连接大旺综合经济开发区和广州市、肇庆市的重要桥梁。该桥1997 年建成通车，桥梁总长820.44m。

    该桥上部结构跨径布置为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。主桥为净跨径l0=108.00 m，净矢跨比f0/l0=1/3，拱轴系数m0=1.167 的钢筋混凝土悬链线等截面中承式吊杆拱桥；引桥

为净跨径30.00m 的刚架拱和跨径20.00 m 的钢筋混凝土连续箱梁。

    桥面全宽20.00m，横向布置为：0.25 m（栏杆）+1.75 m（人行道）+0.50 m（防撞护栏）+15.00 m（行车道）+0.50 m（防撞护栏）+1.75 m（人行道）+0.25 m（栏杆）。

    该桥下部结构3#、7#、12#、22#制动墩采用空心薄壁墩，主跨17#、18#墩为重力式墩，其余均为柔性排架墩，0#、25#台为座板式桥台。全桥基础均采用钻孔灌注桩基础。

    全桥设8道伸缩缝，以提高行车舒适性。伸缩缝采用最新SSF 系列。全桥拱式结构全部采用矩形板式橡胶支座；连续梁桥采用圆板式橡胶支座。水泥混凝土桥面铺装。

    主要材料

    混凝土：108.00 m 跨主拱拱肋采用C40#混凝土；30.00 m 刚架拱、连续箱梁、主跨桥面系及墩、台拱座采用C30#混凝土；桥台、全部墩身、钻孔桩基础采用C25#混凝土；承台采用C20#混凝土。

    预应力钢丝：主拱吊杆采用符合GB5223-85 标准的预应力混凝土用钢丝，单根直径7 mm 每束73 根，破断荷载4410 kN。

普通钢筋：直径大于或等于12 mm，一律采用II 级热轧螺筋；直径小于12 mm，一律采用I 级热轧光圆钢筋。

设计荷载：汽-20 级、挂车-100 级，人群荷载3.50 kN/m2。

大旺大桥全景照见照片 1-1。

                                      照片 1-1 大旺大桥全景照

    大旺大桥已投入运营10 年，由于施工等原因，大桥主桥和引桥已出现不同程度的病害。2002 年7 月广东省公路工程质量监测站对大桥进行了检测，发现大桥主桥和引桥均存在不同程度的缺陷。2003 年6 年广东省长大公路工程有限公司设

计开发分公司对大桥进行了检测，并对大桥的主拱截面出现的蜂窝、麻面、空洞等病害用干轧混凝土进行修补处理，对吊杆上下锚头灌注发泡材料进行防腐防护处理，并更换第7 孔引桥刚架拱开裂的上弦杆和破损的微弯板。2004 年6 月北京

公科固桥技术有限公司（交通部公路科学研究院）对大桥进行了补充质量检测，并对大桥承载能力进行评价，评定表明：主桥在考虑温度影响力和基础变位作用时，拱脚承载能力不能满足规范要求；刚架拱桥按单拱模型检算，在实际温差作

用工况下各关键截面强度均满足规范要求，按多跨联拱模型检算，最不利荷载组合条件下，跨中截面、内弦杆（大节点处）截面与斜腿端截面强度不能满足要求。2005 年6 月长大公路工程有限公司设计开发公司按照《肇庆市大旺大桥维修加固工程施工图设计》（北京公科固桥技术有限公司（交通部公路科学研究院），二零零四年十二月）文件要求完成了除主桥外的大部分加固施工工作。2008 年4 月按照《肇庆市大旺大桥维修加固工程主桥加固施工图设计变更图》（北京公科固桥技术有限公司（交通部公路科学研究院），二零零七年四月）文件要求已完成主拱肋的外贴钢板等加固施工。为检验加固质量、综合分析判断大旺大桥的承载能力和广东省肇庆市大旺综合经济开发区大旺大桥第17 跨刚架拱桥静动载试验报告 依 据使用条件，尽快解除交通限制，业主单位委托我公司对大旺大桥第17 跨刚架拱桥，第18 跨中承式吊杆拱桥，第19 跨刚架拱桥进行静动载试验。

    本报告为大旺大桥第17 跨刚架拱桥静动载试验报告。该跨采用弦杆和节点粘贴钢板，加大实腹段和拱腿截面，拱顶新增一道横系梁加固。

2 依 据

(1) 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004)

(2) 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004)

(3) 《公路桥涵设计通用规范》（JTG 021-89）

(4) 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）

(5) 《公路桥梁承载能力检测评定规程》（送审稿），以下简称《评定规程》

(6) 《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行，1998），以下简称《鉴定方法》

(7) 《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（交通部公路科学研究所，1982），以下简称《试验方法》

(8) 《广东省肇庆市大旺大桥综合经济开发区大旺大桥二阶段施工图设计》，广东省公路勘察规划设计院，一九九四年六月

(9) 《大旺大桥质量检测与评价报告》，北京公科固桥技术有限公司（交通部公路科学研究院），二零零四年九月

(10) 《肇庆市大旺大桥维修加固工程施工图设计》，北京公科固桥技术有限公司（交通部公路科学研究院），二零零四年十二月

(11) 《肇庆市大旺大桥维修加固工程补充施工图设计》，北京公科固桥技术有限公司（交通部公路科学研究院），二零零六年二月

(12) 《肇庆市大旺大桥维修加固工程主桥加固施工图设计变更图》，北京公科固桥技术有限公司（交通部公路科学研究院），二零零七年四月

3 试验目的

3.1 静载试验目的

了解结构或构件在静力试验荷载作用下的工作状态，综合分析判断桥梁结构的承载能力和使用条件。

3.2 动载试验目的

了解结构在动力试验荷载作用下的工作状态，综合分析判断桥梁结构的动力性能。

4 仪器设备

5 静载试验

5.1 试验跨选择

根据业主要求本次试验选择第17 跨桥跨结构作为试验跨。

5.2 控制截面

参考《评定规程》要求，本次试验控制截面选为A 截面（第17 跨拱顶截面）、B 截面（第17 跨主拱脚附近截面），控制截面的纵桥向布置见图 5-1。

5.3 试验内容

按控制截面划分的试验内容见表 5-1。

5.4 测点布置

各截面测点布置见图 5-2。

注：（1）“■”表示应变测点，“中”表示挠度测点；

（2）各应变测点处均布置1 个以上的校验测点，本图中未示出校验测点；

（3）测点编号、梁编号中，第1 位表示测试截面号，第2 位表示测点号。

                             图 5-2 应变及挠度测点布置图（单位：m）

5.5 结构计算分析

5.5.1 分析方法和主要参数

    试验前采用桥梁结构有限元分析软件Midas/Civil 2006 版对结构进行空间分析，效应分项系数均取1.40，材料特性、边界条件设置、活载布置等均依据第2节“依 据”所列文件或试验实际布置进行设置，详见表 5-2。

结构计算模型如图 5-3 所示，全桥模型由1976 个梁单元组成，模型简化考虑

以下几个因素：

(1) 考虑桥面层（微弯板和桥面现浇层，但不包括磨耗层）参与结构承载，桥面层和拱肋组合截面采用T 型梁模拟。

(2) 考虑桩柱式桥墩的连拱效应，不考虑重力式桥墩和制动墩的连拱作用。

(3) 主拱腿与桥墩、台按固结处理，次拱腿与墩台连接按铰接处理；弦杆与墩台连接按限制竖向位移的单向链杆连接；桥墩与地面按固接处理。

(4) 考虑连拱效应的各桥墩与主拱腿、次拱腿，弦杆端部的连接，建立主从约束模拟各连接部位的关系。

                               图 5-3 刚架拱第17 跨计算模型图

5.5.2 控制荷载及加载值

《评定规程》规定，静载试验以与设计荷载等级相应的活载效应控制值作为试验控制荷载，计算其对控制截面产生的最不利荷载效应。

拟定静载试验各测试项目的荷载大小和加载位置时，采用静载试验效率ηq 进行控制。为保证试验效果，ηq 应介于0.85 ~ 1.05 之间，ηq 按下式计算：

ηq = Ss/ ( S * ( 1 +μ) )

Ss— 静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；

S — 控制荷载作用下控制截面最不利计算内力值（不计冲击）；

μ — 按规范取用的冲击系数；

本次试验中A、B 截面以设计活载作用下最大弯矩值作为控制值，A、B 截面分别采用6 辆单车重为300 kN 的三轴载重货车加载，按拟定车重计算的静载试验效率见表 5-3：

5.6 加载实施

5.6.1 加载位置与加载工况

在满足试验效率的前提下，按下列原则对加载位置与加载工况进行合并简化：

(1) 尽可能用最少的加载车辆达到最大的荷载试验效率；

(2) 在满足试验荷载效率以及能够达到试验目的前提下对加载工况进行合并，

以缩短现场试验时间，简化加载工况；

本次试验经合并简化后的加载工况如下：

1) 第17 跨拱顶截面偏心加载工况：检验桥梁第17 跨拱顶截面（A 截面）抵抗最大正弯矩和轴向压力以及主梁竖向刚度的对称加载试验；

注：

第Ⅰ级： ①+②；

第Ⅱ级： ①+②+③；

第Ⅲ级： ①+②+③+④;

第Ⅳ级： ①+②+③+④+⑤；

第Ⅴ级： ①+②+③+④+⑤+⑥；

（2）W 为桥面宽（以下同）。

                                 图 5-4 A 截面加载位置（单位：m）

2) 第17 跨拱脚附近截面偏心加载工况：检验桥梁第17 跨拱脚附近截面（B 截面）抵抗最大负弯矩和轴压能力的对称加载试验；

注：

第Ⅰ级： ①+②；

第Ⅱ级： ①+②+③+④;

第Ⅲ级： ①+②+③+④+⑤；

第Ⅳ级： ①+②+③+④+⑤+⑥；

                           图 5-5 B 截面加载位置（单位：m）

5.6.2 加载车的主要技术指标

试验前对加载车轴距、轴重、总重量等实际技术参数进行核对记录，详见表5-4。

6.2 有限元理论计算

采用有限元软件Midas/Civil 2006 版对结构进行空间分析，计算结构的理论基频为2.19 Hz，计算结构的一阶振型见图 6-1。

    由表 6-3 可得，实测冲击系数小于规范《公路桥涵设计通用规范》（JTG 021-89）表2.3.2-1 计算值（理论计算冲击系数（1+μ）为1.16），说明该桥在正常工作状态下动力性能良好。

7 试验结果分析评定

7.1 试验效率

   本次试验中，实际静载试验效率ηq 基本满足要求，说明本次静载试验基本能够反映结构的控制截面在设计荷载（汽车-20）作用下的工作性能。

7.2 结构工作状态

   在试验效率基本满足要求的前提下，通过对挠度、应变、裂缝观测结果等数据、曲线的综合分析可评定所测试结构的工作状态。

7.2.1 承载能力

    通过将满载时控制截面中测值较大测点的应变、挠度校验系数ζ与《评定规程》中给出的校验系数进行对比，可判断结构抗力能否满足荷载效应的要求，并可对结构的承载能力及安全储备作出说明。

   《评定规程》中要求一般挠度和应变（应力）校验系数ζ值不大于1.00。满载时A 截面测值较大的挠度测点校验系数在0.85~0.94 范围内，小于1.00，且均在常值范围内。A、B 截面测值较大的应变测点校验系数在0.91~2.96 范围内，大多数点校验值大于或等于1.00，主要原因为主拱拱顶截面拱肋下缘测点为跨裂缝布置。导致拱肋下缘测点校验系数偏大，但从第5.14 节“抗裂性分析”分析可知，大部分应变测点跨裂缝布置，导致部分实际应变大于理论计算值，因此，校验系数也相应偏大。

    综合以上分析，试验截面的承载能力能够满足设计荷载（汽车-20）要求。

7.2.2 实测值与理论值的关系曲线

    理论计算一般系按线弹性计算，如果测点实测挠度或应变与理论计算值成正比，其关系曲线接近直线，说明结构处于良好的弹性工作状况。实测值与理论值的关系曲线也能反应某些局部现象，如接头、节点的工作情况、开裂状况等。

    A 截面测值较大的挠度测点计算挠度与实测挠度的线性关系良好。

    A、B 截面测值较大的应变测点计算应变与实测应变的线性关系良好。

7.2.3 相对残余

    主要控制测点的相对残余挠度或应变越小，说明结构越接近弹性工作状况。

   《评定规程》规定，主要控制测点的相对残余应变和相对残余挠度不大于0.20。

    卸载后 A 截面测值较大的挠度测点相对残余应变在0.02~0.03 之间，满足《评定规程》要求；A、B 截面测值较大的应变测点相对残余应变在0.00~0.12 之间，均小于0.20，满足《评定规程》要求。

7.2.4 整体横向刚度

    满载时的荷载横向分布系数m 的最大值反映了桥梁结构荷载横向不均匀分布的程度及结构横向联结的工作状况，m 的最大值越小说明荷载横向分布越均匀，结构横向联接越可靠；m 最大值越大说明荷载横向分布越不均匀，结构横向联接越薄弱，结构受力越不利。

   实测A 截面挠度横向分布曲线与计算值曲线形态接近，峰值小于计算值曲线峰值。说明桥梁的横向分布优于计算值。

   故试验跨桥跨结果整体横向刚度较好。

   综上所述，试验跨桥跨结构承载能力满足设计荷载（汽车-20，挂车-100）要求；试验跨桥跨结构弹性工作状态较好；整体横向刚度较好。

7.3 抗裂性分析

    通过绘制抗裂测点理论应变与实测应变的关系图，结合试验前裂缝观测情况，可判断结构是否在加载过程中出现开裂现象，从而对梁体抗裂性进行评估分析。

   《评定规程》中规定试验荷载作用下和卸载后混凝土拱桥拱圈（主拱肋）横向裂缝限值为0.30 mm，裂缝高小于截面高一半，拱圈（主拱肋）纵向最大裂缝宽度限值为0.50 mm，半裂缝长小于跨径的1/8。

   试验前在A、B 截面及附近拱肋进行观测，发现A 截面对应位置的各片拱肋底面存在横桥向裂缝，其中大部分拱肋底面裂缝沿拱肋底面横向贯通，最大裂缝宽度在0.05~0.20 mm 之间，小于《评定规程》规定的限值。

    加载至满载的过程中，A、B 截面抗裂测点实测应变值与理论应变值线性关系较好，表明主梁A、B 截面下缘在试验过程中未出现新的裂缝。A 截面下缘原有裂缝深度未发生显著扩展。但通过实测应变值和理论计算值相比，在加载全过程

中，裂缝宽度随加载而不断扩张，在满载时达到最大。

    卸载后未观测到新的裂缝出现，原有裂缝与加载前相比，未发生显著变化。从应变实测的残余值分析也可看出，卸载后裂缝已闭合，基本恢复至加载前状态。

    故裂缝及扩展情况满足《评定规程》的要求。

7.4 刚度

  《评定规程》中规定的标准计算活载下钢筋混凝土与预应力混凝土桥主梁跨（中刚架拱拱顶位置）挠度限值为lj/800，即lj/800=30000/800=37.50 mm。

    满载时A 截面的最大挠度为14.28 mm，小于限值，说明试验跨度满足设计荷载（汽车-20）要求。桥跨结构的刚度较好。

7.5 基频

   试验跨桥跨结构的基频测试值为2.20 Hz～2.44 Hz，大于理论计算值2.19 Hz，说明试验跨桥跨结构整体竖向刚度较好。

7.6 阻尼比

   试验跨桥跨结构的阻尼比分别为0.0498，说明结构有较好的耗散外部能量输入的能力。

7.7 冲击系数

   实测冲击系数小于理论计算冲击系数1.16，说明该桥在正常工作状态下动力性能良好。

8 结 论

    综上所述，广东省肇庆市大旺综合经济开发区大旺大桥第17 跨刚架拱桥试验跨桥跨结构满足设计荷载标准（汽-20）正常使用和承载能力要求。建议运营期间加强定期检查，重点加强跨中、拱脚等受力较大部位的观测。

完整报告见附件，感兴趣的可以查看，谢谢！