报告编号：QL-20##-02-04
泰安黄前大桥荷载试验报告
山东省公路桥梁检测中心
20##年1月
说明：
1、本报告共印六份，其中发委托单位四份，存档二份。
2、当出现下列情况之一者视为本报告无效：
(1)、复印
(2)、涂改
(3)、无技术负责人签字
(4)、无加盖“山东省公路桥梁检测中心试验检测专用章”红章
3、委托单位对本报告如有异议请在收到本报告之日起15日内向检测单位提出。
单位名称：山东省公路桥梁检测中心
单位地址：东营市东城府前大街130号
单位电话：0546-8084116 邮政编码：257091
单位网址：www.lqjcjs.com
单位邮箱：sdqjzx@yahoo.com.cn
泰安黄前大桥荷载试验报告
编 制：
复 核：
审 核：
批 准：
参加项目工作人员
目 录
1.桥梁概况............................................................................................................................ 3
2 静力荷载试验目的........................................................................................................... 4
3 静力荷载试验依据........................................................................................................... 4
4 试验组织........................................................................................................................... 5
4.1 人员组织........................................................................................................................ 5
4.2 仪器设备........................................................................................................................ 5
4.3 现场环境........................................................................................................................ 6
5 荷载试验方案................................................................................................................... 6
5.1静力荷载试验方案......................................................................................................... 6
5.1.1试验荷载确定................................................................................................................. 6
5.1.2 荷载试验项目............................................................................................................. 7
5.1.3 加载方式与分级加载................................................................................................. 7
5.1.4 加载位置与加载工况确定......................................................................................... 7
5.1.5 测试项目及量测方法................................................................................................. 8
5.1.6 测试断面与测点布置................................................................................................. 8
5.1.7 静载试验规则............................................................................................................. 9
5.1.8加载试验程序.............................................................................................................. 9
5.2 动力荷载试验方案...................................................................................................... 10
5.2.1 测试截面及测点布置............................................................................................... 10
5.2.2 试验项目................................................................................................................... 10
5.2.3 试验系统配置............................................................................................................ 11
5.2.4 测试流程.................................................................................................................... 11
5.2.5 试验注意事项............................................................................................................ 11
6 静力荷载试验数据分析及评定...................................................................................... 11
6.1静载试验效率................................................................................................................... 11
6.2 跨中最大正弯矩加载试验................................................................................................. 12
6.3 桥台最大水平推力试验.................................................................................................... 13
7 动载试验结果分析及评定............................................................................................. 13
7.1 脉动试验...................................................................................................................... 13
7.2 跑车试验...................................................................................................................... 14
7.3 动载试验评定.............................................................................................................. 15
8 试验结论......................................................................................................................... 15
9 建议................................................................................................................................. 16
泰安黄前大桥荷载试验报告
1.桥梁概况
泰安黄前大桥是连接泰安市和济南市的重要通道，桥梁全长59.69m，桥梁中心桩号为K654+04.00。桥面全宽8.04m。桥梁上部结构为净跨45m、拱矢度1/6、拱圈厚为1m的空腹式等截面悬链线石拱桥，其中拱圈宽7.3m，两端各设3孔3米的半圆弧拱腹拱；下部结构采用重力式桥台基础。桥梁设计荷载为汽车－13，拖－60。
桥梁侧面及正面照片如图1、图2所示。
图1 黄前大桥侧面照片
图2 黄桥大桥正面照片
泰安市黄前大桥的建成运营对发展泰安、济南两市及当地的经济建设起到了非常重要的意义，经过长期的运营和交通运输事业的高速发展，交通量和重轴荷载不断增多，对此，桥梁管养部门为掌握该桥当前的技术状况、服务水平和质量状况，确定其承载能力，并为今后桥梁的养护与维修加固提供技术依据，泰安市公路管理局委托山东省公路桥梁检测中心于20##年12月对该桥进行了荷载试验。
2 静力荷载试验目的
由于该桥建成通车时间较长，且设计荷载等级较低，因此本次试验的根本目的是通过对桥梁结构进行静力荷载试验，检验桥梁结构在试验荷载作用下的实际受力状况是否满足通行荷载等级汽-20、挂-100的要求，并通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，对桥梁结构做出总体评价，具体目的如下：
1）通过对该桥进行静载试验，测定桥跨结构在试验荷载作用下控制断面的应变和挠度，并与理论计算值进行比较分析，以检验结构控制断面应力与挠度值是否与设计相符，主要试验测试指标能否符合有关标准、规范及规定的要求。
2）通过对该桥进行动载试验，测定桥跨结构在试验荷载作用下的自振特性和动力响应，检验桥梁结构的整体刚度和行车性能。
3）通过对该桥进行荷载试验，对桥跨结构总体状况进行评价，为桥梁今后运营养护及加固改建提供技术依据。
3 静力荷载试验依据
1）《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）
2）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（“铁组”YC4-4/1978科研专题）
3）《公路旧桥承载能力鉴定方法》（交通部标准，1988年）
4）《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ 022-85）
5）黄前水库溢洪道大桥施工图
4 试验组织
4.1 人员组织
为保证静载试验检测工作顺利、优质的完成，山东省公路桥梁检测中心专门组织有经验的工程师和技术人员成立检测小组，具体人员组成见表1。
表1 检测人员组成
4.2 仪器设备
本次静力荷载试验所用仪器设备及性能指标见表2所列。
表2 试验仪器设备及性能指标
4.3 现场环境
现场试验期间环境状况为：
试验起止时间：1：50~5：30
温度：最高1℃，最低-4℃，平均-2℃；湿度：15%～22%；
天气：晴或多云；
风力：3级；
其他：现场环境基本可以满足检测环境要求。
试验期间环境状况指标满足试验仪器设备正常工作状态要求及符合规范标准中对荷载试验基本环境条件的要求。
5 荷载试验方案
5.1静力荷载试验方案
桥梁静力荷载试验，主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和应变，用以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。它是检验桥梁结构受力特征的最直接和最有效的手段和方法。
5.1.1试验荷载确定
就某一加载试验项目而言，其所需加载车辆的数量及其在桥梁上的纵横向排列，将根据试验荷载产生的该加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最不利效应值，按下式所确定的原则等效换算而得：
式中：ηq — 静力试验荷载效率；
Sstate — 试验荷载作用下控制截面内力计算值；
S — 控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值（不计冲击）；
(1+μ) — 按规范取用的冲击系数。
考虑到现场加载设备的快捷与方便，静力试验荷载实际采用4辆单辆车货总重约为300KN的三轴载重货车充当，试验加载车的主要技术参数见表3。
表3 试验加载车的主要技术参数
5.1.2 荷载试验项目
本次静力荷载试验的项目有：
1）检验主拱跨中截面在最不利活载作用下产生的最不利正弯矩效应及竖向挠度的偏心加载试验；
2）检验桥台在最不利活载作用下产生的最不利水平推力的偏心加载试验。
5.1.3 加载方式与分级加载
为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线，防止结构因加载意外损伤，就某一加载试验项目，其静力试验荷载应分级加载，分级卸零。静力试验荷载的加载分级主要依据加载车在某一加载试验项目对应的控制截面内力和变位影响面内纵横向位置的不同以及加载车数量的多少分级。
本次试验加载方式，为单次逐级递加到最大荷载，然后一次卸零。
5.1.4 加载位置与加载工况确定
1）加载位置与加载工况主要依据以下原则确定：
① 尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率；
② 为了缩短现场试验时间，尽可能简化加载工况，在满足试验荷载效率以及能够达到试验目的前提下对加载工况进行合并，以尽量减少加载位置；
③ 每一加载工况依据某一试验项目为主，兼顾其他检验项目。
2）加载位置
本次静力试验确定的加载工况为2 个，每个工况加载位置、主要试验项目及其加载车辆的纵横向布置详见附图1。
3）加载流程
在进行正式加载试验前，首先采用一辆加载车在跨中进行预加载试验，预加载持荷时间为20分钟。预加载的目的是使结构进入正常工作状态，并消除结构非弹性变形。预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷载恢复后，方可进入正式加载试验。
正式加载试验分别按加载工况序号逐一进行，完成一个序号的加载工况后，应使结构得到充分的零荷恢复，方可进入下一序号的加载工况。结构零荷充分恢复的标志是，加载试验实测的结构最大变位测点在卸零荷后变位恢复最后一个10分钟的增量小于第1个10分钟增量的15%。静力荷载试验加载流程如下图所示。
图3 静力荷载试验流程图
5.1.5 测试项目及量测方法
本次静力荷载试验的主要观测项目及量测方法为：
1）拱顶跨中截面的挠度，采用Topcon精密电子水准仪配合条码标尺测量，电子水准仪精度为0.1mm。
2）桥台水平位移，采用精密千分表进行测量。
5.1.6 测试断面与测点布置
测试断面选在拱顶跨中截面和桥台。测试断面位置见图4所示。测点布置如图5所示。
图4 测试断面示意图
图5 跨中截面测点布置图
注：图中“
”表示应变测点，“▼”表示挠度测点。
5.1.7 静载试验规则
1）静载试验原则上应选择在气温变化不大于2℃和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行，本桥选择在气温差异不大的时间进行。正式加载前，用试验最大加载量的20%-30%的荷载对试验孔跨中截面进行预加载，并检验测试组织及仪表是否处于正常工作状态。
2）静力荷载持续时间，主要取决于结构变位达到相对稳定的时间，只有结构变位达到相对稳定，才能进入下一级荷载试验阶段。同一级荷载内，当结构在最后五分钟内的变位增量，小于前一个五分钟增量的5%或小于所用测量仪器的最小分辨率值时，即认为结构变位达到相对稳定。
3）全部测点在加载开始前均进行零级荷载的读数，以后每级加载或卸载后立即读数一次，并在主梁变位达到相对稳定后，进入下一级荷载前，再读数一次。
4）终止加载试验条件
结构控制截面的变位、应力（或应变）在未加到最大试验荷载前，提前达到或超过设计计算值，应立即终止加载。
5.1.8加载试验程序
1）在进行正式加载试验前，首先采用一辆重车在跨中截面进行预加载试验，预加载持荷时间为20分钟。在预加载卸零荷并得到充分的零荷恢复后，即进入正式加载试验。
2）正式加载按以下程序进行：
（1）跨中截面最大正弯矩加载：
0→加载工况1第一级→第二级→第三级→第四级→卸载
（2）桥台最大水平推力加载
0→加载工况2第一级→第二级→第三级→第四级→卸载
5.2 动力荷载试验方案
结构的动力特性是结构振动系统的基本特性，是进行结构动力分析所必须的参数。桥梁动力荷载试验主要是通过测试桥跨结构的动力特性指标（自振特性指标和动荷载作用下的振动特性指标），研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性，以检验这些指标能否满足设计或规范规定，从而判断桥梁结构的整体刚度、行车性能。
5.2.1 测试截面及测点布置
采用QLJC专用桥梁分析软件对桥梁进行结构动力特性分析，动载试验测点按照结构振型形状布置在变位较大的位置，避开各阶振型的节点。现场测试确定在跨中、支点及1/4处布设传感器进行信号采集。
动力荷载试验的测点布置如图6所示。
图6 动载试验测点布置图
5.2.2 试验项目
根据桥梁动力荷载试验的要求并结合桥梁实际情况，确定动力荷载试验进行以下测试内容：
1）脉动试验
脉动试验主要是在桥面无交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动和水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微幅振动响应，进而测定桥跨结构固有振动特性（自振频率、振型和临界阻尼比）。
测试方法为：采用在选定测点上安装891-4拾震器，配放大器及DH5937数据采集分析系统，记录桥跨结构的脉动响应信号，使用专用软件处理。
2）跑车试验
采用一辆载重汽车，在桥面无任何障碍的情况下，分别以10km/h、20km/h、30km/h的速度驶过桥跨结构，测定桥跨结构的自振频率。
测试方法为：采用在选定测点上安装891-4拾震器，配放大器及DH5937数据采集分析系统，记录桥跨结构的脉动响应信号，使用专用软件处理。
5.2.3 试验系统配置
桥跨结构动力性能测试采用891-Ⅳ型加速度传感器置于桥梁测试断面护栏附近，连接DH5937数据采集系统进行信号采集分析，测试系统如图7所示。
图7 动力性能测试系统配置
5.2.4 测试流程
动力荷载试验测试流程如图8所示：
图8 动力荷载试验测试流程
5.2.5 试验注意事项
1）试验前应对测试系统进行灵敏度、幅频特性、相频特性、相频特性线性度等进行标定，进行动载试验的车辆还应检查车上时速表的准确性和灵敏性。
2）在测记桥跨结构振动响应要注意保证信号完整，信号测记长度应足够，并需照顾到各测记通道的动态范围，小信号足够灵敏，大信号不饱和，测记时应配有示波器监视振动响应信号的质量。
6 静力荷载试验数据分析及评定
6.1静载试验效率
在试验荷载作用下控制截面内力值与标准荷载作用下同一截面最不利内力的比值，即为静力荷载试验的效率。本次静力荷载试验的试验效率见表4。
由表可见，本次试验的静力荷载试验效率η为0.904、0.917，满足 “鉴定方法”中所规定的0.80≤η≤1.05的要求，说明本次荷载试验反应了桥跨结构在标准荷载作用下的受力性能。
表4 静载试验荷载效率表
6.2 跨中最大正弯矩加载试验
各级试验荷载作用下，实测跨中截面挠度值和卸载后的相对残余变形如表5所示。由表可见，实测跨中截面最大挠度为4.3mm，约为理论计算值4.6的0.935倍，即挠度校验系数最大值为0.935，满足“鉴定方法”不大于1.0的规定。卸载后，各测点相对残余变形在5.0～14.6%之间，满足“鉴定方法”小于20%的规定。根据表5中数据绘制的典型测点（A1、A3、A5）荷载—挠度曲线如图9、10、11所示，由图可见，试验荷载作用下典型测点的荷载—挠度曲线接近直线状态，由此表明，在试验荷载作用下跨中截面基本处于弹性工作状况。
表5 试验荷载作用下A-A跨中截面挠度值
图9 A1测点荷载-挠度曲线
图10 A3测点荷载-挠度曲线
图11 A5测点荷载-挠度曲线
6.3 桥台最大水平推力试验
由于桥台坐落于岩石上，且变形已经稳定，工况Ⅱ各级试验荷载作用下，实测桥台水平变位极小，小于仪器的最小分辨率，说明桥台抗推刚度极大，满足规范要求。
7 动载试验结果分析及评定
7.1 脉动试验
本次脉动试验测试的桥梁自振频率见表6所列，同时表中亦列出频率理论计算值。结构典型自振频谱如图12、13所示。
表6 实测桥梁自振频率
图12 典型实测振动频谱图（测点号1）
图13 典型实测振动频谱图（测点号2）
7.2 跑车试验
桥梁结构在移动车辆荷载作用下的动力反应，是桥梁和车辆这两个振动系统相互作用的结果，除了与这两者本身的动力特性（质量、刚度、阻尼）有关外，还与桥面的不平整度、车辆行驶的速度有关。
结构各测点在不同车速下的振动频率值见表7。实测典型频谱见图14、15。
表7 桥梁在不同车速下的实测振动频率
图14 跑车试验（10公里）典型实测频谱图—测点号2
图15 跑车试验（30公里）典型实测频谱图—测点号5
7.3 动载试验评定
由表可以看出，脉动试验和跑车试验所测得的桥梁结构的一阶自振频率均大于理论计算值，说明该桥总体刚度较理论为大，动力特性能够满足要求。
8 试验结论
通过对现场试验现象、试验数据以及试验结果的分析，可得到如下结论：
1）本次试验的静力荷载试验效率在0.904、0.917，试验荷载在结构控制截面产生的最大内力效应和变位效应，能够反映理论计算活载作用下同一截面最不利内力效应和变位效应，满足“鉴定方法”的有关要求。
2）试验分级加载过程中，实测跨中截面”荷载—挠度”曲线接近直线状态，说明试验荷载作用下桥跨结构处于弹性工作状况。荷载卸零后，各测点的相对残余变形在20%以内，满足“鉴定方法”中的不大于20%的要求。
3）跨中加载试验荷载满载时，最大挠度校验系数为0.935，满足“鉴定方法”中不大于1的要求，但接近于1，说明试验荷载作用下跨中截面刚度满足规范要求，但无超载潜力可挖；试验荷载作用下，实测桥台水平变位极小，小于仪器的最小分辨率，可以忽略不计，说明桥台抗推刚度极大，满足试验荷载要求。
4）脉动试验和跑车试验所测得的桥梁结构的一阶自振频率大于理论计算值，且大于3.0，说明该桥总体刚度较理论为大，动力特性能够满足要求。
5）通过进行荷载试验以及对试验数据的计算分析表明，黄前大桥的承载能力基本满足通行标准荷载汽-20、挂-100的要求。
9 建议
通过对黄前大桥进行荷载试验及对试验数据的分析评定，该桥的承载能力基本满足通行汽-20，挂-100级荷载的使用要求，但无超载潜力，从现场检测情况以及向相关人员了解的情况看，通行该桥的超载车辆较多，个别车辆超载严重，从保证桥梁安全运营角度考虑，建议桥梁管养部门采取以下措施：
1）严格控制通行荷载等级，采取限载限速措施，保证桥梁不处于超负荷运营状态。
2）如不能采取有效的措施进行限载限速，建议对该桥进行维修加固，提高其抵抗超限运输的能力，减小由于超限运输给桥梁构件带来的损害，但从长远考虑，建议修建高荷载等级桥梁，以适应当前的交通发展需要。
