静动荷载试验（共6篇）
静动荷载试验 篇1
摘要：为判断桥梁实际承载能力是否满足设计荷载正常使用要求,以某匝道桥为例,详细介绍了桥梁动静载试验的控制截面确定、试验内容、仪器布置方式以及车辆加载位置等,计算得出该加载方案能够满足规范中关于荷载试验效率系数的要求。
关键词：静动荷载试验,试验效率系数,脉动试验,跑车试验
已建成桥梁工程中,由于设计的不合理或者施工不规范,造成结构自身存在一定的缺陷[1,2,3,4];或者由于桥梁在使用过程中,不断受到荷载作用、疲劳效应、环境腐蚀效应及材料老化等因素的影响[5],导致桥梁结构的承载力下降或者不足,使得桥梁结构的使用耐久性大大降低[5,6],在车辆超载及日常养护维修不到位的情况下,很容易发生桥梁事故[5]。故需要对桥梁结构进行检测,并进行静动载试验,以确定桥梁结构的使用性能及承载能力,保证桥梁的安全运营,并为日后的养护维修加固提供可行性建议[4,5,6,7]。除景区及人行通道桥外,车辆荷载是桥梁运营中的主要活载。因此,在进行桥梁荷载试验中主要采用三轴式装卸车作为试验荷载。
1 桥梁现状调查
试验前后对桥梁进行必要的外观检查,检查的要点如下[8]:①箱梁外表面混凝土是否存在蜂窝、麻面、空洞、破损和露筋等现象;②箱梁外部的结构关键部位是否存在结构性裂缝,若存在结构性裂缝需要测量裂缝的宽度和长度;③箱梁横向联系构件是否存在开裂,连接构件有无锈蚀、断裂、横移或倾斜错台;④墩台表面是否存在混凝土剥落、露筋、蜂窝麻面、结构裂缝等;⑤伸缩缝与桥面高差等,是否存在明显或严重缺陷。
2 荷载试验
2.1 静载试验
桥梁结构的静载试验是将静止的荷载作用在桥梁指定位置,以测量桥梁关键截面在荷载作用下的应变、位移以及其他所需项目,以判断桥梁的工作状态和承载能力[8]。
在进行荷载试验时,除应根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)规定对主要截面进行内力或位移检测外,还应根据桥梁实际情况增加相应截面检测。对控制截面加载情况进行理论计算是应保证荷载试验效率系数满足规范的要求,一般在0.95～1.05。同时在进行荷载试验时,应根据规范要求分别按偏载加载和对称加载两种加载方式进行加载实施,以判定在最不利工况下桥梁的实际工作状态。
2.2 动载试验
桥梁结构的动力试验是研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性,其测试数据是判断桥梁结构运营状况和承载特性的重要指标[7]。桥梁在移动荷载的往复作用下不仅受冲击荷载作用而且还受疲劳应力等影响。因此,在进行荷载试验时还应检测桥梁结构的动力特性,以达到以下目的:①通过动载试验,了解桥跨结构的实际振动频率、阻尼比及冲击系数等动力特性值;②通过动载试验实测动力特性值和理论计算值进行对比分析,对桥梁实际承载能力和工作状况作出综合评价,
动载试验内容主要包括自然脉动试验和行车激振试验。自然脉动试验是根据桥梁在自然环境下受风荷载、地脉动等随机荷载作用下而产生振动的原理,桥梁结构的自振频率、阻尼比、振型等自振特性参数的一种方法。行车激振试验包括跳车试验和跑车试验。跳车试验是将一定高度的减速板置于主跨跨中,安排一辆试验车辆后轮越过减速板后即制动,采集桥跨结构在跳车荷载作用下的速度时间历程响应曲线,测试桥梁在冲击力作用下的振动频率。跑车试验是将试验车辆以不同速度从桥上驶过,根据实测动挠度-时间曲线,计算得到桥梁的实际冲击系数。
3 工程实例
3.1 工程概况
某互通式立交H匝道桥现浇混凝土连续梁桥,桥梁全长82.53m。上部采用4m×20m四跨混凝土单箱双室斜腹板连续箱梁。全桥按单幅布置,横向布置为0.5m(防撞护栏)+10.5m(行车道)+0.5m(防撞护栏),采用C50混凝土。箱梁高度1.2m。桥面设置向6%的单向横坡。主桥箱梁顶板厚度为0.25m;底板厚度为0.25m;箱梁腹板厚度在中跨跨中梁段和边跨跨中梁段采用0.441m,中支点两侧变化为0.6m。桥墩采用双柱式钢筋混凝土桥墩,每墩柱直径为1.2m,桩基直径为1.8m。桥台采用柱式桥台,基础采用2根Φ15m的钻孔灌注桩基础。设计荷载:汽车-超20、挂车-120。
3.2 静载试验方案
3.2.1 加载车型。
静载试验采用40t车进行等效加载,车型如图1所示。
3.2.2 测试截面的确定及工况。
利用桥梁结构分析专用程序MIDAS/Civil和桥梁博士对该桥进行结构计算分析。该桥单幅横向设计为2个车行道,计算时采用汽车-超20、挂车-120荷载加载,按2车道布载。根据计算所得弯矩及剪力包络图最确定各控制截面具体位置如图2所示。
注：尺寸单位为cm。
注:单位为m同图3〜5
工况一至工况四静载效率系数如表1所示。
3.2.3 测点布置
①应变测点。箱梁各截面的应变测量采用振弦式应变计进行测量,主要测试控制截面的应力分布规律和受力性能。各测点布置示意图见图3、4。
②挠度测点。截面2-2、4-4主梁竖向挠度,通过在箱梁底面布置测点,采用位移计来量测的,测点布置示意图如图6所示。
③支座沉降测点。量测桥梁在试验车辆荷载作用下的跨中最大挠度,需进行支点沉降的修正。此次试验通过在桥梁墩台支座处箱梁底面布置1个位移计测点,来考虑支座沉降的影响,测点布置示意图如图7所示。
4 动载加载方案
4.1 跑车试验测试方法测点布置
跑车试验的测试截面布置在各跨跨中位置,车辆激励试验加载车型同静载试验。由于该桥位于市区范围内,车辆分别以10～40km/h的速度通过桥梁,各种速度下分别采集桥梁动应变历程曲线。
4.2 跳车试验测点布置
跳车试验测点布置在试验桥跨的跨中截面,共计4个测点;利用工程力学振动所的891-Ⅱ型磁电式速度传感器进行测量。车辆激励试验加载车型同静载试验。
4.3 脉动试验测试方法与测点布置
加速度传感器在桥面横向布置在桥面两侧,各跨跨中位置。
5 结语
本文对运营中的城市立交桥外观检测及桥梁结构荷载试验实施方案进行了研究,确定了桥梁外观检测的主要内容,以及静载试验加载方式、加载截面、测点布置和试验工况等;动载试验测试内容及目的、脉冲试验和跑车试验。此方案对在役城市立交的结构进行检验,以确保桥梁结构额安全运营,并为桥梁结构日后的养护维修提供建议。
参考文献
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[4]孙丽娟,王为林,刘兵伟.某大桥现场静载试验与分析[J].低温建筑技术,2015(10):88-90.
[5]陈剑云.李家沙特大桥斜拉桥结构的动静载试验研究[D].广州:华南理工大学,2014.
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[7]杨红霞.预应力桥梁动静栽试验及研究[D].武汉:武汉理工大学,2002.
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[9]周立强.某拱桥静载和动载测试与安全分析[D].杭州:浙江工业大学,2013.
某市政桥梁静动载试验研究 篇2
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
湘江北大桥西引桥静动载试验分析 篇3
静载试验是通过测试桥梁结构在试验荷载作用下的控制截面的应变、位移或裂缝, 分析判定桥梁的承载能力。动载试验是通过测试桥梁在动载作用下的响应, 分析桥梁的频率、阻尼和振型等模态参数, 根据动力响应和模态参数进行桥梁承载能力评定。采用静载试验评定桥梁承载能力的方法是最成熟且传统的方法, 动载法以往是和静载法结合使用的。
本文以湘江北大桥西引桥为例, 介绍空心板梁桥的静动载试验, 并对该桥的实际承载能力作出评估。
(一) 工程概况
长沙市湘江北大桥是319国道的一座特大桥, 大桥总长3616.66m, 其正桥长2355.9m。正桥由东引桥、主桥和西引桥 (即银盆岭大桥) 组成。西引桥部分共l7孔, 每跨采用l6m简支梁结构, 桥面净宽26.6m, 其中机动车道4×3.95m, 非机动车道2×3.65m, 人行道2×1.5m, 桥梁设计荷载为汽车—20级, 挂车—100级。桥梁上部结构均采用梁高为70cm的预应力混凝土空心板, 其中1号中板19块, 2号中板2块, 边板2块, 混凝土设计标号为C40。下部结构为钻孔灌注桩双柱式墩台, 西引桥横断面布置如图1所示。
本次荷载试验选择靠湘江西岸的四跨。
(二) 荷载试验
1. 试验内容
(1) 简支梁跨中挠度检测; (2) 中跨跨中截面应力检测; (3) 边跨跨中截面应力检测; (4) 动载试验; (5) 模态试验。
2. 测点布置
(1) 挠度测点布置:挠度测点布置在每跨跨中空心板梁底缘, 如图2所示。
(2) 应力测点布置:应力测点布置与挠度测点布置相同。
3. 试验荷载及荷载布置
静载试验采用12辆试验车, 装载后每辆车的总重及轴重略有不同, 但相差不大, 取平均值后每辆车装载后总重150kN, 前轴50kN, 后轴100kN。静载试验共六种工况, 荷载布置如图3和图4所示。
4. 试验结果
(1) 挠度检测结果:桥梁上部结构的挠度值是反映构件整体性能, 工作状态的一项重要指标, 若构件实际的挠度值小于允许规定的挠度值, 则说明桥梁处于良好的工作状态;若是构件实际测试的挠度值大于规范允许的挠度值, 则说明桥梁整体刚度减小, 将会影响结构的正常使用。同时构件也会产生过多的裂缝和较明显的桥梁振动, 由挠度的检测可知桥梁结构的工作性能和施工是否达到设计要求, 也可确定桥梁运营的可靠性。现将六种工况下的跨中挠度实测值与设计计算值相比较, 结果汇总于表1。
(2) 应力检测结果:利用试验仪器采集其各梁跨中截面应变值, 然后利用公式σ=Eε, 把应变换算成梁底混凝土应力, 把该值与设计计算值相比较, 即可知结构受力安全与否, 从而对其承载力进行评估。现将六种工况下的梁底混凝土最大应力的测试值与设计值相比较, 结果汇总于表1。
(3) 卸载前后位移值:见表3。
(4) 动载试验结果。动载试验主要是测量移动荷载作用下桥梁结构的动态响应, 本次动载试验采用两辆15t的载重车, 车辆分别以30km/h、50km/h的车速通过桥面, 实测加速度频谱曲线如图5所示。根据实测加速度频谱曲线图, 可得到该桥自振频率为5.5Hz, 比理论计算的4.3Hz稍大。
(5) 裂缝观测结果:在试验荷载作用下, 经检测空心板梁跨中下缘及梁端主拉应力区未发现裂缝。
(三) 试验结论
在静荷载试验中, 用挠度、混凝土应力的校验系数以及相对残余变位评定该座桥的承载能力, 校验系数η指荷载试验实测效应与相应的计算效应之比。
1. 挠度分析:
由表1可知, 在工况六对称荷载作用下, 跨中挠度最大值6.98mm, 其挠跨比为1/2292, 远小于规范允许值 (l/600) 。最不利工况荷载作用下的挠度校验系数为0.96, 满足预应力混凝土的挠度校验系数0.7~1.0的要求。实测挠度值均小于设计计算值, 因此, 桥梁的刚度具有足够的保证。
2. 应力分析:
由表2可知, 最不利工况荷载作用下的应力校验系数为0.89, 满足预应力混凝土应力校验系数0.6~0.9的要求。实测值基本上小于理论计算值, 说明材料的实际强度较高, 混凝土桥面铺装及人行道等与主梁共同受力, 理论计算的简化模型偏于安全, 桥梁结构具有一定的安全储备。
3. 残余变形分析:
由表3可知, 工况六荷载作用下梁的挠度最大, 卸载后可得控制测点的残余变形, 最大的相对残余变位值为12.56%, 小于允许值20%, 说明结构处于弹性工作状态。
参考文献
[1]宋一凡.公路桥梁荷载试验及结构稳定[M].北京:人民交通出版社, 2002.
[2]张俊平.桥梁检测[M].北京:人民交通出版社, 2002.
某箱形连续梁桥静动载试验与分析 篇4
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.
静动荷载试验 篇5
关键词：静载试验,动载试验,挠度,应变
1 桥梁概况
为了全面检测预应力连续T梁的强度、刚度和承载能力并进行综合评定, 对该大桥进行静动载试验是非常全面而且有效的办法[1]。全桥孔跨布置为 (4×40 m) + (3×40 m) + (3×40 m) + (42 m+70 m+42 m) + (4×40 m) + (4×40 m) , 其中 (42+70+42) m部分采用预应力混凝土连续梁。桥梁荷载等级为公路Ⅰ级, 结构设计安全等级为一级。图1为连续T梁立面图。
2 数值模拟分析
大桥采用midas civil进行建模计算。首先在修正模型基础上进行运营荷载组合计算, 得到相应最不利断面, 确定实验和检测断面。实验前计算出各控制断面的内力影响线以确定加载车辆及如何布置。接下来根据具体的加载方案利用有限元软件计算得出在荷载作用下各测点的挠度、应变值和桥梁的自振频率。图2为桥梁的有限元模型。
3 静载试验
3.1 测点布置
根据规定[2], 选择如下项目作为主要加载测试项目:试验加载截面为1~4截面, 具体布置见图3。
1) 挠度测点。应用全站仪对挠度检测点进行监测, 在第一孔跨中位置共布置6个挠度监测点, 位置见图4。2) 应变测点。共布置11个混凝土应变监测点, 分别在跨中、L/4截面箱梁内部布置混凝土应变计。具体位置见图4~图7。
3.2 静载试验加载工况
根据规定[2], 静力试验荷载可按控制内力、应力或变位等效原则确定。静力荷载试验效率介于0.95~1.05之间。经过等效计算, 确定选6辆45 t重车进行加载试验。经过分析后确定分2个加载工况进行加载。工况一为对跨中截面最大正弯矩对称加载;工况二为对支点截面最大负弯矩对称加载。各工况加载效率均在95%以上。试验过程按照分级控制加载的方式进行加载, 采用一次慢速有序方式加载。
3.3 静载试验结果分析
静力荷载试验结构校验系数, 是试验荷载作用下测点的实测弹性变位或应变值与相应的理论计算值的比较, 见表1。
可见, 在试验加载满载下, 实测最大挠度为5.21 mm (向下) , 卸载后桥跨结构恢复良好。实测挠度分布总体上与理论分布趋势基本一致, 挠度显著区段的挠度实测值均小于计算值。各工况加载下挠度响应显著截面的挠度结构校验系数在0.595~0.740之间, 与同类桥梁相比, 结构校验系数分布正常。
由检测应变结果可知, 各工况加载下试验截面控制部位应力结构校验系数在0.695~0.929之间。试验加载中出现的最大实测拉应变 (增量) 为61με, 最大压应变 (增量) 为-10με, 应变增量值较小。卸载后应变恢复正常。
4 动载试验
4.1 脉动试验测试
本试验测试跨主线桥孔跨布置为4×40 m预应力T梁, 试验过程中选取一个敏感测点作为固定不动的测点, 即参考点。根据本桥特点共计布置4组, 每组采样至少30 min, 测试点布置见图8。
4.2 跑车试验测试
试验时加载车以一定的车速匀速行驶于待测桥跨之上, 由于加载车在桥上行驶过程中对桥面产生一定冲击作用, 会对桥梁结构激发出受迫振动。因此可以测得在行车条件下的桥梁的振幅响应和冲击系数。行车试验以20 km/h, 40 km/h不同行车速度通过桥梁, 每个车速均进行2次试验, 测试桥梁的振动响应;根据待测桥梁测点, 跨中布置测试点, 见图9。
试验采集数据点采用在连续梁跨中控制截面梁底布置磁力式速度传感器并采用积分器进行积分, 将速度信号转换成动挠度, 并采集行车过程当中各个测点的动态应变位波形曲线。
4.3 制动试验测试
制动试验使用静载测试的加载汽车, 分别以20 km/h, 40 km/h的速度进行刹车, 刹车位置定在控制截面位置, 刹车后车辆媳火, 待数据采集波形衰减结束, 方可驶出桥面。测试点的具体布置同行车试验。
4.4 自振特性测试结果
根据规范中的公式[3]及建模计算, 得到预应力连续T梁的竖向理论基频为2.39 Hz, 冲击系数为0.138。图10为经midas civil理论分析得到预应力连续T梁的一阶振动理论振型图。
同时进行随机脉动信号的采集, 由于测试过程中, 仪器存在零漂以及外界的干扰, 分析时对信号作了高低通滤波处理。通过对脉动影响信号作FFT分析, 得各测点的位移功率谱。进一步进行宽带随机响应的互相关分析, 做出跨中的竖向振动的自互功率谱, 从而识别得到预应力连续T梁的实测竖向基频为3.13 Hz, 实测阻尼比为0.005 95。
4.5 动力响应测试结果
强迫振动试验条件下, 测试结果列于图11~图13。
跑车试验条件下, 各种车速下桥梁结构主频几乎没有变化, 且就整个大桥来说, 由于大桥跨度较大, 桥梁的主振型是3.0 Hz以内的低阶振动, 桥梁的受迫振动振幅处于较低的水平。
5 结语
通过对预应力连续T梁静动载试验研究与状态评估可得到如下结论:1) 在静载试验作用下, 挠度实测值与计算值的变化规律一致, 并且校验系数在0.595~0.740之间, 说明结构的实际刚度大于计算刚度, 满足设计要求。2) 在静载试验作用下, 应变实测值与计算值的变化规律一致, 并且校验系数在0.695~0.929之间, 说明结构的实际强度大于计算强度, 结构具有足够应力储备。3) 实测桥梁模态振型结果和计算结果有很好的吻合性, 且桥梁自振实测值略大于计算值表明结构刚度较大, 说明桥跨刚度满足设计要求。4) 实测阻尼比分布在0.01~0.1之间, 在合理的范围之内。5) 试验过程以不同的车速跑车、刹车作用时, 没有发现动应变急剧增加并在相当长的一段时间内保持很大数值的现象, 说明桥面总体较平顺。
参考文献
[1]交通部公路科学研究所.大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].北京:人民交通出版社, 1982.
[2]交通运输部公路科学研究院.公路桥梁承载能力评定规程[M].北京:人民交通出版社, 2011.
静动荷载试验 篇6
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.