静动载试验-----静载试验

第二章 静载试验
北浩龙江大桥位于广西省柳州市柳城县，采用40+64+40m 三跨一联预应力砼变高度箱形连续梁，属于新建铁路桥梁。

根据结构特点，静载试验选择3跨（0#台~1#墩边跨、中跨、1#墩~2#墩边跨）进行试验，经过各方单位几天的密切配合和精心准备，于2008年7月10日上午6:30至下午18:00完成了对0#桥台到3#墩之间的桥跨的全部3种工况的现场静载试验。

柳州
贵阳
图2.1北浩龙江大桥立面布置图（单位:m ）
2.1测点布置与测试方法
2.1.1 控制截面应力测试
应变测试主要采用表面式振弦式应变计，配合读数仪，测量精度控制在±0.2MP 以内。

应变值通过记录的N 或L 值得到：
⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-⨯=-=∆20219211110N N K εεε=-1L 0L
式中，K=4.062，
N、1L——当前值，0N、0L——初始值。

1
为消除温度变化的影响，在梁体非受力位置布置一个应变温度补偿测点。

下游
(a)跨中截面测点布置图
下游
(b)墩顶截面测点布置图
图2.2 梁体控制截面应变测点布置示意图
2.1.2 梁体竖向静挠度测试
在边跨跨中、中跨跨中、中跨L/4、中跨3L/4及各支座截面布置挠度测点，上下游两侧对称布置。

考虑到连续梁桥的特点，各控制截面加载时，除了测试本试验跨支点外，还需测试两相邻桥跨跨中、支点处布置挠度测点，测点布置如图2.3所示。

挠度测试主要采用高精密水准仪进行，测试时，须找取不受荷载影响的稳定的后视点。

此项内容主要为评判桥梁的竖向刚度提供依据。

同时，还可监测各支点的沉降。

试验跨
试验跨试验跨
图2.3 挠度测点布置示意图
2.1.3 裂缝观测
为了确保梁体的工作状态，试验过程中及加载后，须对梁体控制截面进行详细观测，包括裂缝的出现及扩展情况。

若混凝土出现裂缝，则进行裂缝状况描绘，并采用20倍的刻度放大镜或安装千分表进行裂缝宽度量测。

2.2 理论分析
为了准确分析该的结构特性和确定最不利轮位布载，理论分析主要采用“桥梁博士”系统3.03版以及MIDAS大型有限元分析程序分别计算内力影响线、控制截面的应力和变形等参数。

各控制截面影响线如图2.4（a）～（c）所示。

-10
-505
100
20
40
60
80
100
120
140
160
桥跨(m)
数值
(a) 边跨跨中影响线
-4
-20246810020
40
60
80
100
120
140
160
桥跨(m)
数值
（b ）中跨跨中影响线
-10
-50
5
020406080100120140160
桥跨(m)
数值
（c ）1#墩顶截面影响线
图2.4 北浩龙江大桥各控制截面弯矩影响线
2.3 加载工况及轮位布置
因北浩龙江大桥为单线铁路，故按照单列机车加平板车进行加载。

根据影响线最不利加载。

因是现场试验，只能采用正位（与实际受力方向一致）试验，共进行了3种工况，具体见表2.1。

加载荷载共一列，每列为1台东风4型机车（自重138T ）带2台平板车（型号为GPC30B 型，总重约1000kN ）。

算得东风4机车的轴重约为230kN ，
平板车的轴重为250kN ，各轴重如图2.5所示，设计列车静荷载示意图如图2.6所示，各工况加载示意图如图2.7~2.8所示。

为了保证试验效果，在选择试验荷载大小和加载位置时采用静载试验效率q η进行控制。

静力荷载试验效率定义为：试验荷载作用下被测部位的内力（或变形）的计算值与包括动力扩大效应在内的标准设计荷载作用下同一部位的内力（或变形）的计算值的比值，即：
)1(μη+⋅=
S S st
q
式中，st S ——试验荷载作用下，检测部位的变位或力的计算值；S ——标准活载作用下，检测部位的变形或力的计算值；μ——检定取用的动力系数。

根据《铁路检定规范》（2004）11.3.2条，试验荷载效率系数q η要达到0.80～1.00，在有困难时可稍予降低，但不得小于现行的最大运行荷载。

表2.1 静载试验工况
平板车
平板车
机车
图2.5 加载机车和平板车轴重示意图示意图特种活载普通活载
图2.6 设计列车竖向静荷载（中活载）示意图
（a）工况一
（b）工况二
（c）工况三
图2.7 各工况实际加载轮位示意图
（a）中活载作用下边跨跨中最不利加载轮位
（b）中活载作用下中跨跨中最不利加载轮位
（c）中活载作用墩顶负弯矩最不利加载轮位
图2.8 各工况设计中活载加载轮位示意图
2.4 加载程序
（1）工况一加载：将一列车加到0#桥台~1#墩之间梁段的跨中指定位置，根据《铁路检定规范》（2004）11.3.12条，当桥梁结构最后5min内的变形值小于仪器的最小分辨值时，即监测应变及挠度无异常时，恒载10分钟后测量梁的挠度和应变。

（2）工况二加载：将一列车加到1#~2#墩顶指定位置，监测应变及挠度无异常时，恒载10分钟后测量梁的挠度和应变。

（3）工况三加载：将一列车加到2#~3#墩之间梁段的跨中指定位置，监测应变及挠度无异常时，恒载10分钟后测量梁的挠度和应变。

加载前先读取初读数，全部三种工况完成后，卸去加载车辆荷载后30分钟，再读取结构残余变形。

2.5 测试结果与分析
2.5.1 挠度测试结果分析
在最不利荷载作用下，实测北浩龙江大桥挠度值列于表2.2，整体挠度曲线如图2.9所示。

从上述图表可看出：
（1）在最不利（对称）荷载作用下，实测北浩龙江大桥边跨跨中、中跨跨中截
面挠度平均值分别为6.0mm、17.5mm，分别小于理论值7.6 mm、20.6mm，变形校验系数分别为0.789、0.849，且实测挠跨比为1/6667和1/3704，远小于《铁路检定规范》（2004）表10.0.3竖向挠跨比限值1/1800，表明结构实测竖向刚度大于设计刚度，满足设计及规范要求。

（2）各工况残余变形基本为0，说明结构处于弹性工作状态，各工况墩的沉降值符合规范要求。

（3）试验跨加载时，相邻跨出现上挠现象，符合力学行为和受力规律，表明结构状态良好。

表2.2 北浩龙江大桥静载挠度实测值（mm）
-10
-8-6-4-202468
挠度/m m
（a ）工况一（0#台～1#墩边跨加载）挠度曲线
-25
-20-15-10-50
5
10挠度/m m
(b) 工况二（中跨加载）挠度曲线
-10
-8-6-4-20246
8挠度/m m
(c) 工况三（2#墩～3#墩边跨加载）挠度曲线
图2.9 实测梁体挠度曲线
2.5.2 梁体应变测试结果分析
应变测试的控制截面分别为边跨跨中截面，中跨跨中截面、墩顶截面。

实测梁体边跨跨中、中跨跨中、墩顶截面控制截面在各级荷载作用下应变值列于表2.3，为了便于比较，跨中控制截面腹板、底板应变值列于表2.3，墩顶截面腹板应变值列于表2.4。

从上述图表可以看出：
（1）在最不利荷载作用下，实测边跨跨中梁底拉应变为81με，较计算值90με小，应变校验系数为0.900，满足《铁路检定规范》表10.0.9结构校验系数要求；
（2）在最不利荷载作用下，实测中跨中梁底拉应变为110με，较计算值120με小，应变校验系数为0.916，满足《铁路检定规范》表10.0.9结构校验系数要求；
（3）在最不利荷载作用下，实测中跨墩顶梁体上缘拉应变为65με，较计算值70με小，应变校验系数为0.929，满足《铁路检定规范》表10.0.9结构校验系数要求；
（4）实测应变沿截面高度基本呈线性分布，且卸载后残余变形（应变）基本为0，说明结构仍处于弹性工作阶段，满足设计及规范要求。

表2.3 跨中截面试验实测应变值
表2.4 墩顶截面试验实测应变值
2.5.3 裂缝观测
整个试验过程中，对梁体进行了仔细观测，没有发现任何裂纹。

2.6 小结
（1）在最不利（对称）荷载作用下，实测北浩龙江大桥边跨跨中、中跨跨中截面挠度平均值分别为6.0mm、17.5mm，分别小于理论值7.6 mm、20.6mm，变形校验系数分别为0.789、0.849，且实测挠度与跨度比值小于1/1800，根据《铁路检定规范》（2004）表10.0.3竖向挠跨比通常值，表明结构实测竖向刚度大于设计刚度，满足设计及规范要求。

（2）各工况残余变形基本为0，说明结构处于弹性工作状态，各工况墩的沉降值符合规范要求。

（3）试验跨加载时，相邻跨出现上挠现象，符合力学行为和受力规律，表明结构状态良好。

（4）在最不利荷载作用下，实测边跨跨中梁底拉应变为81με，较计算值90με小，应变校验系数为0.900，满足《铁路检定规范》表10.0.9结构校验系数要求；
（5）在最不利荷载作用下，实测中跨中梁底拉应变为110με，较计算值120με
小，应变校验系数为0.916，满足《铁路检定规范》表10.0.9结构校验系数要求；
（6）在最不利荷载作用下，实测中跨墩顶梁体上缘拉应变为65με，较计算值70με小，应变校验系数为0.929，满足《铁路检定规范》表10.0.9结构校验系数要求；
（7）实测应变沿截面高度基本呈线性分布，且卸载后残余变形（应变）基本为0，说明结构仍处于弹性工作阶段，满足设计及规范要求。