桥荷载实验报告.docx
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桥荷载实验报告.docx
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桥荷载实验报告
第一章工程概况
新建长山大道起于已建长山大道与老340的交叉处,沿计划线位向南延伸,经云亭镇、侠客镇、祝塘镇,终点在文林接无锡市友谊路,全长20.5km,本次为一期工程,实施长度15.387km,终点与计划的暨南大道相接。
道路品级为双向六车道一级公路,设计速度100km/h,路幅宽度41.5m,含绿化带总宽度70m。
青祝河桥跨越计划五级航道青祝河,主桥为变截面现浇预应力混凝土持续梁桥,引桥为20m先张法空心板梁,桥面持续,桥梁全长312m。
主桥上部采用(40+65+40)m三跨预应力混凝土变截面单箱双室直腹板持续箱梁。
单幅桥宽为19m。
箱梁高度从跨中2.1m按二次抛物线转变至距中墩中心1.75m处的3.9m。
主桥箱梁在墩顶设置一道厚2m的中横梁,在边跨端部设置厚度为1.5m的端横梁,在主跨跨中设0.4m厚的跨中横梁。
箱梁底板横向维持水平,通过腹板高度转变形成单向2%的横坡。
主桥箱梁采用三向预应力体系。
主桥箱梁顶板厚度为0.28m;底板厚度由跨中的0.25m按二次抛物线转变至距桥墩中心线3.0m处的0.70m;箱梁腹板厚度在主跨跨中20.6m梁段和边跨17.94m梁段采用0.40m,中支点双侧各13m采用0.6m,腹板变厚段长8m。
为改善箱梁根部截面受力,在支点双侧周围的截面底板厚度局部加厚。
主桥持续箱梁采用支架分段现浇施工方式。
按照位置及功能的不同,将箱梁纵向预应力钢束分为腹板束、顶板束、底板束。
纵向钢束均采用两头张拉。
主桥纵向预应力采用17Φ、12Φ、9Φ规格的钢绞线束。
钢束张拉锚下控制应力采用σcon==1395MPa,个别钢束张拉锚下控制应力σcon=1370MPa。
纵向预应力管道采用塑料波纹管成形,纵向预应力损失计算中孔道误差系数K=,管道摩擦系数μ=,一端锚具回缩△=6mm。
横向及竖向预应力预应力采用金属波纹管成形,钢绞线预应力损失计算中孔道误差系数K=,管道摩擦系数μ=,一端锚具回缩△=6mm,钢束松弛率%。
主墩下部结构采用三柱式钢筋混凝土桥墩,每墩柱尺寸为2m×2m。
矩形承台,基础采用8根Φ1.5m的钻孔灌注桩基础。
主墩承台厚度为2.5m,平面尺寸为×6.5m。
主引桥之间的过渡墩为单排三柱式,墩顶设盖梁,盖梁中心高度1.6m,直径1.4m的墩下接1.5m的钻孔灌注桩。
全桥按上下行两幅布置,中间设3.0m中分带,桥梁总宽41m,单幅桥宽19m。
横向布置为:
0.5m(栏杆)+4m(慢车道)+1.5m(侧分带)+12.5m(行车道)+0.5m(护栏)。
设计荷载:
公路-I级。
C50混凝土:
容重:
25kN/m3;弹性模量:
。
图1-1主桥照片
第二章实验目的及依据
检测目的
(1)通过测定桥梁结构在实验荷载作用下的实际工作状态,查验桥梁的承载能力是不是知足正常利用状况的要求,为交(竣)工验收提供科学依据;
(2)测定桥梁结构的自振特性和在实验荷载作用下的动力响应,以评估实际结构的动力性能;
(3)通过荷载实验成立桥梁初始技术档案。
检测依据
(1)《公路工程技术标准》(JTGB01-2003);
(2)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004);
(3)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004);
(4)《公路工程质量查验评定标准》(土建工程)(JTGF80/1-2004);
(5)《大跨径混凝土桥梁的实验方式》(交通部公路科学研究所1982/10北京);
(6)《公路桥梁承载能力检测评定规程》(送审稿)交通部公路科学研究所2003年4月;
(7)《江阴市长山大道工程(一期)施工图设计第四册(第二分册)》东南大学建筑设计研究院,2007年7月。
第三章静动载实验实施方案
桥梁现状调查与检测
桥梁现状调查与检测包括两部份内容:
一是桥跨结构桥面线形;二是结构外观主要缺点和病害调查。
3.1.1桥面线形测量
桥面线形主要通过测量主梁桥面双侧控制点的高程取得。
主梁控制测点高程的测量,主如果利用桥梁施工时的高程控制网,选择最佳观测时段用电子水准仪直接进行测量,若是高程控制点破坏,可以设置参考高程控制点,通过全桥的相对高程来实现桥面几何线形的测量。
3.1.2桥梁外观检查
实验前后对桥梁进行必要的外观检查,检查的要点如下:
(1)检查箱梁外表面和内表面混凝土是不是存在蜂窝、麻面、空洞、破损、露筋等现象;
(2)检查箱梁外部的结构关键部位是不是存在结构性裂痕,若存在结构性裂痕需要测量裂痕的宽度和长度。
静载实验
3.2.1测试项目
按照该桥主要实验目的,对大桩号方向(祝塘镇方向)右边桥进行以下静载实验测试项目:
(1)4#墩与5#墩间边跨跨中周围截面的最大正弯矩效应和最大竖向挠度效应,分对称和偏载两种加载工况;
(2)5#墩与6#墩间主跨跨中截面的最大正弯矩效应和竖向挠度效应,分对称和偏载两种加载工况;
(3)5#主墩处外支点周围箱梁截面的最大负弯矩效应的对称加载工况;
(4)7#墩支座周围最不利剪力效应的对称加载工况。
3.2.2测试截面的肯定
利用桥梁结构分析专用程序Midas/Civil对该桥进行结构计算分析。
该桥单幅横向设计为4个车行道,计算时采用公路-I级荷载加载,按4车道布载,并依照规范取的横向折减系数。
活载作用下主桥的弯矩包络值如图3-1所示,按照主桥活载作用下的内力包络图,可肯定各测试控制截面,按照包络图最终肯定各控制截面具体位置如图3-2所示。
图3-1主桥活载作用下弯矩图
图3-2主桥测试截面位置示用意(单位:
m)
各测试截面的具体测试内容如下表3-1所示。
表3-1各测试截面测试项目表
截面编号
位置
测试项目
1-1
4号和5号墩间跨中附近
挠度、应力
2-2
5号墩外支点附近
应力
3-3
中跨跨中
挠度、应力
4-4
7号墩支点附近
应力
3.2.3测点布置
(1)应力测点
箱梁各截面的混凝土表面应力采用稳定性好、精度高并适合于野外环境的振弦式应变计进行测量,主要测试控制截面的应力散布规律和受力性能。
腹板的应变测点距离上翼缘和底板各5cm,在腹板高度内均布,各测点应变传感器布置示用意见图3-3至图3-6。
图3-3主桥1-1截面测点布置图
图3-4主桥2-2截面测点布置图
图3-5主桥3-3截面测点布置图
图3-6主桥4-4截面测点布置图(单位:
cm)
(2)挠度测点
主梁竖向挠度,通过在箱梁底面布置棱镜,采用徕卡2003全站仪进行三角高程测量,测点布置示用意如图3-7所示。
图3-7主桥各截面挠度测点布置图(全站仪)
3.2.4加载工况及实验荷载布置方式
(1)加载车型
静载实验采用30t车进行等效加载,车型如图3-8所示。
车队纵向位置按Midas/Civil软件计算的影响线进行布设,为保证明验效果,对于某一特定荷载工况,实验荷载的大小和加载位置的选择采用静载实验效率系数
进行控制,静力实验荷载的效率系数即为实验施加荷载产生的作用效应和设计荷载作用效应(考虑冲击影响)的比值一般应知足~之间。
静载实验效率
为:
式中:
为静载实验荷载作用下控制截面的内力计算值;
为控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值;
为按规范取用的冲击系数;
为静力实验荷载的效率系数。
图3-8重车加载车型图(尺寸单位:
cm)
(2)主桥加载工况及其荷载纵向布置
工况1:
4和5号墩之间跨中周围箱梁最不利正弯矩(挠度)的加载实验。
测试项目:
加载前、加载后及卸载后主箱梁1-1截面应力、挠度,加载图见图3-9和图3-10和3-11所示。
图3-91-1截面弯矩影响线
图3-10工况1车辆对称加载图
图3-11工况1车辆偏载加载图
工况2:
5号墩外支点截面负弯矩加载。
测试项目:
加载前、加载后及卸载后箱梁2-2截面的应力,加载图见图3-1二、3-13所示。
图3-122-2截面弯矩影响线
图3-13工况2车辆对称加载图
工况3:
5和6号墩之间箱梁跨中位置的正弯矩(挠度)的加载实验。
测试项目:
加载前、加载后及卸载后箱梁3-3截面应力、挠度,加载图见图3-14、3-15和图3-16所示。
图3-143-3截面弯矩影响线
图3-15工况3车辆对称加载图
图3-16工况3车辆偏载加载图
工况4:
7号墩支座周围箱梁最不利剪力的加载实验。
测试项目:
加载前、加载后及卸载后主梁4-4截面应力,加载图见图3-17、3-18所示。
图3-174-4截面剪力影响线
图3-18工况4车辆对称加载图
动载实验
3.3.1车辆鼓励实验
(1)测点布置与测量方式
按如实验方式,车辆实验的测试截面一般选择在活载作用下结构应变最大的位置,按照本桥结构的弯矩包络图特点,车辆鼓励实验观测断面布置在5#墩与6#墩间主跨跨中周围。
动应变采用美国BDI桥梁诊断测试系统(如图3-19所示)进行测试,测点如图3-20所示。
图3-19a动应力测试传感器
图3-19b美国BDI数据收集系统
图3-20动应力测试传感器布置图
(2)加载车型
车辆鼓励实验加载车型同静载实验。
(3)实验加载工况
车辆鼓励实验各加载工况如表3-2所示。
表3-2车辆鼓励实验加载工况汇兑表
工况序号
工况类型
车速
(km/h)
工况描述
工况1
1辆加载车行车试验
5
试验时,加载车以车速为5~25km/h匀速通过桥跨结构,由于在行驶过程中对桥面产生冲击作用,从而使桥梁结构产生振动。
通过动力测试系统测定测试截面处的动挠度与动应变时间历程曲线,以测得在行车条件下的振幅响应、动应变。
工况2
10
工况3
15
工况4
20
工况5
25
工况6
1辆加载车刹车试验
10
试验时,让1辆车以10~20km/h的速度匀速行驶至测试断面时实施紧急刹车,使其产生较大的制动力并对桥梁形成一定的冲击作用,以测得在刹车条件下的振幅响应、动应变。
工况7
20
工况8
1辆加载车跳车试验
10
在桥梁测试截面处桥面设置高度为4cm的障碍物,模拟桥面铺装的局部不平整或损伤状态。
试验时,让1辆加载车以10~20的速度匀速通过桥跨结构,在跨越障碍时对桥梁形成冲击作用,激起桥梁较大的竖向振动,测定此时桥梁在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动态响应。
工况9
20
3.3.2脉动实验
在桥面无任何交通荷载和桥址周围无规则振源的情况下,通太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发桥跨结构的微幅振动响应,测得结构的自振频率、振型和阻尼比等动力学特征。
加速度传感器在桥面横向布置在桥面双侧,测点布置如图3-21所示。
图3-21脉动实验传感器桥面纵向布置示用意
3.3.3实验处置方式
(1)自振特性测试
采用脉动法进行自振测试,由国家地震局工程力学研究所研制生产891-Ⅳ速度传感器作拾振器,放大装置采用与之匹配的DLF-8型四合一放大器,收集器采用东方所INV306DF智能信号收集处置分析仪,整个测试系统如图3-22所示。
图3-22测试系统组成框图
1频率分析
采用DASP软件分析系统对测试数据进行谱分析,按照有关自相关谱、彼此关谱、各点相位及相关连数肯定各阶频率。
2阻尼分析
结构阻尼系数用阻尼比Dn表示为:
(其中:
An表示第n次振动时的振幅)。
实验中采用频谱图中的半功率谱带宽来计算阻尼比Dn:
(其中:
表示第n阶频率,
表示第n阶半功率带宽频率)。
3振型分析
振型分析主要采用DASP软件分析系统作传函分析来肯定各测
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