东风桥检测试验报告9.9
报告编号：C CTC-2013J093
新邵县小塘镇东风桥
技术评定及荷载试验报告
湖南城市学院土木工程检测中心
2013年09月
新邵县小塘镇东风桥
技术评定及荷载试验报告
委托单位：邵阳市新邵县交通局
检测单位：湖南城市学院土木工程检测中心
项目组成员：周术明刘灵勇刘海平曹泽峰熊加斌方列兵
报告撰写：刘灵勇
项目负责：
技术负责：
审核：
批准：
检测资质：湘GJC乙031
本报告共33页（含本页、目录，不含封面）
声明：
1．本报告涂改、错页、换页、漏页无效；
2．检测单位名称与检测报告专用章名称不符者无效；
3．本报告无检测、审核、技术负责人签字无效；
4．本报告未经书面同意不得复制或作为他用；
5．如对本检测报告有异议或需要说明之处，可在报告发出后15天内向本检测中心书面提出，本检测中心将于7日内给予答复。
检测单位：湖南城市学院土木工程检测中心
地址：湖南省邵阳市益阳大道238号
邮编：413000
电话：0737-*******
目录
1 工程概况 (1)
2 检测组织情况 (2)
3 检测依据 (3)
4质量保证 (3)
5 静载试验 (4)
5.1 静力分析计算 (4)
5.2 试验工况 (5)
5.3 试验荷载确定 (5)
5.4 静载试验加载及卸载程序 (5)
5.5 试验终止条件 (6)
5.6 测点布置与观测方法 (6)
5.7 静载试验车辆及车辆布置 (7)
5.8 静力荷载试验效率 (9)
5.9 静载试验数据处理及试验结果分析 (10)
5.10静载试验结果评定 (13)
6 动载试验 (14)
6.1 试验目的 (14)
6.2 试验仪器 (14)
6.3 试验内容 (15)
6.4 测点布置 (15)
6.5 测试结果 (15)
7 荷载试验结论 (19)
8 外观实体检测 (19)
8.1 检测目的 (19)
8.2 检测内容和方法 (20)
8.3 检测结果 (22)
9 桥梁总体技术状况评定 (27)
9.1 总体技术状况等级评定 (27)
9.2 结构安全评估 (28)
10 结论及建议 (29)
附件一检测工作照片 (30)
1 工程概况
东风桥位于新邵县小塘镇，路线编号X039430522，中心桩号为K6+166。修建于1979年元月，桥梁为八孔浆砌块石板拱桥。桥跨为7×15.34m+4m，桥梁全长133.2m，桥梁全宽9.3m（净宽6.5m +2×1.1m人行道+2×0.30m栏杆）。板拱圈厚70cm，拱上填料25cm，填充密实。栏杆为浆砌块石；人行道板用石头铺砌而成。桥面无排水管，利用人行道侧边沟排水；桥面纵向坡度为0%，桥面横向坡度为2%，桥面为泥结碎石桥面，下部结构为浆砌块石圬工重力式桥墩和浆砌块石圬工桥台。桥轴线与水流方向交角为90度。
主要设计标准：
(1)设计荷载：公路—Ⅱ级；
(2)桥面宽：净6.5m(行车道) +2×1.1m(人行道)+2×0.30m(栏杆)
(3)桥面横坡：行车道为双向2.0﹪；
(4)通航等级：不通航；
(5)设计洪水频率：1/100；
(6)地震动参数：地震动峰值加速度为0.05g。
桥梁概貌见图1.1；主拱横断面简图见图1.2，全桥侧立面示意图见图1.3。
图1.1 东风桥概貌图
图1.2 主拱横断面图（尺寸单位：cm）
图1.3 全桥侧立面示意图（尺寸单位：cm）
为了解结构在荷载作用下的实际工作状态，综合分析判断该桥结构的承载能力和使用条件，确保桥梁在正常营运时的使用安全；为了加强政府对工程质量的监督控制职能，做好工程评定工作，受邵阳市新邵县交通局委托，湖南城市学院土木工程检测中心于2013年9月7日对该桥进行了动静载试验及技术评定检测。
2 检测组织情况
整个工程质量检测工作由邵阳市交通建设质量安全监督管理处组织，委托湖南城市学院土木工程检测中心对该项目进行动静载试验及技术评定质量检测，由建设单位与检测机构签定检测合同，实行检测工作责任制。在检测工作开始前，先由检测机构编制检测方案计划，经邵阳市交通建设质量安全监督管理处与建设单位认可后，再按检测方案计划实施。参加检测的人员有刘灵勇、周术明、刘海平、曹泽峰、熊加斌、方列兵等，由周术明负责全面工作。检测工作期间，建设单位给予了大力支持。
3 检测依据
本次试验检测主要依据的技术规范及设计文件如下：
1、交通部《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2004)；
2、交通部《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)；
3、《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ T23-2011)；
4、交通运输部《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）；
5、交通运输部《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）；
6、交通部《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）；
7、中华人民共和国行业标准，《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）；
8、中华人民共和国行业标准，《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；
9、交通部基本建设质量监督总站编，《桥涵工程试验检测技术》，人民交通出版社，
2004年；
10、东风桥相关设计图纸及资料。
4质量保证
为了确保技术评定与荷载试验达到既定的目的，满足桥梁质量评价依据的需要，将采取以下措施保证圆满成功：
（1）对技术评定用到的尺寸测试仪器，在测试前进行严格标定，按相关规范要求采集足量的测试数据，确保数据记录清楚、真实。对全桥各构件进行详细检查，对发现的病害进行标记拍照，必要时应报告检测负责人，对病害进行详细测试，并判断病害的影响。
（2）在满足荷载试验要求的前提下，保证桥梁结构的安全。因此，荷载试验的效率系数不宜过大，同时注意局部受力情况，避免局部荷载集中。对试验数据进行必要的
实时处理分析，及时判断结构在各级荷载下的响应是否正常，防止结构出现非正常的受力损伤或局部损坏，影响桥梁的承载能力和今后的正常使用。
（3）前期理论分析做到准确、细致，尽量反映桥梁目前的实际受力和变形。
（4）对荷载试验测试位移的仪器，在测试前进行严格标定。测试数据主要由系统自动采集，确保数据采集的快速和准确，记录清楚、真实。试验准备期间，对相应的测试系统精心调试，确保设备正常工作，及时准确地采集数据；现场采集数据时，注意测试数据的变化，及时与理论值比较，判断数据是否正常，现场找出测试数据误差原因。切实履行记录和检查制度，发现疑点或异常的数据及时检查，保证测试数据的准确可靠。
（5）桥梁的受力和变形与结构温度场的变化关系很大，因此，对于荷载试验时的天气变化将足够重视，尽量避免在剧烈变温时段内进行试验，测量结构温度场的变化并进行必要的温度修正。
（6）认真按ISO9001标准推行技术和质量管理。认真执行国家颁发的技术标准、规范、规程和有关规定。
5 静载试验
5.1静力分析计算
根据设计图纸，应用Midas软件对该桥进行了全面的结构分析计算，其分析计算的主要内容及结果如下：
确定结构有限元计算模型，如图5.1所示。
图5.1 有限元计算模型
5.2试验工况
东风桥为7×15.34m+4m跨浆砌块石板拱桥，为检测桥梁工程质量的可靠性和安全性，判断桥梁结构的实际承载能力，为桥梁安全运营提供科学依据。为达到试验目的，按照试验规程规定，一般需选择受力最不利、施工质量较差、缺陷较多且施工记录不完备、便于搭设支架和设置测点以及加载方便的桥跨进行加载试验。通过现场勘查根据上述原则，选取该桥2#主跨进行荷载试验。
根据静力荷载试验有关规定要求，拟定静载试验工况如下：
工况I：跨中截面最大正弯矩（中载）；
工况Ⅱ：拱脚截面最大负弯矩（中载）；
5.3试验荷载确定
试验各工况下所需加载车辆的数量，将根据该桥现行汽车荷载等级（公路Ⅱ级）产生的某工况下最不利效应值按照静载效率系数换算得到，再考虑加载车辆的来源以及试验时加载车辆容易调头等因素。在试验中对每辆车需进行配重、过磅、编号，使加载车轴重达到试验要求，并保证试验过程中不发生明显的变化。
5.4静载试验加载及卸载程序
（1）预加载。正式加载前，用1辆加载车在被测试桥跨上来回通行两次，对桥梁进行预压，消除非弹性变形。预压后，非工作人员退场，加载车辆停靠在桥两端对结构无影响的区域，待一切工作安排就绪，进行第一次空载读数。
（2）加、卸载。加载车辆按分级加载要求上桥，加载速度不大于5km/h。为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线以及防止结构意外损伤，对控制截面试验荷载分成2级加载和2级卸载。在每一加载试验工况中，加载方式为单级逐级递加到最大荷载，然后两级卸到零荷载，并随时观测每级荷载下各控制参数的变化。在进行最后一级荷载加载前，对结构的实测值（变形）与理论计算值进行比较。每次加载和卸载的持续时间取决于结构变位达到稳定标准时所需的时间。如果残余变形值与总变形值之比小于试验规
范的规定值，加载试验即告结束，否则重复进行第二次加载试验。加载过程中，对主要部位进行裂缝监测，加载完毕，再对全桥进行仔细的裂缝检查。
（3）为了保证试验质量，荷载试验选择在气温变化5℃以内和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行，单一静载工况前后气温变化不大于1℃。
5.5 试验终止条件
当试验过程中发生下列情况应中途停止加载，及时找出原因，在确保结构及人员安全的情况下可继续试验。
（1）控制测点应力、变位（或挠度）已达到或超过计算的控制值时； （2）结构裂缝的长度或缝宽急剧增加，新裂缝大量出现时；
（3）桥梁沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算结果相差过大时； （4）发生其它影响桥梁承载能力或正常使用的损坏时。
5.6 测点布置与观测方法
（1）挠度观测
采用高精度电子水准仪对各试验跨跨中截面、L /4截面、3L /4截面挠度及拱脚沉降进行观测，挠度测点布置如图5.2所示。
拱脚L/4
3L/4
L/2
拱脚
图5.2东风桥试验跨挠度测点布置图
（3）裂缝观测
对全桥特别是拱脚、跨中等敏感部位在加载前后均进行仔细的裂缝观测。首先用目测搜寻有无裂缝，如发现裂缝，则用钢尺测量其长度。
5.7静载试验车辆及车辆布置
试验各工况下所需加载车辆的数量，将根据设计标准活载产生的某工况下最不利效应值按照静载效率系数换算得到，再考虑加载车辆的来源以及试验时加载车辆容易调头等因素。经计算静载试验需要装载后总轴重为330kN的标准加载车2台，动载试验需要装载后总轴重为320kN的加载车1台。在试验中对每辆车需进行配重、过磅、编号，使加载车轴重达到试验要求，并保证试验过程中不发生明显的变化。实际试验车辆轴距及轴重见表5.1。
表5.1试验车辆轴距及轴重
（1）工况Ⅰ：拱顶截面最大正弯矩（中载）
经过计算确定各工况静载试验时均需用2辆加载试验车。车辆荷载分级各工况相同，车辆荷载分级见表5.2，2#跨拱圈跨中截面弯矩影响线见图5.3，加载车辆布置见图5.4。
表5.2工况I荷载分级表
图5.3 2#跨拱圈跨中截面弯矩影响线
图5.4 工况I 车辆布置（单位：cm ）
（3）工况Ⅱ：拱脚截面最大负弯矩（中载）
经过计算确定静载试验时需用2辆加载试验车。车辆荷载分级见表5.3，拱圈拱脚截面弯矩影响线见图5.5，加载车辆布置见图5.6。
表5.3 工况Ⅱ荷载分级表
图5.5 拱圈拱脚截面弯矩影响线
图5.6工况Ⅱ车辆布置（单位：cm ）
5.8 静力荷载试验效率
确定静力荷载试验各测试工况的荷载大小和加载位置时，采用静力荷载试验效率q
η进行控制。q η宜介于0.95~1.05之间，静力试验荷载的效率按下式计算：
(1)
s
q S S ημ=
?+
式中：s S —静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；
S —控制荷载（公路II 级）产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计
算值；
μ—按规范取用的冲击系数值；
q η—静力试验荷载效率，应介于0.95～1.05之间。
在已有技术资料的基础上，本次试验采用Midas/civil 有限元分析软件对该桥试验跨进行理论计算分析。各工况荷载效率系数见表5.4。
表5.4 静载试验效率系数表
q （JTG/TJ21-2011）的要求。
5.9 静载试验数据处理及试验结果分析
5.9.1 数据分析
（1）校验系数
根据交通部《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011），对加载试验的主要测点（即控制测点或加载试验效率最大部位测点）可按下式计算校验系数ζ：
e s
S S ζ=
式中：e S —试验荷载作用下量测的弹性变位（或应变）值；
s S —试验荷载作用下的理论计算变位（或应变）值。
静力荷载试验结构校验系数ζ，是试验荷载作用下测点的实测弹性变位或应变值与相应的理论计算值的比值。ζ值小于1，代表桥梁的实际状况要好于理论状况。
（2）测值修正
根据各类仪表的标定结果进行测试数据的修正，如机械式仪表的校正系数，电测仪表的率定系数，灵敏系数，电阻应变观测的导线电阻影响等等。当这类因素对测值的影响小于1%时可不予修正。
（3）温度影响修正
按下式进行温度修正计算：
't S S t K =-??
式中：s — 温度修正后的测点加载测值变化；
s '— 温度修正前的测点加载测值变化；
t ?— 相应于s '观测时间段内的温度变化（℃）。对应变宜采用构件表面
温度，对挠度宜采用气温；
t K — 空载时温度上升10℃时测点测值变化量。如测值变化与温度变化关
系较明显时，可采用多次观测的平均值。
1
t s
K t ?=
? 式中：?s —空载时某一时间区段内测点测值变化量；
1?t —相应于?s 同一时间区段内温度变化量。
（4）支点沉降影响的修正
当支点沉降量较大时，应修正其对挠度值的影响，修正量C 可按下式计算：
l x x
C a b l l
-=
?+? 式中：C — 测点的支点沉降影响修正量； l — A 支点到B 支点的距离； x — 挠度测点到A 支点的距离； a — A 支点沉降量； b — B 支点沉降量。
（5）各测点变位（挠度、位移、沉降）与应变的计算根据量测数据作下列计算：
总变位（或总应变） 1t i s s s =-
弹性变位（或弹性应变） 1e u s s s =-
残余变位（或残余应变） p t e u i
s s s s s =-=- 式中：i s —加载前测值，（各试验工况的i s 值均调为0）；
1s —加载达到稳定时测值； u s —卸载达到稳定时测值。
引入相对残余变位（或位移）的概念描述结构整体或局部进入塑性工作状态的程度。 相对残余变位（或应变）按下计算：
100%p p t
s s s '=
?
式中：p s '—相对残余变位（或应变），p s 、t s 意义同前。 5.9.2 静载试验结果及数据分析
（1）挠度测试结果及数据分析
静力荷载试验下，各工况下挠度测试结果见表5.5。
表5.5 各测点挠度测试结果（单位：mm ）
接下表，
续上表：
注：表中正数表示向下挠曲变形，负数表示向上挠曲变形。
由表5.5可知：在静力荷载试验中，工况Ⅰ实测挠度校验系数在0.478~0.750之间，，
S'最大为14.3%，满足小于容许值20%的要求。挠度校验系数小于1.0。相对残余变位
p
S'工况II实测挠度校验系数在0.625~0.778之间，挠度校验系数小于1.0。相对残余变位
p 最大为16.0%，满足小于容许值20%的要求。从挠度数据来看，该桥跨结构总体处于弹性工作状态，结构刚度满足相关规范要求。
5.10静载试验结果评定
通过静载试验与理论分析，对该桥的各试验跨的整体受力性能综合评定如下：
（1）工况I至工况Ⅱ的荷载效率系数分别为99.4%，97.2%，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中规定的荷载效率系数在95%～105%之间要求。
（2）各试验跨在工况Ⅰ实测挠度校验系数在0.478~0.750之间，挠度校验系数小于S'最大为14.3%，满足小于容许值20%的要求。工况II实测挠度校1.0。相对残余变位
p
S'最大为16.0%，满验系数在0.625~0.778之间，挠度校验系数小于1.0。相对残余变位
p
足小于容许值20%的要求。各试验工况下没有发现新的裂缝。表明该桥结构处于弹性工作状态，结构强度及刚度满足设计规范要求。
6 动载试验
6.1试验目的
桥梁结构承受车辆、人群、风力和地震等动力荷载作用下产生的振动，作为一个大系统多变量的复杂结构，桥梁结构的结构敏感性很强，当结构的物理特性发生变化时（如开裂、尺寸变化、材料力学性能变化等），不但静力特性（变形、应力、裂缝等）发生变化，而且动力特性（频率、振型、阻尼比等）也将发生变化。这一变化对桥梁现状评估有着积极意义：将成桥状态结构的动力特性参数作为一初始值，未来运营一段时间后与之对照相关测值变化，即可对该桥进行相关现状评定。
桥梁结构的动力荷载试验主要研究桥梁结构的动力特性和车辆动力载荷与桥梁结构的联合振动特性。桥梁结构在移动荷载作用下的动力反应不仅反映桥梁与车辆本身的动力特性，也与桥面的平整度、行车速度有关，因此其测量结果是判断桥梁结构承载特性和运营状况的重要指标。
本次动载试验是为了判定该桥的整体质量是否达到设计要求，确保其使用安全，并为其积累原始技术资料，利用动力测试技术来获取该桥的动力特性及荷载激振下的结构响应。
6.2试验仪器
本次试验采用中国地震局工程力学研究所研制的891-II型拾振器、北京波谱世纪科技发展有限公司研制的电荷电压滤波积分放大器、北京东方振动和噪声技术研究所研制的INV306U智能信号采集处理分析仪及DASP-V10分析软件进行数据采集和分析，动力特性测试系统见图6.1。
图6.1 测试系统框图
6.3试验内容
(1)跑车试验
试验采用1辆320kN载重汽车，分别以10km/h、20km/h、30 km/h三个不同车速沿桥中心线匀速行驶过桥梁，测试跨中截面的动力反应。
(2)跳车试验
试验采用一辆320kN载重汽车，在该桥试验跨跨中截面位置布置三角块（长80cm、宽60cm、高10cm），当汽车越过此垫块时产生冲击。由跳车试验测试结构的自由振动规律，测试大桥的自振频率，结构阻尼。
(3)脉动试验
当桥梁结构在环境随机激励时。环境激振具有各种频率成分，环境的振动在比较宽的频带上，其功率谱比较平坦。但它输入到结构上后，结构如同抑振器和放大器，由于共振效应结构将自振频率相差较远的振动衰减，而把与结构自振频率相同的放大，在传感器上测得较强的信号的频率，就反映了结构本身的自振特性，由此得到该桥的各阶自振频率等参数。
6.4测点布置
动载试验在跨中位置布置一组拾振器，测试其震动加速度。
6.5测试结果
动载试验测试结果见表6.1、图6.2~图6.7。
表6.1 桥跨结构动力特性参数表
图6.2 脉动时动力分析图
图6.3 10km/h跑车时动力分析图