铁厂湾立交桥静力荷载试验检测技术的应用与研究.doc

重庆能源职业学院毕业设计（论文）论文（设计）题目：铁厂湾立交桥静力荷载试验检测技术的应用1与研究班 级： 建工二班 姓 名： 王晓霞 学 号： 20112112050 指导教师： 许光磊 时间： 2014 年 5 月 11 日重庆能源职业学院毕业设计(论文)成绩表 土木工程 系 建筑工程技术（建材管理与贸易） 专业 20112116 班 评审意见：指导教师对学生 曾憧 所完成的课题为 论述建设工程项目质量管理与控制 的毕业设计(论文)进行的情况，完成情况的意见： 评分：平时成绩（百分制） 论文成绩（百分制） 指导教师 年 月 日 答辩：毕业设计(论文)答辩组对学生 所完成的课题为 的毕业设计(论文)经过答辩，成绩为 毕业设计(论文)答辩组负责人 答辩组成员 年 月 日 总成绩（平时成绩20%+论文成绩30%+答辩成绩50%）： 签字： 年 月 日重庆能源职业学院毕业设计(论文)任务书 土木工程 系 20102116 班 学生 曾憧 学号 20112116006 毕业设计(论文)课题 论述建设工程项目质量管理与控制 毕业设计(论文)工作自 2013 年 12 月 1 日起至 2014 年 6 月 1 日止毕业设计(论文)进行地点： 重庆能源职业学院 课题的背景、意义及培养目标 1课题背景及意义： 建筑施工过程中的项目管理包含进度管理、成本管理、安全管理和质量管理。而质量管理是十分重要的模块，关系到整个建筑的生命。质量管理必须遵循相应的国家标准和行业标准。在质量管理中，需要特别重视各环节的质量控制。如工程测量工作，地基桩基工程的基础质量，还有模板、钢筋、混泥土工程的质量管理，以及内外装修结构工程的质量管理。 2培养目标：要求学生综合运用工程测量、勘察设计、基础工程、结构等方面的知识来完成建筑工程的质量管理，如何做好质量管理的防护措施。培养学生综合运用理论知识的能力和对质量管理的分析与探究。 课题的基本要求（含技能技术指标） 将对建筑工程施工中的质量管理进行严格督促和管理，主要对地基桩基工程的质量管理，还有模板、钢筋、混泥土工程的质量管理，以及内外装修结构工程的质量管理。工程师还有施工员要严格执行建筑行业规范，把握好每一个关卡，要做到质量第一的原则。 完成任务后提交的书面材料要求(图纸规格、数量，论文字数等) 1文本部分包括设计说明书、计算书（字数不少于4000字); 2按时完成毕业论文各阶段工作，不突击，不抄袭 ; 3图纸部分包括满足施工要求的各类图表 . 主要参考资料 1高层建筑桩基工程质量控制措施科技信息（科学研究）2007年第33期 2GB502022002 建筑地基基础工程施工质量验收规范 3建筑装饰装修工程施工技术与质量管理机械工业出版社 作者：李书田 4建筑工程质量与安全管理中国建筑工业出版社 北京 2005年 指导教师 接受设计(论文)任务日期 2013年12月25日 学生签名： 毕业设计（论文）进度计划表起止日期工作内容完成情况备注第周第6周第718周第1922周第2324周第25周第26周第2728周选题初调及查阅资料提交论文初稿修改论文并完善撰写实习报告修改实习报告并完善论文装订成册准备毕业答辩正常完成正常完成正常完成正常完成正常完成正常完成正常完成正常完成指导教师：许光磊 2014年5 月 13日 系：土木工程系 2014 年 5 月 13日摘 要道路和桥梁是交通运输系统中不可分割的一个整体，道路桥梁质量的好坏直接影响着整条道路的质量和运营安全。因此，加强对道路桥梁的检测是十分重要的，桥梁检查是由桥梁养护管理部门负责进行的日常性检查，其目的是为桥梁日常养护管理提供依据。而桥梁结构检测则是由专业人员采用专用仪器设备对桥梁进行全面结构检测，其目的是对桥梁使用现状进行总体评价，为桥梁加固改造提供准确而全面的数据。本论文阐述了铁厂湾大桥的工程概况、设计标准、检测目的并对铁厂湾大桥进行了静力荷载试验检测，对试验数据进行了分析得出了铁厂湾大桥的检测结果。关键词：桥梁日常养护；桥梁检查；静力荷载试验；实验结果分析目 录第一章 绪论4第二章 工程概况52.1工程概况52.2设计标准72.3检测目的7第三章 铁厂湾立交桥静力荷载试验检测83.1 控制截面的确定83.2试验检测荷载及测试仪器133.3试验荷载的确定143.4试验检测工况及试验荷载布置153.5 试验检测内力及加载效率243.6检测方法263.7试验测试数据及分析263.7.1试验检测结果分析原则263.7.2 加载程序263.7.3应力测试结果及分析273.7.4 挠度测试结果及分析443.8 裂缝观测553.9 静载试验检测结果56第四章 结 论57附录:现场试验检测照片58参考文献64致 谢65VI第一章 绪论随着社会经济的高速发展，人们对桥梁等生命线工程的依赖更加突出，因此桥梁的安全检测成为国内外研究的热点之一。随着桥龄的增长，自然环境的作用，和车辆等造成的意外损伤。使得桥梁的安全性与耐久性均低于其建设之初的系数，因此对桥梁检测具有重要意义。判断桥梁结构承载能力最有效，最直接和最有说服力的还是桥梁荷载实验，其作用和目的，就是通过对桥梁结构直接加载后进行有关测试，记录与分析工作，包括理论计算，实验准备，现场实验，对实验结果与分析整理等一系列内容，达到了解桥梁结构在实验荷载作业下的实际工作状态，进而判断桥梁结构的实际使用状况 重庆佳维建设工程质量检测有限公司，受重庆南宜城乡建设发展有限公司的委托，于2014年1月1日至1月2日，派工程检测人员，对重庆茶园新城区东西干道（一期）工程铁厂湾立交桥B匝道桥进行了桥梁静荷载试验检测。现将试验检测的有关情况及报告如下。第二章 工程概况2.1工程概况重庆茶园新城区东西干道（一期）工程铁厂湾立交桥B匝道桥，渝黔高速至南山隧道方向，单幅，起点桩号为BK0+031.889, 终点桩号BKO+524.169,全长492.28m，标准桥宽采用10.1m 和11.55m两种形式（0.55m防撞护栏2m检修道+9m机动车道+0.55m防撞护栏=10.111.5m）。跨径布置：第一联（320m）+第二联（320m）+第三联（426m）+第四联（426m）+第五联（326m）+第六联（328m）。桥梁第一联、第二联上部结构采用普通钢筋混凝土连续箱梁，主梁采用支腹式单箱单室等截面箱梁，梁高1.5m，主梁顶板宽9.9m，底板宽6.1m。第三、五、六联采用预应力箱梁混凝土连续箱梁，主梁采用支腹式单箱双室等截面箱梁，梁高1.5m，桥宽10.1m 处主梁顶板宽9.9 m，底板宽6.1m。桥宽11.55m处主梁顶板宽11.55m，底板宽7.55m 。第四联预应力混凝土连续箱梁为桥梁变宽段，采用支腹板梁高1.5m，有单箱双室变单箱三室，主梁从11.35到19.6，底板宽为7.55m变为15.8m。下部结构采用钢筋混凝土圆形桥墩，桥墩直径1.5m，墩高约3-17m，桥墩下接桩基础，桩基直径1.8m。桥台采用轻型桥台接桩基础，桩基础采用机械成孔群桩，所有桩基础均采用嵌岩桩基础，采用机械成桩，桩基础应嵌入完整的风化岩层不少于3倍桩径，嵌岩襟边宽度小于5m。桥梁实景照片见照片2.1-1-照片2.1-2。照片2.1-1 桥梁桥面实景照片照片2.1-2 桥梁立面实景照片2.2设计标准（1）设计荷载：汽车：城A级,人群荷载：3.5kN/m2；（2）桥面宽度：0.55m防撞护栏2m检修道+9m机动车道+0.55m防撞护栏=10.111.5m;（3）基本地震烈度：度。2.3检测目的按桥梁荷载试验方法，通过对桥梁加载试验，检测控制截面应力、挠度、抗裂性能等指标以达到以下目的：检验桥梁结构的承载能力、结构变形及正常使用状态是否满足设计要求；为桥梁的鉴定和竣工验收提供科学依据；通过荷载试验，考察桥梁结构的整体变形规律，评价结构的实际受力状态和工作状况，为桥梁的设计施工以及日后运营、养护和管理提供科学依据。第三章 铁厂湾立交桥静力荷载试验检测3.1 控制截面的确定 根据本次检测桥梁工程的结构形式，采用桥梁博士有限元计算分析软件进行单元划分，将桥梁结构建立模型，然后分析计算。根据试验检测桥梁的结构形式，选择该桥的最不利受力截面作为荷载试验对象，测试的主要内容包括控制截面应变及挠度，测试截面及位置示意图见图3.1-13.1-3，测试截面应变及挠度测点布置图见图3.1-4和图3.1-9所示。图3.1-1 第一联控制截面位置示意图（单位：cm）图3.1-2 第四联控制截面位置示意图（单位：cm）图3.1-3 第六联控制截面位置示意图（单位：cm）J1/J2截面J3截面图3.1-4 第一联各测试截面应变测点布置图（单位：cm）图3.1-5 第一联J1/J2测试截面挠度测点布置图（单位：cm）J1截面J2截面J3截面图3.1-6 第四联各测试截面应变测点布置图（单位：cm）J1截面J2截面图3.1-7 第四联测试截面挠度测点布置图（单位：cm）J1截面/ J2截面J3截面图3.1-8 第六联各测试截面应变测点布置图（单位：cm）图3.1-9 第六联J1/J2测试截面挠度测点布置图（单位：cm）3.2试验检测荷载及测试仪器试验采用5辆三轴重车作为试验荷载，加载车辆参数见表3.2.1所示。表3.2.1 加载车辆参数表车辆编号车牌号码前轴重(t)后轴重(t)总重(t)前-中轴距(m)中-后轴距(m)横向轮距(m)1渝B J99768.2131.8740.083.251.351.82渝B J88737.9233.3341.253.251.351.83渝B F29367.2831.7839.063.251.351.84渝B N99768.3831.2939.673.251.351.85渝B F29258.1231.7939.913.251.351.8主要设备及仪器见表3.2.2所示。表3.2.2 主要设备及仪器一览表序号名称规格型号数量设备编号1笔记本电脑LENOVO-G4502- - - -2应变测试机箱DH3815N13383电阻应变片B120-3AA40- - - -4电阻应变片B120-100AA40- - - -5HY-65数码位移式传感器HY-65102216无线数据采集系统HY-6512217电子水准仪trimbe18铟钢尺trimble19智能裂缝宽度观测仪SW-LW0-101238710数码相机索尼2- - - -DH-3815N静态应变测试系统便携式计算机B120-100AA（3AA）电阻应变片HY-65数码位移式传感器电子水准仪RS-QL06E无线数据采集系统便携式计算机本次试验检测中采用B120-100AA电阻应变片、B120-3AA电阻应变片、HY-65位移式传感器、电子水准仪、RS-QL06E无线数据采集系统、DH-3815N静态应变测试系统及便携式计算机进行采集，静荷载试验检测系统如图4.2所示。图3.2 静载试验检测系统组成框图3.3试验荷载的确定依据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）及委托方提供的桥梁相关设计文件，进行“汽车：城A级,人群荷载：3.5kN/m2”最不利加载分析，确定控制截面的控制内力和挠度。桥梁计算参数见表3.3-1。表3.3-1 桥梁计算参数表序号参数名称参数值备注1设计荷载等级汽车：城A级,人群荷载：3.5kN/m2/2桥梁类型第一联（320m）+第二联（320m）+第三联（426m）+第四联（426m）+第五联（326m）+第六联（328m）（第一联、第二联采用普通钢筋混凝土连续箱梁，第三、四、五、六联采用预应力箱梁混凝土连续箱梁）/3主梁混凝土强度等级C50/4计算跨径（m）第一联：20.0m；第四联：26.0m；第六联：28.0m；/5车道数2/6冲击系数第一联：正弯矩效应：0.3802，负弯矩效应：0.4500；第四联：正弯矩效应：0.2837，负弯矩效应：0.3813；第六联：正弯矩效应：0.2600，负弯矩效应：0.3576；/3.4试验检测工况及试验荷载布置本次试验检测对测试截面进行正载和偏载加载，测试截面试验工况具体如表3.4-1所示。表3.4-1 静载试验检测工况表编号工况号工况描述备注1工况1第一联J1截面处正弯矩正载/2工况2第一联J1截面处正弯矩偏载3工况3第一联J2截面处正弯矩正载4工况4第一联J2截面处正弯矩偏载5工况5第一联J3截面处负弯矩正载6工况6第一联J3截面处负弯矩偏载7工况7第四联J1截面处正弯矩正载8工况8第四联J1截面处正弯矩偏载9工况9第四联J2截面处正弯矩正载10工况10第四联J2截面处正弯矩偏载11工况11第四联J3截面处负弯矩正载12工况12第四联J3截面处负弯矩偏载13工况13第六联J1截面处正弯矩正载14工况14第六联J1截面处正弯矩偏载15工况15第六联J2截面处正弯矩正载16工况16第六联J2截面处正弯矩偏载17工况17第六联J3截面处负弯矩正载18工况18第六联J3截面处负弯矩偏载试验荷载以控制截面内力或控制部位应力等效原则进行布载，并使控制截面试验荷载效率达到检测规程的规定值。根据大跨径混凝土桥梁的试验方法（YC4-4/1982）中的建议，各工况下试验所需加载重物的数量，将根据设计标准活荷载产生的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得：0.801.05式中：静力试验荷载效率系数；Sstat试验荷载作用下，控制截面内力计算值；S设计标准活荷载作用下，控制截面内力计算值（不计冲击作用时）；设计取用的冲击系数。加载车辆横向位置按照有关规定进行布置，车辆纵向位置需根据荷载等效的需要确定。各截面试验工况的汽车加载布置图分别见图3.4-13.4-18。图3.4-1 第一联J1测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-2 第一联J1测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-3 第一联J2测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-4 第一联J2测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-5 第一联J3测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-6 第一联J3测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-7 第四联J1测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-8 第四联J1测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-9 第四联J2测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-10 第四联J2测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-11 第四联J3测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-12 第四联J3测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-13 第六联J1测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-14 第六联J1测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-15 第六联J2测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-16 第六联J2测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-17 第六联J3测试截面正载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）图3.4-18 第六联J3测试截面偏载车辆纵向布置示意图（尺寸单位：cm）3.5 试验检测内力及加载效率利用通用桥梁有限元软件桥梁博士3.03对桥梁的截面特性及静荷载试验内力进行了计算与分析。本小节及下一小节的分析表格中，应变单位为，应力单位为MPa，应力以受拉为正，受压为负。应变换算为应力的钢筋弹性模量取值2.00105MPa；应变换算为应力的混凝土弹性模量取值3.45104MPa；挠度的单位为mm，挠度以向下为正，向上为负；弯矩的单位为kNm，梁下侧受拉为正，下侧受压为负，试验内力及荷载效率见表3.5。表3.5 试验内力及荷载效率序号工况号工况描述设计荷载下控制内力（）试验荷载下控制内力（）效率系数1工况1第一联J1截面处正弯矩正载406841241.01382工况2第一联J1截面处正弯矩偏载406841241.01383工况3第一联J2截面处正弯矩正载321632831.02084工况4第一联J2截面处正弯矩偏载321632831.02085工况5第一联J3截面处负弯矩正载-3190-31220.97876工况6第一联J3截面处负弯矩偏载-3190-31220.97877工况7第四联J1截面处正弯矩正载582259771.02668工况8第四联J1截面处正弯矩偏载582259771.02669工况9第四联J2截面处正弯矩正载485847800.983910工况10第四联J2截面处正弯矩偏载485847800.983911工况11第四联J3截面处负弯矩正载-3911-33570.858312工况12第四联J3截面处负弯矩偏载-3911-33570.858313工况13第六联J1截面处正弯矩正载671266570.991814工况14第六联J1截面处正弯矩偏载671266570.991815工况15第六联J2截面处正弯矩正载553653940.974316工况16第六联J2截面处正弯矩偏载553653940.974317工况17第六联J3截面处负弯矩正载-4411-45821.038818工况18第六联J3截面处负弯矩偏载-4411-45821.03883.6检测方法应力（应变）：该桥上部结构为第一联为钢筋混凝土箱梁，第四联和第六联为预应力混凝土箱梁，因此第一联直接在应力（应变）测试截面的纵向受力钢筋表面粘贴应变传感器，第四联和第六联直接在应力（应变）测试截面的混凝土表面粘贴应变传感器，采用静态应变仪进行应变测试，通过实测应变和弹性模量换算测点应力，应变测试分辨率为110-6（1）。挠度：采用电子水准仪和位移传感器测试，沿试验桥跨跨中截面横向布置竖向位移测点，加载过程中对桥跨挠度进行测试。裂缝观测：加载过程中对应力测试截面附近区域进行裂缝检查，对发现的裂缝采用裂缝观测仪进行裂缝宽度检测，测试分辨率为0.02mm。3.7试验测试数据及分析3.7.1试验检测结果分析原则荷载试验结果的分析评定按照大跨径混凝土桥梁的试验方法(1982年10月)进行。根据各试验工况，列出测试截面的应力、挠度实测值与理论值，并计算其校验系数，与相关标准规定进行比较，作为确定桥梁的承载力、刚度是否满足设计要求的主要依据。3.7.2 加载程序为达到试验数据稳定和试验安全目的，根据经验对加载程序作如下安排：在试验开始前，用单辆试验车低速往返多次通过试验桥梁，以消除部分残余应力，起到使试验数据稳定的效果；为保证试验安全，避免过载引起桥梁损坏，试验车辆采取分级加载。事先计算各工况下各级车辆引起控制截面的应变与挠度，在该级试验车辆到位后，测量相关的应变和挠度，与计算值进行比较，按弹性力学原理，确认该级车辆产生的应力在计算估计的范围之内后，再进行下一级加载；每级荷载就位后约15分钟进行各项观测，在该级荷载使桥梁的变形稳定后再进行下一级荷载的加载，卸载后约30分钟进行残余观测和调零，再继续下一工况。3.7.3应力测试结果及分析第一联各试验工况作用下测试截面应变见表3.7.3-1表3.7.3-6。表3.7.3-1 试验荷载作用下测试截面应变及校验系数工况测点号实测值()残余值()弹性值()=-理论值()相对残余/（%）校验系数/工况一：第一联J1截面正载1160101502386.250.63032168131552387.740.65133165111542386.670.6471注：表中“/”代表相对残余为负值或测点数据异常。根据上表中测试截面各测点的实测应变值与理论计算值，绘制如图3.7.3-1所示的工况作用下的应变横向分布曲线对比图。图3.7.3-1 工况一应变实测值与计算值对比图表3.7.3-2 试验荷载作用下测试截面应变及校验系数工况测点号实测值()残余值()弹性值()=-理论值()相对残余/（%）校验系数/工况二：第一联J1截面偏载1205101952744.880.71252185111742385.950.73113151131382028.610.6822注：表中“/”代表相对残余为负值或测点数据异常。根据上表中测试截面各测点的实测应变值与理论计算值，绘制如图3.7.3-2所示的工况作用下的应变横向分布曲线对比图。 图3.7.3-2 工况二应变实测值与计算值对比图表3.7.3-3 试验荷载作用下测试截面应变及校验系数工况测点号实测值()残余值()弹性值()=-理论值()相对残余/（%）校验系数/工况三：第一联J2截面正载1136101261897.350.66672145111341897.590.70903138131251899.420.6614注：表中“/”代表相对残余为负值或测点数据异常。根据上表中测试截面各测点的实测应变值与理论计算值，绘制如图3.7.3-3所示的工况作用下的应变横向分布曲线对比图。图3.7.3-3 工况三应变实测值与计算值对比图表3.7.3-4 试验荷载作用下测试截面应变及校验系数工况测点号实测值()残余值()弹性值()=-理论值()相对残余/（%）校验系数/工况四：第一联J2截面偏载1145101352176.900.62112141101311897.090.69313124121121619.680.6972注：表中“/”代表相对残余为负值或测点数据异常。根据上表中测试截面各测点的实测应变值与理论计算值，绘制如图3.7.3-4所示的工况作用下的应变横向分布曲线对比图。图3.7.3-4 工况四应变实测值与计算值对比图表3.7.3-5 试验荷载作用下测试截面应变及校验系数工况测点号实测值()残余值()弹性值()=-理论值()相对残余/（%）校验系数/工况五：第一联J3截面正载1-125-10-115-1808.000.63892-122-12-110-1809.840.61113-127-10-117-1807.870.6500注：表中“/”代表相对残余为负值或测点数据异常。根据上表中测试截面各测点的实测应变值与理论计算值，绘制如图3.7.3-5所示的工况作用下的应变横向分布曲线对比图。图3.7.3-5 工况五应变实测值与计算值对比图表3.7.3-6 试验荷载作用下测试截面应变及校验系数工况测点号实测值()残余值()弹性值()=-理论值()相对残余/（%）校验系数/工况六：第一联J3截面偏载1-133-10-123-2077.520.59422-119-9-110-1807.560.61113-110-11-99-15310.000.6471注：表中“/”代表相对残余为负值或测点数据异常。根据上表中测试截面各测点的实测应变值与理论计算值，绘制如图3.7.3-6所示的工况作用下的应变横向分布曲线对比图。图3.7.3-6 工况六应变实测值与计算值对比图第四联各试验工况作用下测试截面应变见表3.7.3-7表3.7.3-12。表3.7.3-7 试验荷载作用下测试截面应变及校验系数工况测点号实测值()残余值()弹性值()=-理论值()相对残余/（%）校验系数/工况七：第四联J1截面正载1-26-2-24-507.690.4800243439689.300.57353445396811.360.5735445441688.890.60295475426810.640.61766-21-1-20-504.760.4000注：表中“/”代表相对残余为负值或测点数据异常。根据上表中测试截面各测点的实测应变值与理论计算值，绘制如图3.7.3-7所示的工况作用下的应变横向分布曲线对比图。图3.7.3-7 工况七应变实测值与计算值对比图表3.7.3-8 试验荷载作用下测试截面应变及校验系数工况测点号实测值()残余值()弹性值()=-理论值()相对残余/（%）校验系数/工况八：第四联J1截面偏载1-29-3-26-5710.340.4561259455756.780.7335348444688.330.6460448444688.330.64685404366110.000.58786-17-2-15-4211.760.3571