52 成桥试验

云阳县G25公路高架桥荷载试验
1. 概况 (1)
2. 试验依据 (1)
3. 试验内容 (2)
4. 测点布置 (2)
4.1 静态试验测点 (2)
4.2 动力试验测点 (3)
5. 试验荷载及其布置 (4)
5.1 试验车辆的确定 (4)
5.2 静态试验荷载工况 (4)
5.3 静载试验加载控制 (6)
5.4 动载试验荷载 (6)
6. 试验仪器 (7)
7. 静载试验结果及其分析 (7)
7.1 应变测量结果及校验系数 (7)
7.2 挠度测量结果及校验系数 (10)
8. 动载试验结果及其分析 (11)
8.1 冲击系数测试结果 (11)
8.2 桥梁振幅测试结果 (15)
8.3 动力特性测定 (22)
9. 桥梁结构性能评定 (22)
9.1 桥梁静态性能 (22)
9.2 桥梁动态性能 (23)
附录一有限元分析结果 (24)
附录二部分试验照片 (34)
1.概况
G25号公路位于云阳新县城城东，是新县城滨江南路与云江大道的连接线，G25公路中的桥梁工程为一弧线形高架桥。

桥梁工程起点桩号为0+442.98，止点桩号为0+663.98，桥梁全长221米，桥面全宽20米。

全桥共有三联钢筋混凝土箱梁，桥梁基本情况如下:
（1）结构布置：（3×20米）+（20.5米+27米+20.5米）+（4×20米）。

（2）结构形式：上部采用钢筋混凝土箱梁，其梁高为1.5米，顶板厚0.22米，底板厚0.2米，腹板为0.5米4条等厚肋，箱梁两侧对称设置3米悬臂，
端部板厚0.15米，根部厚0.4米；桥墩为钢筋混凝土板式墩，桥台为桩
基、承台支撑的混凝土桥台。

设计采用《公路桥涵设计规范》（1989
合订本）。

（3）桥面宽度：15m+2×2.5m人行道=20米
（4）纵横坡：最大纵坡6%，横坡为单向2%
（5）曲率半径：最小68米。

（6）行车道数：四车道双向行车
（7）荷载等级：汽-20，挂车－100，人群3.5kN/m2
受云阳县建设委员会的委托，我检测中心于2006年11月5日至2006年11月15日对该桥进行了静动载试验。

通过试验，检验桥梁结构的设计理论和计算方法，检验桥梁结构的施工质量，为竣工验收提供依据。

2.试验依据
（1）《云阳县G25公路高架桥工程设计文件》
（2）《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）
（3）《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）
（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥设计规范》(JTJ023-85)
（5）《公路工程技术标准》（JTJ001-97）
（6）《公路桥涵施工技术标准》(JTJ041-2000)
（7）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》
3.试验内容
针对本桥特点，选择具有代表性的（20.5m +27m+20.5m）三联跨进行设计标准（汽-20，挂-100）的荷载试验。

主要内容如下：
3.1 静载试验
1)混凝土应力测试：边跨跨中、中跨跨中及墩顶负弯矩截面；
2)挠度测试：边跨跨中、中跨跨中、中跨1/4跨截面；
3)支座位移测试：桥梁活动支座位移测试。

3.2 动载试验
1)桥梁结构动力特性测试，测试该桥梁的自振特性；
2)振幅响应、动应力及冲击系数测试。

4.测点布置
4.1 静态试验测点
（1）应变测点
在跨中截面箱梁的底板和翼缘根部对称布设混凝土应变测点；在支座截面箱梁的底板和翼缘根部以及中性轴位置上对称布设混凝土应变测点。

如图1～3所示。

图1 试验控制截面布置图
图2 跨中1-1及3-3截面应变测点布置图（括号内为3-3截面测点编号）
图3 支座2-2截面应变测点布置图
（2）挠度测点
挠度测点布置如图4所示。

图4 挠度测点布置图
（3）裂纹观测
在各工况试验汽车荷载作用下，观测最大正弯矩、最大负弯矩及最大剪力截面是否有裂纹产生，如有裂纹产生，量测裂缝宽度。

4.2 动力试验测点
在1-1、2-2、3-3截面，各选取2个静态应变片作为动应变测点。

941B拾振器布置见图5～6所示，每个测点沿竖向、桥纵向和桥横向各布置一个传感器。

图5 动力特性测试拾振器布置图图6 动力反应测试拾振器布置图
5.试验荷载及其布置
5.1 试验车辆的确定
拟采用四辆重庆铁马250kN自卸车（车货共重）进行加载试验，加载之前需过磅，试验加载车见图7所示。

采用ANSYS有限元软件计算（见附录一），加载车对测试截面产生的效应与汽－20级标准车产生的效应见表1，其加载效率系数在85%以上，满足试验加载要求。

（a）车辆纵向间距（b）车辆横向间距
图7 试验车辆荷载
表1 试验加载效应与标准荷载效应
5.2 静态试验荷载工况
试验共采用四辆250kN汽车，横向分偏载和中载两种情况进行加载，纵向布置分为八种试验荷载工况，加载车辆布置见图8～13所示。

工况1：边跨跨中截面最大弯矩和挠度荷载布置，横桥向偏载；
工况2：支座较大剪力荷载布置，横桥向偏载；
工况3：中跨1/4跨截面最大弯矩和挠度荷载布置，横桥向偏载；
工况4：中跨跨中截面最大弯矩和挠度布置，横桥向偏载；
工况5：边跨跨中截面最大弯矩和挠度荷载布置，横桥向中载；
工况6：支座较大剪力荷载布置，横桥向中载；
工况7：中跨1/4跨截面最大弯矩和挠度荷载布置，横桥向中载；工况8：中跨跨中截面最大弯矩和挠度布置，横桥向中载。

图8 工况1、5车辆荷载布置
图9 工况2、6车辆荷载布置
图10 工况3、7车辆荷载布置
图11 工况4、8车辆荷载布置
图12 车辆荷载横向偏载布置
图13 车辆荷载横向中载布置
5.3 静载试验加载控制
为了加载安全和了解结构应变和变位随加载内力增加的变化关系，对桥梁主要控制截面内力的加载应该分级进行。

偏载时，各工况分别按单列车辆荷载递增，分两级实施：先左道两辆加载，然后右道两辆。

中载加载试验时不分级。

加载和卸载的持续时间一般以结构变形达到稳定为原则，如果5min的变位增量小于量测仪器最小分辨值，或结构后一个5min的变位增量小于前一个5min变位增量的15％，均认为结构变位达到相对稳定。

5.4 动载试验荷载
1)脉动测试
当桥上无汽车行驶和其他的周期性干扰力时，在风、地面微动等环境因素作
用下，桥梁所受的激励是平稳的各态历经宽带随机力，其响应的主谐量，是在其固有频率附近的振动，从而可以通过脉动测试以确定结构的固有频率。

2)跑车试验
250kN试验汽车沿外侧车道中线分别以20km/h、30km/h的速度均匀过桥激振，测量结构的振动响应。

3)跳车试验
在边跨跨中1-1截面和中跨跨中3-3截面设置10cm高直角三角木，斜边朝向汽车，模拟桥面障碍物。

一辆250kN的载重汽车以10km/h的速度越过障碍物，后轮越过三角木由直角边落下后，立即停车。

测量结构的振动响应，主要包括振幅响应、动应力。

跳车试验至少重复一次。

6.试验仪器
本次试验所使用的仪器设备，均通过有关计量部门检测鉴定，技术指标符合相关技术标准和规程、规范的要求。

主要仪器如下：
（1）静态应变测试：电阻应变计+静态电阻应变仪DH3815, με
1；
（2）静态位移测试：TOPCON水准仪DL-101C（0.1mm/0.01mm）；
（3）动应变测试：电阻应变计+DH5937动应变测试系统；
（4）动力特性测试：941B拾振仪及放大器+DH5737数据采集器；
7.静载试验结果及其分析
7.1 应变测量结果及校验系数
表2给出了工况1及工况5下3-3截面应变测点的应变实测值、理论计算值及校验系数；表3给出了工况2及工况6下2-2截面应变测点的应变实测值、理论计算值及校验系数；表4给出了工况3及工况7下1-1截面应变测点的应变实测值、理论计算值及校验系数；表5给出了工况4及工况8下1-1、2-2截面应变测点的应变实测值、理论计算值及校验系数。

从表可见，实测最大应变为με
31，相应应力为1.01MPa，测点的校验系数未超过1.0，说明该桥梁结构安全。

表2 工况1、5下边跨截面各测点应变值
表3 工况2、6下支座截面各测点应变值
表4 工况3、7下中跨截面各测点应变值
表5 工况4、8下中跨及支座截面各测点应变值
7.2 挠度测量结果及校验系数
工况1、工况5下边跨挠度测点1，2的测量结果、理论计算及校验系数见表6；工况3、工况7下中跨挠度测点1，2的测量结果、理论计算及校验系数见表7。

工况4、工况8下中跨挠度测点1，2的测量结果、理论计算及校验系数见表8。

从表可见，实测最大挠度为1.61mm，各测点的校验系数为超过1.0，说明桥梁刚度较好。

表6 工况1、5下边跨各测点挠度值
表7 工况3、7下边跨各测点挠度值
8.动载试验结果及其分析
8.1 冲击系数测试结果
采用DH5937动态电阻应变仪检测不同车速下1-1、3-3截面（跨中截面）的3、8、28、33号应变测点和2-2截面（支座截面）的15、21号应变测点，其冲击系数结果见表9，各种试验状态下的动态应变时程曲线见图14～25。

从表中可见，冲击系数接近规范值，说明该桥梁动态工作状态下的动力性能良好。

表9 DH5937动态电阻应变仪检测冲击系数试验结果
图14 20km/h跑车速度下3＃测点应变时程曲线
图15 20km/h跑车速度下8＃测点应变时程曲线
图16 20km/h跑车速度下15＃测点应变时程曲线
图17 20km/h跑车速度下21＃测点应变时程曲线
图18 20km/h跑车速度下28＃测点应变时程曲线
图19 20km/h跑车速度下33＃测点应变时程曲线
图20 30km/h跑车速度下3＃测点应变时程曲线
图21 30km/h跑车速度下8＃测点应变时程曲线
图22 30km/h跑车速度下15＃测点应变时程曲线
图23 30km/h跑车速度下21＃测点应变时程曲线
图24 30km/h跑车速度下28＃测点应变时程曲线
图25 30km/h跑车速度下33＃测点应变时程曲线
8.2 桥梁振幅测试结果
在边跨及中跨布置拾振器，测试跑车和跳车测试边跨和中跨的位移响应，测试结果的见表10，拾振器测得的各向位移时程曲线见图26-33。

从表中可以看出，跑车引起桥梁的竖向振幅在0.1～0.3mm之间，跳车引起的竖向振幅0.5～1.5mm 之间，说明桥梁的平整度不好对该桥的运营很不利；刹车引起桥梁的纵桥向振幅最大达1.0mm之间，因注意伸缩缝的维护。

同时，跑车引起横桥向较大的振动，振幅与跑车下的竖向振幅接近。

图26 20km/h边跨跑车下竖、纵、横向位移时程曲线
图27 30km/h边跨跑车下竖、纵、横向位移时程曲线
图28 慢速边跨跳车下竖、纵、横向位移时程曲线
图29 10km/h边跨跳车下竖、纵、横向位移时程曲线
图30 20km/h中跨跑车下竖、纵、横向位移时程曲线
图31 30km/h中跨跑车下竖、纵、横向位移时程曲线
图32 慢速中跨跳车下竖、纵、横向位移时程曲线
图33 10km/h中跨跳车下竖、纵、横向位移时程曲线
8.3 动力特性测定
按照动力特性测点布置图中布置的941B拾振器，采用脉动法测试桥梁结构的脉动位移曲线，再进行频谱分析得到桥梁结构的自振特性，并与有限元分析结果进行比较，结果见表11所示。

从表中可以看出，实测基频频率大于理论值，说明结构的动刚度较高，达到设计要求。

表11 自振基频实测值与理论值
9.桥梁结构性能评定
9.1 桥梁静态性能
（1）挠度校验系数
该桥的挠度校验系数均小于 1.0，且挠度值较小，说明桥梁的抗弯刚度满足设计要求。

（2）应变校验系数
该桥测试截面的主要测点应变校验系数小于1.0，说明该桥承载力满足规范要求。

9.2 桥梁动态性能
（1）冲击系数
跑车工况下的冲击系数测定值低于规范计算值 1.15，说明该桥正常工作状态下的动力性能满足设计要求。

（2）动力特性
实测基频频率大于理论值，说明该桥梁的动刚度较高。

（3）位移响应
正常跑车引起的振幅较小，说明该桥动刚度较好，满足正常使用要求；跳车引起较大的竖向振幅，刹车引桥较大的纵桥向振幅，因此，保持桥面铺装的平整和伸缩缝的清理维护，有利于该桥的桥梁正常使用。

综上所述，该桥满足正常运营的使用要求。

附录一有限元分析结果
工况1下桥梁挠度分析结果
工况1下桥梁应变分析结果
工况2下桥梁挠度分析结果
工况2下桥梁应变分析结果
工况3下桥梁挠度分析结果
工况3下桥梁应变分析结果
工况4下桥梁挠度分析结果
工况4下桥梁应变分析结果
工况5下桥梁挠度分析结果
工况5下桥梁应变分析结果
工况6下桥梁挠度分析结果
工况6下桥梁应变分析结果
工况7下桥梁挠度分析结果
工况7下桥梁应变分析结果
工况8下桥梁挠度分析结果
工况8下桥梁应变分析结果
边跨跨中偏载标准荷载下桥梁挠度分析结果
边跨跨中偏载标准荷载下桥梁应变分析结果
中跨跨中偏载标准荷载下桥梁挠度分析结果
中跨跨中偏载标准荷载下桥梁应变分析结果
附录二部分试验照片
试验桥梁
测试工程师正在指挥加载
测试工程师正在进行应变测试
测试工程师正在进行振动测试
安装就位的拾振器。