特大桥工程桥梁荷载试验报告

特大桥工程桥梁荷载试验报告
目录
第一部分概述 (1)
1试验桥概况 (1)
2试验依据 (5)
3试验目的及内容 (5)
4主要仪器设备 (6)
第二部分检测方案 (7)
1主桥检测方案 (7)
1.1结构检算 (7)
1.2测点布置 (7)
1.3试验荷载 (10)
1.4静载试验工况及加载效率 (10)
1.5动载试验 (14)
2引桥检测方案 (14)
2.1结构检算 (14)
2.2测点布置 (14)
2.3试验荷载 (16)
2.4静载试验工况及加载效率 (16)
2.5动载试验 (19)
第三部分检测结果 (20)
1主桥检测结果 (20)
1.1静载检测结果 (20)
1.2动载检测结果 (48)
2引桥检测结果 (51)
2.1静载检测结果 (51)
2.2动载检测结果 (74)
第四部分结论 (79)
1主桥检测结论 (79)
2引桥检测结论 (80)
第一部分概述
1 试验桥概况
铜川市玉皇阁特大桥位于玉皇阁水库大坝下游约800米处，东接西铜公路，西接耀旬路，是铜川新区工业园区路网规划的重要组成部分和市重点招商项目华能电厂的运煤专线，同时也是陕西省实施西部大开发、加快公路基础设施建设的重点项目和铜川市“十一五”规划的重点建设工程之一。

该项目的建成对发展铜川经济、开发矿产、旅游资源、加快乡镇企业发展步伐，改善路网结构，提高道路通行能力，加强国防建设均有重要作用。

图1-1 铜川市玉皇阁特大桥
该桥全长1276m，跨径布置为（6×20）+3×（3×40）+（75+4×140+ 75）+（4×20）米，桥面宽度：净11 m+2×0.5 m护栏。

设计荷载等级为公路-I级。

（1）主桥
主桥为预应力混凝土连续刚构（联长710m）。

上部构造为预应力混凝土单箱单室变截面连续箱梁。

梁高由支点截面8 m渐变为跨中截
面3 m，底板厚从跨中截面0.32 m渐变为支点截面为1.0 m，梁高及底板厚度均按二次抛物线变化。

0号块顶板厚0.5 m，其余梁段顶板厚0.28 m。

箱梁顶板宽均为12.0 m，底板宽均为6.5 m，翼缘板悬臂长2.75 m 。

0号块腹板厚0.8m，1-11号梁段腹板厚0.6 m，14号梁段以后腹板厚0.45m，12-13号梁段由0.6m按直线变化0.45 m。

桥面铺装为6 cm厚沥青混凝土+8 cm厚C40混凝土（其中墩顶两侧各10 m范围内采用C40钢纤维混凝土）。

箱梁设纵、横、竖三向预应力，纵向束采用19、17、15φj15.24三种类型钢绞线，横向预应力束采用3φj 15.24钢铰线，竖向预应力采用φL32精轧螺纹钢。

主桥下部主墩高72-88m，采用双肢薄臂空心墩。

下部主墩高72～88m，均为2×6.5×3.0m双肢薄壁空心墩，边主墩承台为16.7×16.7×4.0m，下设16根φ170cm摩擦桩;中主墩承台为16.7×17.2×4.0m，下设12根φ170cm摩擦桩。

箱梁采用C50混凝土，主墩墩身与桥面现浇混凝土铺装采用C40混凝土，承台、护栏采用C30混凝土，桩基采用C25混凝土。

低松弛预应力钢铰线采用国家标准GB5224-2003的标准钢铰线,单根抗拉强度标准值为1860MPa，直径为15.2mm，面积为140mm2,弹性模量为1.95×105MPa，纵向预应力采用OYM锚具及配套设备、横向预应力采用BM型锚具及配套设备。

JL32精轧螺纹钢筋、R235、HRB335钢筋分别符合《预应留凝土用高强度精轧螺纹钢筋》（Q/12QT3949-2002）、《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB-13019-1991）和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499-1998）的规定。

主桥桥梁立面布置如图1-2所示，箱梁跨中及墩顶截面如图1-3所示，墩身横断面如图1-4所示。

（2）引桥
引桥上部结构采用20m和40m跨径的预应力混凝土先简支后连续箱梁桥，中间墩顶采用双排支座，40m箱梁负弯矩采用预应力钢筋连续，20米梁负弯矩采用普通钢筋连续。

桥面铺装为6 cm厚沥青混凝土+8 cm厚C40混凝土（其中40m箱梁墩柱两侧各5 m、20m箱梁墩柱两侧各3m范围内采用C40钢纤维混凝土）。

40m箱梁下部采用空心墩，最大墩高56m，根据墩高的不同采用两种不同尺寸。

20m箱梁下部结构采用柱式墩，墩高5.0～22.5m。

40m预制箱梁及其现浇接头和湿接缝采用C50混凝土，20m预制箱梁及其现浇接头和湿接缝采用C40混凝土，桥面现浇混凝土铺装采用C40混凝土，墩台、盖梁、耳背墙、承台、护栏采用C30混凝土，桩基采用C25混凝土。

低松弛预应力钢绞线采用国家标准GB5224-2003的标准钢绞线,单根抗拉强度标准值为1860MPa，直径为15.2mm，面积为140mm2,弹性模量为1.95×105Mpa,预应力采用OYM锚具及配套设备。

R235、HRB335钢筋分别符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》(GB-13019 -1991)和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499-1998）的规定。

支座采用板式橡胶支座GYZ和GYZF4系列产品，性能符合交通部行业标准
JT/T4-2004的规定。

该工程自2007年4月份开工建设。

建设单位为铜川市玉皇阁大桥管理处，施工单位中铁二十局集团第六工程公司，监理单位陕西高速公路工程咨询有限公司。

受铜川市公路局委托，陕西高速公路工程试验检测有限公司于2009年1月9～11日对玉皇阁特大桥主桥和引桥进行交工验收前的荷载试验工作。

本次检测任务主要为主桥、引桥荷载试验，其中引桥40m箱梁2孔、20m箱梁2孔。

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图1-2 主桥立面图
图1-3 主桥箱梁跨中及墩顶截面尺寸示意图图1-4 主桥墩身截面尺寸示意图
2 试验依据
本次荷载试验遵循以下标准、规范和相关技术资料：
（1）交通部：《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）;
（2）交通部：《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）;
（3）交通部：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）;
（4）交通部：《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000);
（5）交通部：《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）；
（6）交通部科研院：《大跨径混凝土桥梁荷载试验方法》.1982；；
（7）交通部：《公路桥梁承载能力检测评定规程（报批稿）》.2004；
（8）铜川市公路局提供的桥梁竣工图及相关资料；
（9）委托试验检测合同。

3 试验目的及内容
本次荷载试验目的如下：
（1）通过静载试验，测试桥跨结构在静载作用下的应变、挠度，观察裂缝的开展情况，评价结构构件的强度、刚度和抗裂性能；
（2）通过动载试验测定结构在动荷载作用下自振频率，评价结构的动力性能；
（3）根据静载和动载测试结果综合评价该桥的整体承载能力和施工质量。

本次荷载试验主要测试内容包括：
（1）桥梁上部结构最大正弯矩控制截面的混凝土应变及挠度；
（2）桥梁上部结构最大负弯矩控制截面的混凝土应变；
（3）桥梁上部结构最大剪力控制截面的混凝土应变；
（4）墩底最大弯矩控制截面的混凝土应变；
（5）试验过程中观测梁体有无新裂缝产生及原裂缝开展情况；
（6）桥梁结构前三阶固有频率及动力系数。

4 主要仪器设备
本次桥梁荷载试验采用的主要仪器、设备见表1-1。

表1-1 荷载试验采用的主要仪器、设备
第二部分检测方案
1 主桥检测方案
1.1 结构检算
根据主桥结构形式，采用桥梁结构分析专用程序GQJS进行结构内力计算。

主梁共划分了276个单元，墩柱划分266个单元。

主桥单元划分及模型建立如图2-1所示。

图2-1 结构单元划分图
1.2 测点布置
按照施工图提供的资料，对该桥的上部结构进行了详细的分析计算，使用桥梁分析专用程序GQJS9.6和MIDAS/Civil做出结构在基本活载和验算活载作用下的弯矩、剪力及位移包络图,确定主桥箱梁在活载作用下最不利截面正弯矩、最不利截面负弯矩及最不利剪力的具体位置，经分析后确定，在箱梁上选择下述测试截面作为本次试验的测试截面：
由分析得知在汽车荷载作用下15#墩附近截面剪力均为最大，且截面最小，因此选取1－1截面为测试截面;
由分析得知在汽车荷载作用下16孔2-2截面处正弯矩最大，且截面较小，因此选取2－2截面为测试截面;
由分析得知在在汽车荷载作用下17孔跨中正弯矩最大，因此选取
3－3截面为测试截面;
鉴于设计时一般将L/4或3L/4截面作为控制截面，因此荷载试验将3L/4截面作为附加测试截面，因此选择17孔4-4截面为测试截面；
由分析得知在汽车荷载作用下16#墩顶箱梁截面负弯矩最大，因此选取5－5截面为测试截面;
由分析得知在在汽车荷载作用下主桥第18孔跨中正弯矩最大，因此选取6－6截面为测试截面;
由分析得知在汽车荷载作用下17＃墩底处截面弯矩最大，因此选取7－7截面为测试截面。

测试截面应选择桥梁在使用活载作用下内力最不利的截面。

主桥各测试截面的选择见图2-2。

图2-2 主桥测试截面示意图
为了分析箱梁在试验荷载下的应力状况，在1-1截面中性轴处粘贴4个应变花；在2-2、3-3、4-4、5-5、6-6测试截面箱梁内壁混凝土表面各布置16个应变片，在7-7截面布置20个应变片。

全桥总计112个应变测点（未计入温度补偿片），如图2-3所示。

1-1截面应变片布置图 2-2截面应变片布置图
3-3截面应变片布置图 4-4截面应变片布置图
5-5截面应变片布置图 6-6截面应变片布置图
7-7截面应变片布置图
图2-3 主桥应变测点布置示意图
为了观测桥梁的变形情况，采用精密水准仪量测箱梁竖向变形，挠度测点设在桥面上。

由于墩顶变形小，因此可将墩顶作为基准点量测箱梁变形，根据实际竖向变位线形选择挠度数值较大可观测的3跨，沿纵桥向每跨选择3个截面（四分点两个、跨中一个），每个截面在桥面两侧护栏根部布置2个挠度测点，如图2-4所示。

全桥共设18个挠度测点。

15#
16#
17#12436587
109
1211
1413
1615
1817
18#
图2-4 主桥挠度测点布置示意图
1.3 试验荷载
根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定，静力试验荷载的效率系数η的取值范围为 1.05≥η≥0.8
其中 η＝Ｓstat/（Ｓ×（1+ μ））
经过计算确定，本次试验需要8辆载重汽车。

试验前须对每辆车都要进行配重，并记录下各辆车的实际轴重、总重、轮间距和轴间距。

配载后车辆参数如表2-1所示。

表2-1 试验拟用车辆参数表
1.4 静载试验工况及加载效率
与测试内容对应，主桥静载试验共分为15种试验工况，各工况采
用二列车队加载。

使用GQJS9.6程序作出各测试截面的内力和挠度影响线图，根据影响线可确定各工况中汽车荷载的位置如下：工况1：顺桥向按截面1－1（15＃墩支点附近截面）剪力最不利位置布载，横桥向中载。

工况2：顺桥向按截面1－1（15＃墩支点附近截面）剪力最不利位置布载，横桥向右偏载。

工况3：顺桥向按截面2－2（16孔0.347L处）正弯矩的最不利位置布载，横桥向为中载。

工况4：顺桥向按截面2－2（16孔0.347L处）正弯矩的最不利位置布载，横桥向为右偏载。

工况5：顺桥向按截面3－3（17孔跨中）正弯矩的最不利位置布载，横桥向为中载。

工况6：顺桥向按截面3－3（17孔跨中）正弯矩的最不利位置布载，横桥向为右偏载。

工况7：顺桥向按截面4－4（17孔3L/4截面）负弯矩的最不利位置布载，横桥向为中载。

工况8：顺桥向按截面4－4（17孔3L/4截面）负弯矩的最不利位置布载，横桥向为右偏载。

工况9：顺桥向按截面5－5（17＃墩顶箱梁截面）负弯矩最不利位置布载，横桥向为中载。

工况10：顺桥向按截面5－5（17＃墩顶箱梁截面）负弯矩最不利位置布载, 横桥向右偏载。

工况11：顺桥向按截面6－6（18孔跨中）正弯矩的最不利位置布载，横桥向为中载。

工况12：顺桥向按截面6－6（18孔跨中）正弯矩的最不利位置布载，横桥向为右偏载。

工况13：顺桥向按截面7－7（17＃墩底部墩身截面）弯矩最不利位置布载，横桥向中载。

工况14：顺桥向按截面7－7（17＃墩底部墩身截面）弯矩最不利位置布载，横桥向右偏载。

工况15：全桥异常变形观察工况。

按正弯矩最不利加载位置布置两车并排沿全桥慢速行驶。

观察荷载作用下不同部位的混凝土是否出现开裂现象及桥跨结构是否出现异常变形。

各工况车辆顺桥向布载位置如图2-5所示，各工况车辆横桥向布载位置如图2-6所示。

本次试验的加载效率见表2-2所示。

表2-2 主桥荷载试验效应与控制荷载效应的对比表
注：标准活荷载效计算考虑车道折减系数和冲击系数；试验荷载效应的计算值和标准活荷载效应的计算值中均未计入偏载的影响。

由表2-2可见，各工况测试截面在试验荷载下的弯矩值均超过设计荷载效应的0.8以上，低于上限值1.05，符合《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的规定，保证了试验的有效性。

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15#
16#
17#18#
对称
10
10
8
10
10
工况5、6/13、14 1.049/1.016
10
70
50
10
10
工况11、12 1.055
工况7、8 0.918
10
10
50
50
70
50
85
10
10
工况9、10 0.944
35
工况1、2/3、4 0.922/1.025
图2-5 车辆顺桥向布载位置示意图
180
130
180
中载偏载
180
130
180
50
图2-6 车辆横桥向布载位置示意图
1.5 动载试验
为了有效地得到试验桥的动力特性，先用有限元法对该桥进行动力分析。

选择主桥次边跨跨中截面作为测试截面，在该截面处安装加速度传感器测点。

动载试验工况：
工况1：一辆载重车以40km/h，匀速居中通过；
工况2：一辆载重车以50km/h，匀速居中通过；
2 引桥检测方案
2.1 结构检算
根据引桥结构形式，采用桥梁结构分析专用程序GQJS进行内力计算。

主梁分别划分了88和126个单元。

单元划分如图2-7所示。

20米箱梁桥单元划分图
40米箱梁桥单元划分图
图2-7 结构单元划分图
2.2 测点布置
引桥为等跨径20米和40米连续梁桥，应变测试截面选择在边孔
跨中截面、边墩的墩顶支点截面、次边孔的跨中截面，挠度测试截面选择在边孔和次边孔的跨中截面，如图2-8所示。

n±2#墩n±3#墩
n±4#墩
n±1#墩
图2-8 引桥测试截面示意图
引桥箱梁桥挠度和应变测点位置和编号见图2-9。

为了扣除支座变形对测量结果的影响，在两端支座处箱梁底板各布设一个挠度测点对支座变形进行观测。

图2-9 引桥箱梁测试截面位置示意图
2.3 试验荷载
根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定，静力试验荷载的效率系数η的取值范围为 1.05≥η≥0.8
其中η＝Ｓstat/（Ｓ×（1+ μ））
经过计算确定，本次试验需要6辆后载重汽车。

试验前须对每辆车都要进行配重，并记录下各辆车的实际轴重、总重、轮间距和轴间距。

配载后车辆参数如表2-3所示。

表2-3 试验拟用车辆参数表
2.4 静载试验工况及加载效率
与测试内容对应，引桥共分为7种试验工况，各工况采用二列车队加载。

使用GQJS9.6程序作出各测试截面的内力和挠度影响线图，根据影响线可确定各工况中汽车荷载的位置如下：
工况1：边孔最大正弯矩中载工况。

顺桥向按跨中截面最大正应力和最大挠度的最不利位置布载，横桥向对称布载。

工况2：边孔最大正弯矩右偏载工况。

顺桥向布载位置与工况1相同，横桥向为偏右布载。

工况3：边墩最大负弯矩中载工况。

顺桥向按支点截面负弯矩的
最不利位置布载，横桥向为对称布载。

工况4：边墩最大负弯矩右偏载工况。

顺桥向布载位置与工况3相同，横桥向为偏右布载。

工况5：次边孔最大正弯矩中载工况。

顺桥向按跨中截面最大正应力和最大挠度的最不利位置布载，横桥向对称布载。

工况6：次边孔最大正弯矩右偏载工况。

顺桥向布载位置与工况5相同，横桥向为偏右布载。

工况7：全桥异常变形观察工况。

按正弯矩最不利加载位置布置两车并排沿全桥慢速行驶。

观察荷载作用下不同部位的混凝土是否出现开裂现象及桥跨结构是否出现异常变形。

各工况车辆顺桥向布载位置如图2-10所示，各工况车辆横桥向布载位置如图2-11所示。

本次试验引桥20米和40米箱梁桥的加载效率分别见表2-4、2-5所示。

表2-4 引桥20米箱梁桥荷载试验效应与控制荷载效应对比表
表2-5 引桥40米箱梁桥荷载试验效应与控制荷载效应对比表
注：标准活荷载效计算考虑车道折减系数和冲击系数；试验荷载效应的计算值和标准活荷载效应的计算值中均未计入偏载的影响。

a 工况1，2加载车辆的顺桥向布置
6
支座中心线
b 工况3,4加载车辆的顺桥向布置
支座中心线
c 工况5,6加载车辆的顺桥向布置
支座中心线
20米箱梁桥顺桥向布载位置示意图
a 工况1，2加载车辆的顺桥向布置
支座中心线
b 工况3,4加载车辆的顺桥向布置
支座中心线
c 工况5,6加载车辆的顺桥向布置
支座中心线
40米箱梁桥顺桥向布载位置示意图
图2-10 车辆顺桥向布载位置示意图
a 各中载工况加载车辆的横桥向布置
180
180
130b 各右偏载工况加载车辆的横桥向布置
50
2号车4号车
1号车3号车
图2-11 车辆横桥向布载位置示意图
由表2-4、2-5可见，各工况测试截面在试验荷载下的弯矩值均超过设计荷载效应的0.8以上，低于上限值1.05，符合《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的规定，保证了试验的有效性。

2.5 动载试验
依据施工设计图，对试验桥梁进行结构动力分析，得到桥跨结构的振型图，确定加速度传感器的安装部位。

选择测试联边孔的跨中截面，在各测试截面安装竖桥向加速度传感器。

采用载重车辆以不同速度通过桥梁时产生的效应作为激振荷载，采集桥梁振动时的频率谱。

动载测试一般采用一辆加载车进行，测试分为两个工况：
（1）测试车辆以时速40公里/小时跑车通过测试联/孔； （2）测试车辆以时速50公里/小时跑车通过测试联/孔。

第三部分检测结果
为了确保计算的准确性，各桥荷载作用下的应力按空间有限元方法计算，采用MIDAS/CIVIL和结构静、动力分析通用程序JFDJ完成计算，内力和应变的计算值具有较高的准确性。

1 主桥检测结果
1.1 静载检测结果
主桥各工况在试验荷载作用下各测点的挠度实测值、计算值对比详见表3-1；各工况在试验荷载作用下各测点的应变实测值、计算值对比详见表3-2。

主桥各工况在试验荷载作用下各测点的挠度实测值、计算值对比曲线见图3-1；各工况在试验荷载作用下各测点的应变实测值、计算值对比曲线见图3-2。

表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
续表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
续表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
续表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
续表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
续表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
续表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
续表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
续表3-1 主桥各工况挠度计算值、实测值与校验系数
表3-2 主桥各工况应变计算值、实测值与校验系数
续表3-2 主桥各工况应变计算值、实测值与校验系数
图3-1 工况1-14各测点挠度实测值与计算值对比曲线。