静动载试验（精选6篇）
静动载试验 篇1
桥梁的静动载试验是桥梁常规检测中的重要组成部分, 是判断桥梁能否安全营运的重要依据, 主要检测内容是实际承载能力、结构变形及抗裂性能。其任务是结合相关理论分析试验结果, 科学评定桥梁结构目前的技术状态是否满足设计要求, 能否交付正常使用。本文以某市政桥梁为例, 介绍桥梁静动载试验要点, 为类似工程检测提供参考。
1、工程概况及无损检测
(1) 工程概况
某市政桥梁总长为90m, 跨径组合为3×30.0m, 采用预制预应力砼简支空心板, 空心板采用C50混凝土浇筑, 板高1.30m, 宽1.49m, 单幅单跨共设5片空心板, 下部结构形式为双柱式桥墩、重力式桥台。
(2) 无损检测
对该桥进行无损检测, 无损检测的相关内容包括:超声回弹综合法检测混凝土强度, 回弹法检测结构混凝土强度, 混凝土碳化深度测试, 钢筋保护层厚度测试。
该桥梁体的混凝土强度推定值为35.7MPa, 墩柱的混凝土强度推定值为38.9MPa;梁体所抽检部位钢筋保护层厚度对结构钢筋耐久性影响不显著, 墩柱所抽检部位钢筋保护层厚度对结构钢筋耐久性影响不显著;梁体和墩柱混凝土碳化深度平均值与实测保护层厚度平均值的比值远小于0.5, 评定标度为1, 混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响轻微。该桥外观状况总体良好, 仅空心板局部存在蜂窝麻面和竖向裂缝、防撞栏顶部栏杆普遍锈蚀等, 需一般小修养护处理。
2、静载试验
静载试验检测法是通过对桥梁进行静载试验, 量测与桥梁结构性能相关的挠度、应力、裂缝等具体参数。通过静载试验测出这些参数, 分析出结构的强度、刚度及抗裂性能, 据此来判断桥梁的承载能力。静力荷载试验主要通过在桥上加载试验车辆模拟设计荷载。为完成上述静载试验内容并达到检测目的, 根据选定的控制断面和边、中梁的布置形式, 全桥共需要加载下面工况:桥跨跨中截面在试验荷载下的静应变、挠度最大值;桥跨桥跨支点、跨中、四分点等截面在试验荷载下的静挠度;跨桥墩在试验荷载下的竖向变形。
加载方式为逐级递加到最大荷载, 然后逐次卸载到零级荷载。加载位置与加载工况确定的主要方式是:采用荷载等效的原则实施, 在满足试验荷载效率的前提下对加载工况进行适当优化, 每一加载工况以某一检验项目为主, 必要时可兼顾其他检验项目。加载中的试验工况加载阶段为:工况1, 布置荷载车辆一台, 车前轴与跨中线重合, 车头朝东向。工况2, 移动工况1中的荷载车辆, , 使车前一个后轴与跨中线重合;工况3, 移动工况2中的荷载车辆, 使车后轴距离跨中线3.4m;此时另一台荷载车辆, 与前一辆车对称于跨中线布置。卸载阶段:将桥面上所有车辆依次撤离。
本桥的静载试验结果见表1所示。结果表明该桥静力工作性能良好, 各项试验检测指标均能够满足《评定规程》的要求, 在试验过程中, 未见肉眼可观测到的新裂缝出现, 既有裂缝未见明显扩展, 试验桥跨的桥墩未产生可观测到的沉降变位。
3、动载试验
动载试验的目的在于研究桥梁结构的动力性能, 该性能是判断桥梁运营状况和承载能力的重要标志之一。比如动力系数是确定车辆荷载对桥梁动力作用的主要技术参数, 直接影响到桥梁设计的安全与经济性能;桥梁过大振动可能引起乘客和行人的不舒适;桥梁自振频率超出某些范围时, 有引起桥梁共振的危险。
在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下, 通过高灵敏度动力测试系统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微幅振动响应, 测得结构的自振频率、阻尼比等动力学特征。测试断面同静载试验测试断面, 按受力最大作用处进行测点布置。车辆激励方法在原理上为结构的自由振动衰减法, 即给结构一个初位移或初速度使结构产生振动, 然后测得结构的自由振动衰减曲线, 进而分析处理得到结构的自振特性参数。实际的动力试验包括:脉动试验、无障碍行车试验、跳车试验。对该桥进行动载试验检测, 试验结果见图1。
由图1的动测数据分析表明:该桥的一阶自振频率为6.35Hz, 阻尼比为1.2883%, 对应的理论计算一阶频率为6.34Hz。实测频率大于理论计算值, 表明该桥的实际刚度较大, 振动响应较小, 行车性能较好。
4、结论
经对该桥病害外观检查、典型区段无损检测、静载试验、动载试验, 结果表明该桥的承载能力能满足设计要求, 整体状况良好, 全桥技术状况等级被评定为B级 (良好) 。
摘要：本文以某市政桥梁的静动载试验检测为例, 对静动载试验的荷载布置, 工况设计进行简要介绍, 对其检测结果进行分析, 检测结果表明, 该桥的承载能力能满足设计要求, 整体状况良好, 为类似桥梁工程的检测提供参考。
关键词：桥梁检测,静载试验,动载试验
参考文献
[1]吴浪辉, 马保松, 杨永贵.武汉白沙洲高架桥静动载试验研究[J]铁道建筑, 2009 (12) :15-17
[2]申明文, 周海作者简介:姜婷 (1981-) , 女, 工程硕士学历, 湖南娄底人, 工程师, 讲师, 从事有关土木工程专业教学
[3]俊.桥梁静动载试验检测方法[J]城市道桥与防洪, 2007, 7 (7) :158-160.
咱里大桥静动载试验研究 篇2
咱里大桥为一孔119.5m浅加劲栓焊钢结构悬索桥, 桥宽为净-7.5m+2×0.25m护轮带, 两岸各设一孔20m引桥, 为预应力混凝土空心板。锚碇为重力式桥台, 与引桥桥台设为整体, 加劲梁采用双主肋工字形截面钢板梁, 梁高1.5m, 钢梁上下翼缘宽均为300mm, 厚度为20mm, 钢梁腹板厚度为12mm。两梁中心距为9.2m, 中间通过横梁连成整体, 横梁间距为1.5m。横梁上焊接一块桥面底钢板, 底钢板厚度为6mm。底钢板上方铺25cm厚混凝土桥面板, 桥面板与桥面底钢板之间通过剪力连接件连接。
设计荷载为矿山道路重型自卸汽车—60级和交通部汽车—20级 (各一行列车) 。咱里大桥立面布置见图1。通过荷载试验了解大桥在试验荷载作用下的实际受力状态和工作状况, 评价结构的力学特性和在设计荷载作用下的工作性能, 检验结构承载力是否达到设计标准, 为大桥的竣工验收及运行期维修提供科学试验依据[1]。
2 静载试验
2.1 有限元计算分析[2]
为了便于分析, 首先对该桥进行理论计算, 以求得试验荷载和试验荷载下结构的各种响应。采用大型通用结构分析软件和桥梁专用程序进行理论计算。计算出结构在标准荷载和试验车辆荷载作用下的挠度、应变理论值, 作为指导加载和试验结果分析的依据, 根据设计荷载, 按两种工况共七种荷载等级进行理论分析计算。
2.2 试验荷载
试验采用汽车加载, 为了保证试验效果, 试验中的加载车辆在结构控制截面产生的荷载效应计算值与标准设计荷载产生的荷载效应计算值的比值要满足静载试验效率 (ηq) 的要求, 一般静荷载试验中, 0.8<ηq<1.05。本次试验采用6辆33吨左右重车进行不同的组合, 跨中位置分三级加载, 前两级视加载方便而定, 但保证第三级加载达到规定的静荷载效率;1/4跨位置分四级加载, 保证第四级加载达到规定的静荷载效率。
2.3 试验工况及测试内容
根据计算结果, 本次试验在两个典型截面进行加载, 图2为试验加载截面示意图。
工况1:跨中 (A-A截面) 最大正弯矩, 横桥向对称。
工况2:1/4跨 (B-B截面) 最大正弯矩, 横桥向对称。
工况1分三级加载, 工况2分四级加载, 共7次加载。加载方式为先轻后重, 逐级加载, 正式加载前先预载。加载、卸载步骤为:每级加载前读取初读数, 然后加载, 每个工况均在各级荷载加载15分钟后读取加载读数, 全部加载完成后卸载, 卸载15分钟后读取卸载读数。
全桥竖向挠度测点布置图见图3。利用精密水准仪测量桥跨的挠度变化, 考察结构的刚度。其中:1-1、9-9截面为支座位置, 2-2~8-8截面分别为桥跨结构的1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8位置, 全部布置在桥面边缘 (代替钢梁位移) , 上下游各布置一个观测点。两个塔顶也布置位移观测点, 采用全站仪观测塔的水平和竖向位移。此外, 主缆跨中布置一个挠度观测点, 采用全站仪进行观测。
在跨中、1/4跨、3/4跨位置的纵梁腹板、上下翼缘板安装了应变片, 考察应变变化规律, 以评定结构的受力状态和整体工作情况。
2.4 静载试验成果分析
2.4.1 纵梁挠度
相应各级荷载作用下跨中和1/4截面的挠度校验系数见表1。
从表1中可以看出, 该桥实测挠度与理论计算结果基本一致, 且实测值略低于理论值, 校验系数介于0.83~0.97之间, 满足相关规范要求。
2.4.2 主缆位移
各工况下主缆跨中挠度理论值与实测值对比如表2所示, 表中位移向上为正, 向下为负。
由上表可见, 主缆挠度实测值与理论值接近, 且多数测点的实测值均略小于理论值。
2.4.3 主塔位移
各工况下桥塔水平位移理论值与实测值对比如表3所示。
注:位移向河床方向为正。工况2时由于左岸风太大, 无法架设仪器, 因而未测到左塔位移值。
由上表可见, 主塔水平位移实测值与理论值接近, 且小于理论值。
2.4.4 应变
工况1纵梁跨中截面底缘应变实测值与理论值比较图见图4;工况2纵梁1/4截面底缘应变实测值与理论值比较图见图5。表中应变为正表示受压, 应变为负表示受拉。
根据上述静载试验成果可见, 该桥挠度实测值与理论计算值吻合良好, 挠度校验系数均介于0.8~1.0之间, 残余挠度较小。实测最大应变均小于理论值, 残余应变较小, 但工况2最大荷载作用下纵梁1/4截面下缘拉应变达到1 074με。取钢材的弹性模量为210GPa, 最大拉应变换算成应力为226Mpa, 加上恒载应力后, 将超过钢材的设计强度, 因而应力水平偏高。主缆挠度实测值均略小于理论值, 且增长规律与理论一致。主塔水平位移与理论分析结果较为吻合, 且小于理论值。根据上述结果, 可以认为该桥在试验荷载作用下基本上处于弹性工作状态, 结构工作性能良好, 但应力偏高, 在运营过程中须控制应力水平。
3 动载试验
3.1 脉动法
当桥跨结构无车辆通过时, 桥跨结构处于环境激振之下, 做振幅微小的振动[3]。脉动法是一种通过测试结构物因外部自然环境激励而引起结构物振动来确定结构物动力特性 (频率和振型) 的有效方法。本次脉动试验测试时间为深夜, 测试断面为1/4跨、跨中以及3/4跨。
3.2 车桥振动法
车桥振动方法是将车辆以不同车速通过不平整桥面 (跳车) 产生的振动作为激振源, 测试桥跨结构产生的动力响应, 利用车辆过桥后的余振分析得到桥跨结构的基频和振型。测试断面为1/4跨、跨中以及3/4跨, 由传感器拾取的信号通过电压放大器放大, 滤波后进入动态信号处理系统, 然后进行数据采集和处理。
3.3 动载试验成果分析
由于每一个测点拾取的时程信号都可经分析得到统一振型和相对应的频率值, 多个测点的结果可以相互印证, 经筛选和统计平均后可得到该桥的实测频率值。进行频谱分析, 得到各测点处统一振型的振幅和相位, 可进一步绘出该桥的振型图。
采用上述的测点布置和分析系统, 利用脉动和一辆总重为250k N的汽车分别以10km/h、20km/h以及30km/h的速度过桥以及刹车后的余振, 进行分析得到桥梁结构的实测模态参数结果 (频率和振型) 。实测模态结果与利用空间结构分析程序进行理论分析得出的模态结果对比见表4。
本次试验进行了多次脉动和车桥振动测试, 以验证结果的可靠度, 两种方法所得成果具有一致性, 表明试验结果具有足够的精度及可靠性。
通过对动载试验结果的分析处理, 并将动载试验结果与理论计算值进行比较可知, 动载试验实测的振型及频率与理论分析结果一致, 动载试验实测横向和竖向振型对应的实测频率均略高于理论计算值, 表明结构的实际刚度较理论计算刚度稍大。
4 结语
(1) 静载试验表明, 该桥实测挠度与应变绝大部分均小于理论计算值, 残余变形较小, 表明结构基本上处于弹性工作状态。
(2) 最大试验荷载作用下纵梁应力偏高。
(3) 动载试验表明, 该桥实测各阶频率值均大于理论计算值, 实测振型与理论分析一致, 表明该桥实际刚度较理论计算刚度稍大。
(4) 该桥刚度能满足设计要求, 但在设计荷载最不利工况作用下纵梁控制截面应力水平偏高, 应引起注意。
摘要：咱里大桥主桥为一孔119.5m浅加劲栓焊钢结构悬索桥, 荷载试验前采用大型通用结构分析软件和桥梁专用程序进行理论计算分析, 计算出结构在标准荷载和试验车辆荷载作用下的挠度、应变理论值等。静载试验测试了纵梁挠度及应变、主缆位移、主塔位移等, 动载试验采用脉动法和车桥振动法相互校核和验证。试验结果表明, 咱里大桥在试验荷载的作用下, 基本上处于弹性工作状态, 结构工作性能良好, 满足设计要求。
关键词：桥梁工程,静力荷载试验,动力荷载试验
参考文献
[1]周孟波.悬索桥手册[M].北京:人民交通出版社, 2003:440.
[2]于新华, 张皓.四川省大渡河泸定水电站咱里大桥荷载试验报告[R].长沙:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院, 2007.
某箱形连续梁桥静动载试验与分析 篇3
1 工程概况
甘肃省某箱形连续梁桥, 上部结构为3跨, 每跨25m, 桥梁全长83.8m, 桥面总宽19.0m (净14+2×2.5m) ;下部结构采用三柱式墩, 明挖扩大基础, 两岸桥台为肋板式桥台, 明挖扩大基础, 引道共长376.2m, 桥梁设计荷载为公路-Ⅰ级。根据《公路桥涵养护规范》 (JTG H 11-2004) 的规定, 对该桥梁进行了安全检查和健康评定。该桥立面图如图1所示。
2 测点布置
2.1 应变与挠度测点
为了满足鉴定桥梁承载力可靠度的要求, 选择能反映桥梁结构的最不利受力状态和最不利受力截面。截面抗弯、抗拉应变测点布置。设置在截面纵桥向应力可能分布较大的部位, 沿箱梁底布设, 以控制最大应力的分布。该预应力混凝土箱形梁桥应变测点位置和测点数量如图2所示。全桥设置了8个挠度测点, 沿桥梁一侧的1/2、1/4截面布置, 如图3所示。
2.2 混凝土强度推定测区
根据混凝土强度推定测区数量, 在箱梁、桥台、盖梁、桥墩等部件随机选取测区, 通过混凝土回弹仪采集强度数据。构件混凝土强度推定值见表1。回弹推定值满足设计要求。
MPa
2.3 温度测点
选择与大多数测点较接近的部位 (不参与受力部位) 设置了2处气温观测点。
3 静载试验荷载工况
在现场对箱形连续梁桥进行了静力荷载试验, 静力荷载试验车型轴距如图4所示, 轴重见表2。
t
位移和内力控制截面的选取是根据结构的位移和内力影响线来选定的, 按照最不利荷载位置进行布载、采集数据, 本次静载试验针对全桥L/4、L/2截面最不利情况加载, 分为九种工况。
工况一:Ⅰ号车后轴位于边跨1/2位置处加载;
工况二:Ⅰ号车后轴位于边跨3/4位置处加载;
工况三:Ⅰ号车后轴位于中跨1/4位置处加载;
工况四:Ⅱ号车后轴位于边跨1/2位置处加载;
工况五:Ⅱ号车后轴位于边跨3/4位置处加载;
工况六:Ⅱ号车后轴位于中跨1/4位置处加载;
工况七:Ⅰ号车和Ⅱ号车后轴位于边跨1/2位置处加载;
工况八:Ⅰ号车和Ⅱ号车后轴位于边跨3/4位置处加载;
工况九:Ⅰ号车和Ⅱ号车后轴位于中跨1/4位置处加载。
4 试验成果与理论分析
4.1 静载应变试验分析
为了能够准确地分析桥梁的整体受力规律及其使用性能, 本次计算采用“MIDAS-Civil分析程序”进行空间受力分析。
4.2 结构校验系数
根据“实测应变数据与理论模型计算数据”, 对最不利受力板块进行结构校验系数计算, 加载时各梁跨中界面下缘应变横桥向分布数据见表3。校验系数, 说明结构工作性能较好, 承载能力有一定富余, 有安全储备。
4.3 桥梁结构挠度
表4列出了桥面测点在各工况荷载作用下的最大挠度实测值和理论分析值, 挠度以向下为负, 向上为正。由表4可知, 桥面各控制截面在其最不利布载情况下的实测挠度值小于理论计算值, 挠度校验系数最大为0.93在试验荷载作用下, 各箱梁板静荷载挠度最大值为1.2mm, 小于规范允许值l/600 (l为简支梁 (板) 的计算跨径) , 满足了规范限值要求。
5 动荷载试验数据分析
利用MIDAS桥梁分析软件, 共计441个节点, 1031个单元, 建立有限元模型进行特征值计算, 图5~7为箱型连续梁桥前三阶模态图。通过有限元分析, 该桥的前三阶频率为:f1=4.434Hz;第二阶频率为:f2=5.548Hz;第三阶频率为:f3=6.335Hz。
动力荷载试验的目的在于研究桥梁结构的动力性能, 该性能是判断桥梁运营状况和承载能力的重要指标之一。利用动态信号测试分析系统采集脉动状态下桥梁结构的动力响应。图8为实测全程波形图。
通过理论分析计算和现场实测, 该桥的理论与实测自振频率汇总见表5。根据表5结果所示动荷载试验所测数据, 实测频率大于理论计算, 根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》第5.9.2条桥梁自振频率评定标准, 综合评定标度为1。
6 结论及建议
根据理论分析和现场调查、荷载试验结果, 对该桥综合评定得出以下结论:
1) 桥梁承载能力检定结论。通过现场进行的静载和动载试验, 理论建模计算结果和试验结果对比分析, 表明结构工作性能较好, 承载能力有一定的安全储备, 桥梁的整体性良好, 达到了现阶段设计荷载作用下的承载能力要求;
2) 桥梁技术状况评定结论和建议。通过对该桥梁的全面检查和分析表明:桥梁外观总体情况较好, 混凝土材料强度推定值达到了原始设计要求。依据《公路桥梁技术状况评定标准》 (JTGT H21-2011) , 桥梁评定等级为1级。
参考文献
[1]陈开利, 王邦楣, 林亚超.桥梁工程鉴定与加固手册[M].北京:人民交通出版社, 2005.
静动载试验 篇4
1 工程概况
新疆维吾尔自治区省道313线伊犁特大桥工程位于新疆西部重镇伊宁市西南、伊犁河谷腹地,起点与原省道313线伊宁市过境线终点相接,横跨伊犁河,终点与原省道313线相连,大桥全长1 820.52 m。
2 静载试验
2.1 试验荷载及测试项目的确定
全桥模型采用Midas/Civil建立有限元模型,通过计算荷载效率系数及弯矩包络图经过优化合并后,确定试验截面13个,其中主桥11个断面,引桥2个断面,分布在各截面的跨中和1/4跨,包括各截面的中载和偏载,确定的加载工况为18个,共选用12辆单辆、重约为300 kN的三轴载重货车充当试验荷载。
2.2 测量仪器及方法
主梁挠度变形采用拓普康DL-101C精密电子水准仪配合条码标尺测量。主梁应力测量方面,为比较电阻应变片与振弦式表面应变计的试验效果与工作效率,本次试验选定中跨跨中、中跨1/4两截面尝试采用SM-5A智能振弦式表面应变计配合MB6TL振弦式读数器测量,SM-5A型振弦式应变计通过改变钢弦的张力产生共振频率的变化来推算应变值,即应变量程。其余各截面仍采用电阻应变片测量,将纸基电阻应变片连接TDS-602应变采集系统测量应变值。应力测量截面测点布置如图1所示(以跨中截面为例)。裂缝观测采用读数显微镜观测。
在进行正式加载试验前,首先采用一辆加载车进行预加载试验,预加载持荷时间为20 min,使结构进入正常工作状态,并消除结构非弹性变形。预加载卸至零荷载,并在结构得到充分的零荷载恢复后,即进入正式加载试验。正式加载试验分别按加载工况序号逐一进行,如果结构控制截面的变位、应力(或应变)在未加到最大试验荷载前,提前达到或超过设计计算值,应立即终止加载。
2.3 结果分析与整理
因试验截面多,工况数多,限于篇幅仅将中跨跨中截面(K—K)、次中跨跨中截面(H—H)两截面的应变值列出(见表1,表2)。
从表1,表2中看出,用振弦式表面应变计测得各点实测值比电阻应变片量测值更为接近理论值,数据比较稳定,说明电阻应变片量测受环境人为等因素影响较大,测试精度不易保证,而振弦式表面应变计由于操作简单,受外界环境因素影响较小,测试精度高,测量效果好于电阻应变片。经测量,主桥最大挠度实测值均小于理论值,说明主桥刚度满足要求。
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通过对全桥数据的分析整理,各测试截面混凝土应变校验系数在0.792～0.854之间,结构挠度校验系数在0.510～0.912之间,主桥箱梁的偏载系数平均值为1.103,小于理论1.15,大桥各控制截面的强度,刚度满足要求,并有一定的安全储备;箱梁截面的抗扭刚度较大,残余变形满足要求,大桥处于弹性工作状态,桥梁结构的承载能力满足设计要求。
3 动载试验
3.1 脉动试验法测定桥梁固有振动特性
考虑到桥梁结构形式及Midas理论计算结果,以测点数量最少、位置尽量避开各阶振型节点的原则选择测点,在测点上安装CA-YD-109拾震器,配放大器及DASP动态数据采集分析系统,由便携机记录桥跨结构的脉动响应信号,最后由专用软件的信号进行处理。经测量,该主桥一阶频率为0.681 Hz,二阶频率为1.056 Hz,三阶频率为1.299 Hz,引桥一阶频率为2.948 Hz,二阶频率为3.806 Hz,三阶频率为4.639 Hz。
3.2 跑车试验法测定结构的动态响应
尽管现代车桥耦合振动理论有了很大的发展,但由于车辆动力特性的复杂性和参数的不确定性,桥梁结构阻尼的离散性和桥面不平的随机性,要通过理论分析来解决还比较困难,目前不得不借助试验的方法,通过经验的冲击系数来近似考虑桥梁的动力效应[3]。试验采用一辆重约30 t的载重汽车,在桥面无任何障碍的情况下,分别以10 km/h,20 km/h,30 km/h,40 km/h及50 km/h的速度驶过桥跨结构,根据控制截面测点在行车试验时记录的动挠度曲线来获得活动力系数,动挠度测量采用BJQL-4B桥梁挠度检测仪。表3给出了实测活载冲击系数(以9号孔为例)。
对全桥各控制截面实测结果分析得到,引桥的冲击系数μ=1.060 6～1.098 1;主桥的实测冲击系数在1.018 5～1.076 0之间。
3.3 跳车法测定结构的动态响应
试验时,让一辆300 kN试验车的后轮在主桥跨中位置从高度为15 cm的三角形垫木突然下落,从而对桥梁产生冲击作用,激起桥梁的竖向振动,测定此时桥梁跨中的激振频率及其相应的阻尼比。图2给出了8号孔3/4截面跳车加速度时程曲线。理论分析表明,阻尼比越大,说明桥梁结构耗散外部能量的能力越强,振动衰减的越快,即结构传递振动能力越差,或结构有结构性受力裂缝、材料匀质性差,反之亦然。此次试验测得主桥阻尼比在0.03左右,引桥在0.06左右,桥梁整体刚度较好。
4 结语
1)本次荷载试验能够反映桥跨结构在标准荷载作用下的受力性能。2)各工况试验荷载满载时,实测挠度、应力应变均小于理论计算值,校验系数满足“鉴定方法”中不大于1的要求,桥跨结构的强度和刚度满足要求,并具备一定安全储备。3)动载试验结果表明,结构实测的前三阶自振频率与跨径相近的同类桥梁相比,在正常范围以内,且均大于理论计算值,同时实测的阻尼比在常值范围以内,说明桥梁的总体刚度较大,结构传递振动能力及均质性较好;跑车作用下,桥梁结构动挠度和冲击系数较小,满足规范要求。4)在应力应变量测方法上,选用振弦式表面应变计比电阻应变片具有精确度高,测试数据稳定,重复使用率高,工作效率高等优点,适合于推广使用。
摘要：介绍了伊犁河特大桥成桥状态下评定大桥结构静动力特性的荷载试验,在静载试验应力应变的量测中,尝试用振弦式表面应变计替代电阻应变片,并比较两者间的效率和精度,对大桥的结构性能做出评价,并对荷载试验的发展提出建议。
关键词：荷载试验,性能评价,动态响应,振弦式表面应变计
参考文献
[1]余文华.公路特大桥动静载试验分析[J].工程与建筑,2007(22):462-463.
[2]谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社,2003:37-57.
[3]宋一凡,贺拴海.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京:人民交通出版社,2002.
[4]蒋新亭,再努拉.库尔班.国道314线库尔勒孔雀河大桥检测与荷载试验[J].山西建筑,2008,34(11):299-300.
静动载试验 篇5
角嵩路连续梁桥桥孔布置为26.94+2×33+26.94m, 如图1所示, 全桥平面位于直线上, 纵断面位于R=3000m的曲线上, 纵坡2.8%。本桥设计荷载等级为公路—I级, 地震基本烈度八度, 抗震构造措施按八度设防。
全桥为等截面单箱三室箱梁结构, 箱梁中心高度为1.9m, 顶板厚0.25m, 底板厚0.25m, 跨中腹板厚0.45m, 支点腹板厚0.6m, 顶板宽20.5m, 底板宽11.862m。主梁混凝土采用C50混凝土。
实施成桥静动载试验目的在于检验该桥的结构设计与施工质量, 为竣工验收提供重要依据;了解桥跨结构的实际工作状态, 判定实际承载能力, 评价其在设计荷载下的工作性能。通过动力试验了解桥跨结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力性能, 并进一步验证该桥结构设计理论和计算方法的合理性。
2 静载试验
桥梁静载试验是指将静止的荷载作用于桥梁上的指定位置, 测试结构的净应变、净应力以及净位移等, 从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力, 它是检验桥梁性能及工作状态 (如结构的强度、刚度) 最直接、最有效的办法。
为了较为客观的反应桥梁结构的使用性能, 静载试验采用现场试验方式。在试验之前进行相关的理论分析, 在此基础上制定周密的实施方案。理论计算结果作为衡量现场试验结果的理论依据。
2.1 静载试验工况和加载方式
静载试验加载位置与加载工况的确定, 主要根据设计控制荷载在主梁上产生的最不利弯矩效应值按0.80～1.05的效率系数等效换算而得, 并尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率[1]。同时, 应考虑简化加载工况, 缩短试验时间。理论计算采用有限元程序进行[2]。静载试验控制截面布置如图2所示。
根据计算结果, 确定出最不利加载的3种荷载工况如下:
工况I:对A截面边跨 (第一跨跨中) 最大正弯矩加载, 测试全桥各测点的应力及挠度, 及梁端转角。重点测试A截面各测点应力及挠度。
工况II:对B截面 (第6#墩顶) 内墩墩顶最大负弯矩加载, 测试全桥各测点应力及挠度。重点测试B截面各测点应力。
工况III:对C截面中跨 (第二跨跨中) 最大正弯矩加载, 测试全桥各测点的应力及挠度。重点测试C截面各测点应力及挠度。该工况同时为最大挠度加载工况。
2.2 加载效率分析
根据试验车辆产生的控制截面内力与设计荷载产生的控制截面内力之比, 可确定出本次荷载试验的加载效率, 见表1。
2.3 试验车辆荷载
按照桥梁设计荷载公路-I级加载[3,4], 考虑到加载车按车队布载需较多车辆, 本试验用汽车等效荷载加载, 本桥设计行车道数为4条, 按照《城市桥梁荷载设计标准》 (CJJ 77—98) 的规定车道横向折减系数为0.67, 车道的纵向折减不予考虑[5]。加载车道位置应选在结构能产生最不利的荷载效应之处。采用布载方式为4车道布载。
试验荷载拟采用的试验汽车在轮距、轴重、轮压方面模拟设计标准荷载, 试验前对加载车辆进行配重, 并对其称重编号。根据现场实际, 静载试验选择了6辆车, 各加载车辆的参数见表2。
注:表中轴距单位均为m, 轴重单位均为t。
2.4 静载试验应力与位移测点布置
主梁控制截面一般布置7个应变测点, 每个截面布置2个位移测点。位移测点均在箱梁控制截面底板中部两个腹板位置布置, 以测试在各工况荷载作用下梁体的挠度[6], 如图3、4所示。
2.5 静载试验结果及分析
从所得的测试数据分析[7], 得出以下结论:
1) 在各种荷载作用下, 主梁上各挠度测点在卸载后都能很快恢复到初始值, 说明主梁处于完全弹性状态。
2) 桥梁在汽车荷载作用下, 各截面应力测点校验系数在0.86～0.97之间变化, 符合规范要求, 实测最大拉应力1.414MPa, 理论计算最大拉应力1.505MPa, 实测最大压应力0.739MPa, 理论计算最大压应力增量0.849MPa, 各工况汽车荷载作用下的应力幅值均不大。应力增量实测值均小于理论值, 说明桥梁整体刚度较高, 满足设计和使用要求。
3) 挠度结构校验系数在0.82～0.96之间, 实测最大挠度3.10mm, 理论计算最大挠度3.23mm。实测值均小于计算值及规范允许值, 表明桥梁竖向刚度满足设计要求。
4) 实测梁端最大转角为0.00027rad, 理论计算最大转角为0.00035rad, 实测值均小于等于理论计算值, 桥梁投入运营后在设计行车速度范围内不会发生梁端跳车现象, 不会影响行车舒适感。
3 动载试验及分析
3.1 自振特性的理论计算值
利用建立的ANSYS有限元模型计算了该桥的前12阶自振频率。并提取前12阶频率。各阶自振频率及描述见表3。
从本桥前6阶振动频率和振型可以看出, 除一阶纵向桥墩弯曲振动外, 其余竖向及侧倾的频率相差不大, 大致交替出现, 说明箱梁结构的墩高、墩的纵桥向尺寸、梁高取值、横截面设计、顶底板厚度等都较为合理;主梁的自身扭转出现在第六阶, 表明主梁为箱形截面, 抗扭转刚度较大的特点;另外, 每个墩顶均设置双支座, 均有横向约束, 因而在主梁侧倾、横向弯曲的同时均伴随着主梁的小幅扭转, 这说明该桥满足横向稳定性要求。
3.2 实测自振特性
对该桥进行脉动试验, 分别在该桥各跨跨中沿线路中心线布置横向和竖向传感器, 传感器布置如图5所示。
通过对采集的脉动信号进行谱分析, 得到该桥的自振频率。实测自振频率与理论自振频率对比见表4。
从表4可知, 箱梁实测竖向基频4.179Hz, 理论计算基频4.4.147Hz, 实测横向基频5.913Hz, 理论计算基频5.733Hz, 实测结构自振频率均略大于理论计算频率, 这说明该桥的实际刚度略大于理论刚度, 桥梁的质量状况良好, 同时也说明该桥结构动力计算模式合理, 计算方法正确。实测主梁阻尼比2.78%～4.91%, 与一般桥梁阻尼比0.01～0.10接近, 属于正常范围[8]。
4 结论
1) 在各种荷载工况下, 主梁上各挠度测点在卸载后都能很快恢复到初始值, 说明主梁处于完全弹性状态。
2) 各种加载工况下, 主梁结构竖向位移与理论计算值基本吻合, 实测值均小于计算值及规范允许值, 表明桥梁竖向刚度满足设计要求。
3) 桥梁在汽车荷载作用下, 各截面应力测点校验系数符合规范要求, 各工况汽车荷载作用下的应力幅值均不大。应力增量实测值均小于理论值, 说明桥梁整体刚度较高, 满足设计和使用要求。
4) 实测结构自振频率均略大于理论计算频率, 这说明该桥的实际刚度略大于理论刚度, 表明该桥的质量状况良好, 具有良好的动力性能, 同时也说明该桥结构动力计算模式合理, 计算方法正确。
参考文献
[1]谌润水, 胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[2]吴鸿庆, 任侠.结构有限元分析[M].北京:中国铁道出版社, 2000.
[3]JTG D62-2004, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[4]JTG D60-2004, 公路桥涵设计通用规范[S].
[5]CJJ77-98, 城市桥梁荷载设计标准[S].
[6]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[7]宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京:人民交通出版社, 2002.
连续刚构桥静动载检测评定 篇6
关键词：连续刚构桥,静动载试验,检测,评定
1 前言
连续刚构桥不但具有桥面连续,行车舒适等优点,而且上部结构受力合理,能充分发挥高强材料的作用,有利于增大跨径,因此该桥型在近十几年来得到了广泛应用和大量的推广[1][2]。本文以福建南平常坑大桥为背景,介绍了该桥荷载试验方案的制定和实施,并通过实测数据与理论计算结果的对比分析,对桥梁施工质量进行检验,从而评定其承载能力,为桥梁竣工验收提供依据,也为同类型桥梁的静动载试验提供参考。
2 工程概况
南平常坑大桥工程项目为(4×35)m连续小箱梁+(60+100+60)m变截面连续刚构箱梁+(2×30)m连续小箱梁。其中主桥部分为(60+100+60)m大跨径连续刚构箱梁桥,本桥南平城区方向降坡1.5%,浦南高速出口方向降坡1.5%及2.4%。左右幅箱梁均设置1.5%单向横坡,总宽23m。设计汽车荷载等级为城-A,设计车速40km/h,人群荷载2.4kN/m2。设计洪水频率百年一遇,设计洪水位85.76m,通航水位77.06m。Ⅳ级航道,双向通航,航道净宽90m,净高8.0m。主桥主梁两端均采用牛腿结构,两侧引桥小箱梁均置于牛腿上,以利于美观。桥型布置图如图1所示。
主桥箱梁横截面为单箱单室变截面直腹板箱形断面,箱梁顶板宽11.25m,底板宽5.85m,箱梁梁体两翼板悬臂长度为2.7m,箱梁高度在桥墩支点处为5.5m,边跨现浇段及主跨跨中处为2.5m,箱梁梁底采用二次抛物线进行渐变,箱梁顶板厚25cm,在近中支点处加厚至50cm,箱梁底板厚度由跨中的27cm渐变至近墩支点处的74cm。
3 静载试验
3.1 加载工况和荷载效率
试验采用30吨左右的载重汽车8部,车辆为三轴重车,汽车车牌号、编号、轴重、轴距见表1。根据连续刚构桥和连续梁桥的受力特点[3][4]与南平常坑大桥的受力情况,确立的静载测试工况及荷载效率见表2。
3.2 测点布置
测试截面的选取及布置见图2～3,主桥选取截面为1-1(L/3截面)、2-2(5#墩墩顶)、3-3(6#孔跨中)作为测试截面,测试项目如下:
(1) 主桥5#孔L/3截面、5#墩墩顶截面与6#孔跨中截面在试验荷载作用下的应变;
(2) 主桥(5#孔～7#孔)控制截面(四分点)在试验荷载作用下的挠度;
3.3 试验结果及分析
理论分析采用Midas/civil有限元软件,采用变截面梁单元建立模型,分别对静载试验各荷载工况作用下的挠度和应变进行验算分析。主梁和主墩采用三维梁单元进行模拟。主梁与墩顶通过刚性连接来模拟,两边跨端约束其竖向、横向平动自由度和纵向、竖向转动自由度,主墩墩基结合部视为固定支座。模型箱形主梁沿纵桥向(全长220m)共划分78个单元、79个节点,二个主桥墩(5#、6#墩)共划分了52个单元、56个节点。引桥采用梁格体系的有限元计算模型,模型共划分1582个单元、1035个节点。
图4列出主桥主梁在荷载作用下各应变测点应变的实测值和理论计算值(其中负值为压应力,正值为拉应力)。荷载作用下主要测试断面的应变实测值变化规律与理论计算值变化规律基本一致,主桥控制点应变校验系数为0.50～0.60,引桥控制点应变校验系数为0.50～0.89,均符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》(报批稿)[5]规定的预应力混凝土梁桥的校验系数应为0.50<λ<0.90的限值要求。
图5列出了主桥主梁各工况下各挠度测点的实测值与理论值(挠度以向上为正,向下为负)。桥面变形规律与理论计算基本一致,主桥挠度校验系数为0.50～0.96,引桥挠度校验系数为0.44～0.90,主要测试断面挠度校验系数均大于0.60,符合文献[5]规定的预应力混凝土梁桥的校验系数应为0.60<λ<1.00的限值要求。
4 动载试验
桥梁结构在移动车辆荷载作用下会产生振动、冲击等动力反应,此时桥梁各部位除产生静态应力和静态变形外,还产生动态应力和动态变形,本次动载试验工况有:①自振测试;脉动法测量桥梁的竖弯、横弯和扭转的自振振型、频率和阻尼比。②无障碍行车;采用一辆重车加载,分别以10km/h、20 km/h、30 km/h、40 km/h的车速过桥。③有障碍行车;采用一辆重车加载,加载车分别以10 km/h、30 km/h越过一根位于测试断面的高10cm的障碍物。④刹车试验;采用一辆重车加载,加载车以30 km/h的速度行驶至测试断面时紧急刹车。
主桥面内基本动力模态见表3,根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》[5]中以实测自振频率评定桥梁结构技术状态的评判标准,对于常坑大桥,主桥的面内实测一阶频率与理论值之比为1.07,说明主桥处于较好状态。
5 结语
本次静载试验各控制截面在最不利荷载作用的静载试验效率η=0.91～0.95,退载后各测试截面应变基本可恢复,主桥最大相对残余应变为1.30%,主梁变形规律与理论计算基本一致,主桥挠度校验系数为0.50～0.96,主要测试断面挠度校验系数均大于0.60,面内实测一阶频率与理论值之比为1.07,以上测试结果表明常坑大桥主桥在试验荷载作用下结构整体工作性能良好,具有一定的安全储备。
参考文献
[1]陈宝春,桥梁工程[M],北京:人民交通出版社,2009.
[2]徐栋卿,许忠勇,齐岩.某V型刚构桥检测评定实例[J].广东土木与建筑.2008,12(12):51-52.
[3]吴建奇,郑晓,张婷婷.公路桥梁工程的动载试验研究[J].铁道建筑.2011,3:26-28.
[4]马耕,李子春,柯在田.某高速公路预应力混凝土梁桥的检测评估[J].铁道建筑2008,10:25-28.