(完整版)高墩大跨连续刚构桥施工技术研究报告之五.pdf

葫芦河特大桥静动载试验报告1 概述1.1 桥梁概况葫芦河特大桥是西部大通道包（头）北（海）线陕西境黄陵至延安段高速公路上的一座特大型桥梁，该桥起点桩号 K183+731.00，终点桩号为 K185+199.00,桥梁全长 1468.00m，桥面纵坡为 2%双向坡。K183+731.00K184+329.114之间的桥梁位于半径R=2500.00m的左偏圆曲线上，K184+908.710K185+199.00 之间的桥梁位于半径R=2500.00m的右偏圆曲线上，其余位于直线上，曲线线型由内外护栏调整。主桥上部结构为 90+3160+90m预应力混凝土连续刚构箱梁桥，由上、下行的两个单箱单室箱形断面组成，箱梁根部高度9.0m，跨中梁高 3.5m，其间梁高按二次抛物线变化。箱梁顶板厚度为0.28m，底板由跨中 0.30m 按二次抛物线变化为根部 1.1m，箱梁顶板宽 12.0m，底板宽 6.5m，腹板分别为 0.4m、0.6m，桥墩顶部范围内箱梁顶板厚度0.5m，底板厚 1.3m，腹板厚 0.8m，除桥墩顶部箱梁内设四道横隔板外，其余均不设横隔板。主桥两幅连续刚构箱梁均采用挂篮悬臂浇筑法施工，各单“T”箱梁除墩顶块件外，分20 对梁段，即 63.0+63.5+44+44.5m进行对称悬臂浇筑，桥墩上块件长12m，中孔合拢段长 2.0m，边孔现浇段长 11.0m。梁段悬臂浇筑最大块件重量163.0T，挂篮自重按 80t 考虑，挂篮与梁端悬浇块件重量比应控制在0.5 以内，中孔合拢段吊架重量控制在20T以内。主桥桥墩采用双薄壁空心桥墩。该桥采用纵、横、竖三向预应力。纵向预应力采用大吨位群锚体系。竖向预应力采用 32精轧螺纹粗钢筋，设计张拉吨位 540kN。所有预应力管道均采用预埋波纹管成形。全桥结构如图 5-1 所示。6#7#8#9#10#11#黄陵安延图 5-1 结构示意简图1.2 设计技术标准设计荷载：汽车-超 20 级、挂车-120 地震荷载：地震基本烈度6 度桥面净宽：2（净 10.75+0.5m 防护栏）+2.0m分割带温度荷载：箱梁体系温度升降40，箱梁合拢温度取20，日照温差按公路桥涵设计规范规定进行计算。2 试验的目的和依据2.1 试验目的 通过荷载试验，掌握新建桥梁结构的工作状况，判断桥梁的实际工作状况是否符合设计要求或处于正常受力状态。通过动载试验，掌握桥梁结构的动力性能。通过静动载试验分析和理论计算分析，对桥梁的使用承载能力及工作状况作出综合评价。静动载试验结果还可为桥梁维护提供原始数据，指导桥梁的正确使用和养护、维修。2.2 试验依据公路桥涵设计规范公路桥梁承载能力检测评定规程（报批稿）大跨径混凝土桥梁的试验方法 葫芦河特大桥施工设计图 国内外相关资料3 静载试验内容与方法3.1 试验内容3.1.1 静载试验桥跨的选取基于下列原则：该孔（或墩）计算受力最不利；该孔（或墩）施工质量较差，缺陷较多或者病害较严重；该孔（或墩）便于搭设脚手架及设置测点或试验加载实施；并综合所了解的实际情况，初步选择左幅桥延安方向的911 跨作为测试对象。3.1.2 测试截面的选取综合桥梁结构（连续刚构）受力特点与技术情况，通过计算分析活载包络图（图 5-2）并参考我方以往桥梁试验工作的经验，拟定以下截面作为承载能力试验的主要控制截面：第11 跨剪力截面（A截面）、第 11 跨正弯距（B截面）、第10 跨垮中截面（C截面）、第 9墩顶截面（D截面）、第 9 跨跨中截面（E截面）、9#墩墩底截面（F截面）共计 6 个测试截面。主要控制截面位置见图5-3。（注：以上截面均指桥梁的左幅。）图 5-2 活载弯距包络图EEDDCCBB延安陵黄11#10#9#8#7#6#FFAA图 5-3 主要控制截面位置示意3.1.3 测试项目与方法本次静载的基本测试内容如下：结构控制截面的最大挠度与变位；结构控制截面最大应力（或应变）；支点沉降与墩台位移等；裂缝的出现与扩展，包括初始裂缝的出现，裂缝的宽度、长度、间距、位置方向和性状，以及卸载后的闭合情况。根据桥梁调查情况，综合桥梁的技术状况，增加了如下的测试内容：桥跨结构挠度沿着桥长分布；桥跨结构挠度沿着控制截面桥宽的分布；支座附近结构斜截面的主拉应力；上述测试项目的测试通过下列方法实现：结构变形：采用百分表与精密水准仪进行测试；应变：采用美国进口的高精度、抗环境干扰能力强的振弦式应变传感器进行测试；裂缝：采用刻度放大镜进行观测，同时布置抗裂应变测点。3.2 静载试验加载 加载原则根据桥梁需要鉴定承载能力的荷载：汽车+人群（标准荷载）、平板或者履带车（验算荷载）、需通行的重型车辆，分别计算其对控制截面产生的最不利荷载效应（内力和位移），用产生最不利荷载效应较大的荷载作为试验控制荷载。本桥的试验控制荷载为汽超-20。由于时间紧迫，该桥试验时，沥青铺装尚未完成，对其影响的考虑采用等效模拟方法：依据计算结果在每个截面加载之前，放置 23 辆重车来等效沥青层的作用，然后开始截面试验，并且在整个过程中等效车辆保持不动。荷载试验应尽量采用与控制荷载相同的荷载。但是由于客观条件的限制，实际采用的试验荷载与控制荷载不同，本次拟采用30T 重车加载。为保证试验效果，在确定试验荷载大小与加载位置时，可以采用静力荷载试验效率控制。试验荷载效率=Sstat/S 应满足：0.851.05，其中：Sstat 为试验荷载作用下检测部位变位或力的计算值；S 为设计标准活载作用下变位或力的计算值；为设计取用的动力系数。试验加载采用分级加载的方式，共分3 或 4 级，1 级卸载。为保证测试数据的可靠性，每一加载工况进行2次，如果 2 次实测数据相差较大，则要进行第3 次加载试验。荷载试验选择在温度较为稳定的时间段进行，加载试验时间初步定在晚上10 点凌晨 6点。加载时间间隔必须满足结构变位达到稳定的要求，在前一级荷载阶段内结构变位相对稳定后，方可进入下一荷载阶段。同一级荷载内，结构最大变位测点在最后 5 分钟内的变位增量小于第一个5 分钟变位增量的15，或小于量测仪器的最小分辨值时，则认为结构变位达到相对稳定。但当进行主要控制截面最大内力加载程序时，加卸载稳定时间不应该少于15 分钟。在进行正式加载试验之前，先进行预加载，其目的是使结构进入正常工作状态，并检查全部观测仪器是否正常工作，试验装置的可靠性及工作人员的工作质量。试验加载安全监测试验加载过程中，实时观测结构控制截面的变位、应变，如果在未加到预计的最大试验荷载前，应力或变位提前达到或超过设计标准的容许值，应立即停止继续加载，查找原因，并对加载截面进行检查，观察是否出现裂缝及裂缝的走向和发展情况等。加载方式试验加载采用 30t 重车，根据控制截面的内力影响线，用加载车布载，使控制截面的力矩与标准活载作用下的设计力矩之比达到试验荷载效率的要求。图5-4、图 5-5 绘制出了 C截面弯距、D弯距影响线作为代表。表5-1 给出了加载车辆的详细信息。图 5-4 C截面弯距影响线（向上为正弯距）图 5-5 D截面弯距影响线（向上为正弯距）表 5-1 加载车轴重与轴距简图5 编号车辆类型前轮距 a 后轮距 b 横向轮距 c 前轴重后轴重总重（mm）（mm）（mm）（kN）（kN）（kN）1 单桥3900 1800 66 233 299 2 双桥3900 1300 1800 56 233 289 3 双桥3900 1300 1800 54 238 292 4 单桥3900 1800 51 249 300 5 双桥3900 1300 1800 68 235 303 6 双桥3900 1300 1800 54 260 314 7 单桥3900 1800 71 237 308 8 双桥3900 1300 1800 49 236 285 9 双桥3900 1300 1800 48 256 304 10 双桥3900 1300 1800 61 240 301 11 双桥3900 1300 1800 61 239 300 12 双桥3900 1300 1800 50 248 298 13 双桥3900 1300 1800 64 240 304 14 双桥3900 1300 1800 60 245 305 15 双桥3900 1300 1800 59 240 299 4 静载试验结果最大试验荷载作用下各截面试验荷载效率均在0.8561.044 之间，符合公路桥梁承载能力检测评定规程（报批稿）或大跨径混凝土桥梁的试验方法中 0.851.05 的要求。从应变角度看，在不同工况下各级试验荷载作用时各截面控制测点的实测应变与加载等级呈现良好的线性关系；在各级试验荷载作用下，梁体两侧平均应变沿着截面高度呈现很好的线性分布；实测的中性轴与理论相比基本一致或略有下降；应变横向增大系数，均不超过1.406,横向刚度较好；应变效验系数在0.541 0.771 之间，结构拥有一定的安全储备；最大相对残余应变为15.64%，大多数测点的相对残余应变较小，满足大跨径混凝土桥梁的试验方法中小于0.2 的规定。从挠度角度看，挠度基本上随着荷载效率系数的增大而线性增大；在最大一级荷载作用下，最大相对残余变位12.50左右，满足公路桥梁承载能力检测评定规程中不大于0.2 规定；中跨跨中最大挠度（横向均值）为22.6mm，小于规范中的L/600（266.7mm）；各截面挠度效验系数在0.544 0.808 之间，小于 1；跨中最大荷载下的全桥纵向挠度分布与理论基本一致，结构处于线弹性工作状态。从裂缝监控角度看，在各测试截面以及附近混凝土受拉区尚未发现新增裂缝。5 动载试验5.1 动载试验目的和内容动载试验主要用于了解桥梁整体结构的动力学特性，以判断桥梁的实际运营状况和实际承载能力。桥梁在运营过程中如果产生过大的振动，一方面会引起乘客或行人的不舒适感；另一方面会带来人们心理上的不安全感。桥梁的自振频率处在某些范围时，很容易由外载荷（包括行驶车辆、行人、地震、风载等）引起共振。通过桥梁动载试验测定桥梁动力学性能，可以对桥梁的实际动力性能、运营状况进行评价。本次动载试验测试内容主要包括桥梁自振特性测试、无障碍行车试验和跳车试验。桥梁自振特性测试是为了确定结构的自振频率和阻尼比。试验采用随机环境振动方法（即脉动试验方法），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，测定桥跨结构由于风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微小振动响应。无障碍行车试验是指在桥面无任何障碍的情况下，用 1 辆 30t 重车以 5、10、20、30、40、50、60km/h 匀速通过桥跨结构，测定桥跨结构主要控制截面测点的动应变、动挠度和横向、竖向振幅。跳车试验可以反映结构的整体工作状况，公路桥梁对桥面的平整度要求比较高，桥面不平整，会引起桥上车辆发生跳车现象，频繁的较大振幅的跳车振动对桥梁的耐久性是不利的，进行跳车试验的目的一是了解桥梁的竖向抗冲击性；目的之二是通过跳车试验，使结构激振起来，从而分析结构的振动特性。跳车试验时，1 辆 30t 重车的后轮在测试截面处从高15cm三角垫木突然下落对桥梁产生冲击作用，激起桥梁的竖向振动。5.2 动载试验结论动载试验结果表明：测试截面竖向振幅均小于公路桥梁承载能力检测评定规程（征求意见稿）规定的振幅限值3.0mm的要求。实测 B截面竖向弯曲为主的自振频率为2.129Hz，设计理论值为 1.97Hz，两者比值为 1.080，阻尼比（功率带宽法分析）为 1.762%;实测 C截面竖向弯曲为主的自振频率为1.252Hz，设计理论值为1.088Hz，两者比值为1.151，阻尼比（功率带宽法分析）为 1.762%；实测E 截面竖向弯曲为主的自振频率为0.732Hz，设计理论值为 0.732Hz，两者比值为 1.000，阻尼比（功率带宽法分析）为 1.156%；实测 E 截面横向向弯曲为主的自振频率为1.076Hz，设计理论值为1.025Hz，两者比值为 1.050，阻尼比（功率带宽法分析）为 1.031%。根据公路桥梁承载能力检测评定规程 规定，判定桥梁各部件的整体性能和技术状况属于较好状态；根据桥梁各部件的阻尼比，可以粗略判断桥梁结构无明显裂缝的存在情况，现场测试过程中也未发现裂缝的存在。桥梁的横向振动很小，不影响车辆运行的安全性和乘客舒适性。建议在桥梁实际运营中应做好桥梁的养护维修，保证桥面平整度的完好，尽量避免跳车现象，影响桥梁的耐久性。6 结论对葫芦河特大桥的静动载试验表明：该桥梁结构在设计荷载作用下具有良好的弹性恢复能力，且刚度满足设计要求，结构是安全的，安全储备较大。该桥满足汽超 20、挂 120 的设计使用要求。