公路桥梁荷载试验综述
公路桥梁荷载试验综述
陈榕峰,宋
丹,高
鹏
(长安大学公路学院,陕西西安710064)
摘要:桥梁荷载试验是桥梁承载力评价中最有效、最直接和最有说服力的方法。通过介绍桥梁静载试验及动载试验的
《交通标准化》2006年第10期
方法和步骤,并对具体的桥梁荷载试验进行分析计算,即可推算出桥梁的承载力状况。
关键词:桥梁荷载试验;承载力评价;校验系数;中图分类号:U448.14;U446
文献标识码:A
文章编号:1002-4786(2006)10-0028-03
AnOverviewonBridgeLoadExperimentation
CHENRong-feng,SONGDan,GAOPeng
(SchoolofHightway,Chang′anUniversity,Xi′an710064,China)
28COMMUNICATIONSSTANDARDIZATION.No.10,2006
Abstract:Themosteffective,directandconvinciblemeansofevaluatingbridgecarryingcapacityis
loadexperimentation.Theintroductiononmeansandstepsofstillloadexperimentationandactiveloadexperimentationandtheanlysisonloadexperimentationofabridgeishelpfulforevaluatingthecarryingcapacitystatusofthebridge.
Keywords:bridgeloadexperimentation;carryingcapacityevaluating;verifycoefficient1
前言
随着国民经济持续迅速的发展,我国的交通运输事业也迎来了一个辉煌灿烂的发展时期。截至
万座。然而由于我国桥梁设计标准普遍比较低,且长期缺乏必要的养护维修,再加上公路交通量的不断增加,使用过程中的损坏、老化日趋严重,桥梁的整体安全性不容乐观(参见表1)。
为了确保桥梁的安全性和耐久性,适应公路运
2005年,中国公路总里程已达190万km,高速公路
总里程超过了3.5万km,公路桥梁总数也超过了33
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%泥混凝土中粗集料的公称最大粒径≤37.5mm时,行标对所用设备中钢垫条和三合板垫层的名称混凝土拌和物的取样量≥50kg,混凝土中粗骨料公为GBJ81-85中的名称,GB50081-2002已分别改称最大粒径>37.5mm时,混凝土拌和物的取样量≥为垫块和垫条。国标对采用非标准试件测得的强度
值做出了换算规定,而行标不采用非标准试件。。其中,对粒径,国标采用圆孔标准筛,行100kg”
标采用方孔标准筛。11圆柱体试件劈裂抗拉强度试验
该试验国标与行标等同。其中,行标的适用范9抗折强度试验
国标中抗折强度计算精确至0.1MPa,行标中围增加了现场芯样并对芯样的长径比做出了具体限
定。称其为抗弯拉折强度,计算精确至0.01MPa。同
时,国标中规定,当混凝土等级≥C60时,宜采用标准试件,使用非标准试件时,尺寸换算系数应由试验确定;而行标则规定此时应采用标准试件。
以上是笔者对水泥相关试验规程使用上的一些初步认识,如有不妥之处,请批评指正。
收稿日期:2006-03-03
10劈裂抗拉强度试验
表1
近六年全国危桥基本情况
式中:ηq———
静载试验效率系数;年份
永久性桥梁座数
危桥座数危桥所占比例(%)SS———静载试验荷载作用下的控制截面内力座数
延米
座数
延米
按座数
按延米
计算值;
1999230778800566144511604911.9322000240630
8655112
5176186632
2.152.16S———
控制荷载作用下控制截面最不利内力200128411710649704101313579093.573.36计算值;
200229939711612187108043910433.613.37μ
———按规范采用的冲击系数。200331077312466143104433784393.363.04文献[1]中规定,静力试验荷载的效率系数ηq
2004
3216261337641613303468888
4.14
3.51
取值范围为0.8≤ηq≤1.05。
输载重量不断发展的需求,充分利用现有的公路桥荷载试验中车辆的横向布置一般取对称于桥面梁,使之能继续安全地为公路运输服务,就必须在中心线布置的中载和距人行道或安全带0.5m的偏载桥梁荷载试验和理论分析计算的基础上,对桥梁做两个工况进行。
出最有效、最直接和最有说服力的承载力评价,为2.3静载试验结果分析与评价
桥梁竣工验收和桥梁正常运营养护提供技术依据。
校验系数η
是桥梁结构静载试验的主要评价指2静载试验
标。所谓校验系数,是指某一测点处静载的实测值2.1荷载试验内力或位移控制的选定
与理论计算值的比值。当η=1时,说明实测值与理在外观检测基础上选择桥梁施工质量较差、缺论值完全相符;当η<1时,说明结构工作性能良好,陷较多或病害较严重且计算受力最不利的孔或墩为有安全储备;当η>1时,说明结构工作性能差,安荷载试验孔。几种常见主要桥型的加载试验截面及全储备不足。常见桥梁校验系数如表3所示。
内容如表2所示。
表3
常见桥梁校验系数
表2
几种主要桥型的加载试验截面及内容
桥梁类型应变(应力)校验系数
挠度校验系数
桥梁型式加载位置及内容
钢筋混凝土板桥0.20~0.400.20~0.50简支梁主梁跨中正弯矩及挠度
钢筋混凝土梁桥0.40~0.800.50~0.90连续梁支点负弯矩、中跨跨中正弯矩及挠度、边跨1/4L正弯矩
及挠度
预应力混凝土桥0.60~0.900.70~1.00悬臂梁支点负弯矩、悬臂端挠度、挂梁跨中弯矩及挠度、锚圬工拱桥
0.70~1.00
0.80~1.00
跨跨中正弯矩及挠度
拱桥拱顶弯矩及挠度、1/4L弯矩及挠度、拱脚弯矩
3动载试验
刚架桥中跨跨中正弯矩及挠度、边跨1/4L正弯矩及挠度、墩顶桥梁动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结
水平位移、墩底弯矩
构的振动,然后测定其固有频率、阻尼比、振型、悬索桥加劲梁跨中、1/8L、3/8L内力及挠度、塔脚截面内力、主缆内力
动力冲击系数等参量,从而判定桥梁结构的整体刚度、斜拉桥
中跨跨中弯矩及挠度、支点沉降、塔顶水平位移、塔行车性能。激振方法一般是让试验车辆按10km/h、
脚内力、索力
20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的速度
2.2试验控制荷载的确定
匀速无障碍地通过桥梁,在桥梁上进行刹车试验以在确定试验控制荷载时,可先计算出桥梁结构
及让车辆越过10cm~15cm高的障碍进行跳车试验。在设计荷载下控制截面所产生内力(或变形)的最不通过对动载试验结果的处理并与理论计算值进行比利值作为对应截面的控制荷载,并求出该截面的荷较分析,可为桥梁结构动力性能评价提供依据。
载内力影响线;然后尽量选用与控制荷载相同类型4工程实例的荷载,利用其内力影响线对结构进行最不利布4.1
工程概况
载,即可求出试验荷载。为保证试验效果,在选择雁塔路立交桥是西安市上跨南二环上的一座重
试验荷载的大小和加载位置时,采用静载试验效率要立交桥,结构型式为三孔箱式通道。桥面布置系数:
为:净0.5m(路缘石)+净18m(行车道)+净2.25m(人η行道q=
S)。设计荷载为:汽-超20级;验算荷载为:()挂-120。桥梁概貌及其控制截面如图1所示。
《交通标准化》2006年第10期
29COMMUNICATIONSSTANDARDIZATION.No.10,2006
其他截面的各工况挠度校验系数在31%~67%之间,各挠度校验系数平均值在44%~57%之间,应变校验系数在26%~98%之间,应变校验系数平均值在
65%~79%之间。
根据雁塔立交桥频谱图,经数据分析,可得上部结构三阶频率实测值。结构自振频率实测值与理
4.2
测点布置
在测试截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ及Ⅲ-Ⅲ的位置搭设
论计算值的比较如表6所示。
表6
项目
一阶
理论值实测值
二阶
三阶
自振频率的试验值与计算值的比较
自振频率(Hz)
支架,在跨中受拉区域相应位置凿除局部砼保护层,应变测点均布设在受力主钢筋上;在受压区域,应变测点均布设于砼表面。在Ⅰ-Ⅰ截面及Ⅲ-Ⅲ截面
《交通标准化》2006年第10期
梁底位置布置机电百分表观测结构竖向变位。全桥共布置应变测点15个、挠度测点10个。
5.8986.6405
10.15910.3229
13.77713.1602
4.3试验方案
4.3.1静载试验
静载试验采用300kN的加载车4辆,根据测试截面内力影响线,纵桥向分别按Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ及
将跑车工况中测得控制截面的最大动挠度与相应的静挠度(挠度中值)相比,得到冲击系数为
1.0754。此外按文献[2]的规定,可求得结构冲击系数理论值为1.2976。5
结论
在相当于汽车-超20级,挂-120荷载作用下,静力试验结果如下:
Ⅲ-Ⅲ截面最不利布载,并分为横桥向中载和偏载共六种工况。加载效率如表4所示。
表4
控制截面
项目
静载试验效率系数
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试验荷载效应汽车-超20级设计效率系数(%)
效应(kN(kN・・m)①m)②①/②
a)由挠度测试结果可见,挠度实测值明显小于
理论值,说明桥梁结构整体刚度较大;
Ⅲ-Ⅲ截面弯矩Ⅱ-Ⅱ截面弯矩Ⅰ-Ⅰ截面弯矩
10402460522
10802370554
96.3103.894.2
b)应变测试结果表明,桥梁结构仍处于弹性工
作阶段,应变校验系数在正常范围内,有一定的承载力安全储备;
4.3.2动载试验
动载试验采用1辆300kN的加载车辆分别以10km
c)动载试验结果表明,基频试验值大于理论计
算值,这说明结构动力特性满足要求;
/h、20km/h、30km/h的速度匀速无障碍地通过桥梁。
4.4试验成果分析
本桥结构分析采用大型有限元通用程序ANSYS
进行。结构分析按梁格法用梁单元离散,共计6213个单元、2402个节点。
限于篇幅,本文仅列出试验荷载作用下Ⅲ-Ⅲ截面中载挠度和应变计算对比分析,如表5所示。
表5Ⅲ-Ⅲ截面中载挠度与应变计算值及实测值对比分析表
项目测点位置左一左二正中右二右一
实测值(mm)
挠度
应变
计算值校验系平均校实测值计算值校验系平均校
数(%)验系数(mm)数(%)验系数(μ)(μ)εε
(%)(%)④③/④③④③/④
d)实测冲击系数1+μ=1.0754,较计算值1.2976
小。参考文献
[1]交通部规划研究院.公路旧桥承载能力鉴定方法
(试行)[M].北京:人民交通出版社,1998.
[2]JTGD60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].[3]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.
[4]戴公连,李德建.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].北京:人民交通出版社,2001.
作者简介:陈榕峰(1980-),福建龙岩人,长安大学桥梁与隧道工程专业硕士研究生;宋丹(1981-),江苏睢宁人,长安大
③1.041.852.221.930.79
2.574.174.673.621.97
4144475340
45
4884714531
561071178838
8679605182
72
学桥梁与隧道工程专业硕士研究生;高鹏(1981-),陕西韩城人,长安大学桥梁与隧道工程专业硕士研究生。收稿日期:2006-04-20