浅谈人行天桥荷载试验检测.pdf

浅谈人行天桥荷载试验检测 一、桥梁检验收检测意义 桥梁竣工验收需要进行进行验收荷载试验，其目的有三个方面：1、通过荷载试验以检验现有结构承载能力是否达到了设计荷载保准。2、根据静荷载试验观测了解结构的实际受力状况和工作性能，为桥梁营运养护提供科学依据。3、经过对试验资料的对比、分析，为同桥梁的设计、施工积累可靠资料。二、桥梁荷载试验检测工作方案 1、根据桥梁竣工图，实测桥梁竣工数据，同时根据竣工图文件建立桥梁荷载试验计算模型，确定荷载试验检测部位，计算理论值。2、拟定荷载试验工作方案，根据桥梁等级，设计标准，按照规要求进行车辆布置。3、实施荷载试验，根据工作方案进行外业试验，收集关键试验成果。4、根据试验结果与理论计算结果进行比较，分析，最终得出桥梁评估报告。三、以下以某城市人行天桥荷载试验为案例进行论述研究（一）、概述 该人行天桥位于某小区 1、2 街区处，为一“H”型结构天桥，主要连接某小区 1、2 街区与某小学周边的人流过往，天桥主梁全长 49.7 米。桥面横向全宽4.2 米，净宽 4.0 米；梯道全宽 2.7 米，净宽 2.5 米；桥下净高大于 5 米。桥上设置最大 1%的桥面纵坡和 1.0%的双向横坡。桥梁设计荷载为：人群：4.5kN/。天桥主梁、梯道梁均为钢结构，由钢板焊接组合而成。上部结构为等截面钢箱梁，梁高为 0.9 米，箱梁顶宽 4.2 米，底宽 1.8 米。梯道梁高 0.3 米，宽 0.8米。天桥箱梁顶板、底板、腹板和墩顶加密横隔板及其余部位均采用 Q345qc 钢。钢梯道及平台的顶底板和腹板均采用 Q345qc 钢。该天桥主墩结构为花瓶式钢筋混凝土桥墩，顶部宽度为 1.8 米根部宽度 1 米，厚 0.8 米，桩基直径为 1.2 米。梯道墩结构为矩形墩，尺寸为 0.60.6 米，桩基直径为 1.0 米。1.1 技术标准 净宽：桥面宽：4.2米 梯道全宽：2.7米 桥下净高：5 米。设计荷载：人群：4.5KN/。横断面布置：主梁：0.1m(栏杆)+4.0m(人行道)+0.1m(栏杆)=4.2m 梯道：0.1m(栏杆)+2.5m(人行道)+0.1m(栏杆)=2.7m 结构安全等级：二级。地震动峰值加速度：ag=0.05g。抗震设防烈度：6 度。结构使用年限：50 年。1.2 设计要点：桥型方案 新溉路（鲁能 1、2 街区）人行天桥为一“H”型结构天桥，主要连接鲁能星城 1、2 街区与天宫殿小学周边的人流过往，天桥主梁全长 49.7米。桥面横向全宽 4.2米，净宽 4.0米；梯道全宽 2.7米，净宽 2.5米。桥上设置最大 1%的桥面纵坡和 1.0%的双向横坡。1.3 结构型式 1.3.1 上部结构 天桥主梁、梯道梁均为钢结构，由钢板焊接组合而成。上部结构为等截面钢箱梁，梁高为 0.9米，箱梁顶宽 4.2米，底宽 1.8米。梯道梁高 0.3米，宽 0.8米。天桥箱梁顶板、底板、腹板和墩顶加密横隔板及其余部位均采用 Q345qc 钢。钢梯道及平台的顶底板和腹板均采用 Q345qc 钢。1.3.2 下部结构 主墩结构为花瓶式钢筋混凝土桥墩，顶部宽度为 1.8米根部宽度 1 米，厚 0.8米，桩基直径为 1.2米。梯道墩结构为矩形墩，尺寸为 0.6 0.6米，桩基直径为1.0米。1.4 主要材料 1.4.1 钢材 主梁、梯道：Q345qc、Q235qc 栏杆：Q235B 钢筋：R235、HRB335 分别满足 GB1499-1998、GB13013-1991 标准。（二）、实验依据 城市桥梁养护技术规（CJJ 99-2003、J 281-2003）；城市人行天桥与人行地道技术规(CJJ 69-95)；建筑结构检测技术标准（GB/T 50344-2004）；城市桥梁设计准则（CJJ 11-93）；城市桥梁设计荷载标准(CJJ 77-98)；市政桥梁工程质量检验评定标准(CJJ 2-90)；钢结构设计规(GB 50017-2003)；钢结构工程施工质量验收规（GB 50205-2001）；建筑变形测量规（JGJ 8-2007）；工程测量规（GB 50026-2007）；建筑钢结构焊接技术规程（JGJ 81-2002）。根据天桥的具体结构和现状，验收性荷载试验按照建设部颁发的规定的原则、方法、容进行试验，同时依据桥梁设计单位提供的计算资料并按上述“方法”所规定的指标对试验结果予以评价。（三）、试验项目与观测容 为全面评价桥梁结构的整体性能，了解结构实际工作状况和综合评定工程质量，保证桥梁营运安全，应对城市新建桥梁进行验收性荷载试验。根据桥梁竣工文件提供资料，首先进行计算机建模，模拟桥梁在试验荷载下各个截面的应力及挠。具体试验容包括：在试验荷载作用下进行：1、箱梁 25m 跨最大正弯矩截面（距 1#墩 10m）、22m 跨最大正弯矩截面（距3#墩 8.8m）、2#中墩支点附近负弯矩截面的应力观测；2、箱梁 25m 跨最大正弯矩截面（距 1#墩 10m）、22m 跨最大正弯矩截面（距3#墩 8.8m）的挠度。（四）、观测截面及测点布置 根据人行天桥的结构特点及现场具体情况，本着对全桥评价的原则，决定对两跨均进行荷载试验，选取两跨的最大正弯矩截面及 2#中墩墩顶附近等共计 3个试验截面作为试验控制截面，其检验结果可用于评价全桥。检测容主要包括：钢箱梁梁体应力（应变），挠度观测等。具体截面及观测容详见图 1 与表 1。图 1 某人行天桥试验截面示意图(单位：cm)图 1 中：K 1 为 25m 跨最大正弯矩截面。K2 为 2#墩支点附近截面，K3 为 22m跨最大正弯矩截面。表 1 试验观测截面和观测容 序号 观测部位 观测截面 箱梁钢板应力观测 挠度观测 裂缝观测 1 跨中 K1 2 跨中 K2 3 支点 K3 /测点布置时均采用钢箱梁表面粘贴应变片观测应力，试验截面测点布置如下图所示。应力测点挠度测点 图 2 钢箱梁正弯矩截面（K1、K3）测点布置图 应力测点图 3 钢箱梁负弯矩截面（K2）测点布置图（五）、观测方法与仪器 1、挠度观测：采用精密水准仪进行观测；2、箱梁应力观测：采用在箱梁下缘底部钢板表面粘贴短标距应变片的测量方式.以静态电阻应变仪自动扫描观测钢板的应变，再根据箱板弹性模量换算为相应应力。（一）应力测试系统 （二）挠度测试系统 图 4 测试系统框架图（六）、试验荷载与荷载布置 荷载试验按照设计施工图计算，根据该桥的具体位置及周边状况，试验荷载决定采用水箱加载的方法进行，以设计荷载力作为试验控制力确定加载位置及重量，计算确定最大加载重量 81.78 吨；按照 1.74吨/沿米进行布载，具体布载位置如下所示：按“方法”规定，试验荷载效率应满足 0.8 1.05 的要求，本次试验取1.0.荷载施加时对 3 试验控制截面分别进行，根据桥面宽度（见图 5）。每种工应变片 YE2539 静态应变仪 打印 精密水准仪 记录 况分为 23 级，每级荷载就位后约 5 分钟进行各项观测，卸载后约 10 分钟进行残余观测和调零，再继续下一工况。图 5 水箱加载横向对称布荷示意图 表 2 荷载工况表 序号 荷 载 工 况 1 25m 跨最大正弯矩截面对称加载 2 2#墩支点最大负弯矩截面对称加载 3 22m 跨最大正弯矩截面对称加载 图 6 25m 跨最大正弯矩截面纵向示意图 图 7 2#墩顶负弯矩截面加载纵向示意图 图 8 22m 跨最大正弯矩截面纵向示意图 表 3 荷载试验相关计计算值 控制 截面 加载工况 加载重量 kg 设计弯矩 kN.m 试验弯矩 kN.m 荷载 效率 应力计算值 MPa 挠度计算值 mm K1 25m 跨 水深 58cm 43500 2112.2 2041.8 0.97 67.9 32.7 K3 22m 跨水深58cm 38280 1698.1 1641.5 0.97 54.6 21.0 K2 全桥满载 81780-2515.6-2431.7 0.97 上缘 25.5/下缘-80.8 注：表中数据由结构计算得出（七）、静荷载试验 7.1 试验的容（1）箱梁 25m 跨最大正弯矩截面（距 1#墩 10m）、22m 跨最大正弯矩截面（距3#墩 8.8m）、2#中墩支点负弯矩截面（距 2#墩 0.5m）的应力观测；（2）箱梁 25m 跨最大正弯矩截面（距 1#墩 10m）、22m 跨最大正弯矩截面（距3#墩 8.8m）的挠度值。7.2 观测截面及测点布置 根据某（某小区 1、2 街）人行天桥的结构特点及现场具体情况，本着对全桥评价的原则，决定对两跨均进行荷载试验，选取两跨的最大正弯矩截面及 2#中墩墩顶附近等共计 3 个试验截面作为试验控制截面，其检验结果可用于评价全桥。检测容主要包括：钢箱梁梁体应力(应变)及挠度观测等。具体截面及观测容详见图 7.2-1图 7.2-3 与表 7.3。图 7.2-1 某人行天桥试验截面示意图(单位：cm)图 7.2-1 中：K1 为 25m 跨最大正弯截面，K2 为 2#墩支点附近截面，K3 为22m 跨最大正弯截面。测点布置时均采用在钢箱梁表面粘贴应变片观测应力，试验截面测点布置如下图所示。应力测点挠度测点底板1底板2底板3腹板2腹板1桥面1桥面2 图 7.2-2 钢箱梁正弯矩截面（K1、K3）测点布置图 应力测点翼缘1翼缘2腹板下缘腹板下缘腹板中部腹板中部 图 7.2-3 钢箱梁负弯矩截面（K2）测点布置图 7.3 观测容 表 7.3 观测项目及容表 编号 观测项目 具体观测容 1 箱梁应力 试验荷载作用下，箱梁最大正弯矩截面（K1、K3）的应力观测，2#墩顶负弯矩截面（K2）的应力观测 2 箱梁挠度 试验荷载作用下，箱梁最大正弯矩截面（K1、K3）的挠度观测 7.4 观测方法与仪器（1）挠度观测：采用精密水准仪进行观测；（2）箱梁应力观测：采用在箱梁下缘底部钢板表面粘贴短标距应变片的测量方式.以静态电阻应变仪自动扫描观测钢板的应变，再根据箱板弹性模量换算为相应应力。7.5 采用的观测系统(1)应力测试系统：（2)挠度测试系统：图 7.5 测试系统框图 7.6 试验荷载与荷载布置 荷载试验采用均布荷载以设计荷载计算力作为试验力控制值，根据该桥的具体位置及周边情况，试验荷载决定采用水箱加载的方法进行，水箱加载宽度 3m，按照各测截面力等效原则，共用水 84 吨，各试验控制截面荷载效率均达到 0.97，满足“试验方法”中对基本荷载试验规定的要求，其检验结果可用于桥梁承载能力的评价。荷载施加时对三个控制截面分别进行，先进行 25m 跨最大正弯矩截面加载，荷载就位后约 5 分钟进行各项观测，再进行全桥满载工况，满载后先卸 25m 跨，卸载后约 10 分钟后进行 22m 跨满载工况试验数据观测，然后全桥卸载，约 10分钟后进行残余观测。应变片 静态应变仪 打印输出 精密水准仪yinnaoduyi 记录 图 7.6-1 水箱加载横向对称布荷示意图 表 7.6-1 静载试验加载工况 序号 控制截面 工况分级 对应载位位置 1 25m 最大正弯矩截 正载 1 级 25m 跨水深 29cm 2 25m 最大正弯矩截 正载 2 级 25m 跨水深 58cm 3 22m 跨最大正弯矩截 正载 3 级 25m 跨满载+22m 跨水深 29cm 4 2#墩顶截面 正载 4 级 25m/22m 跨水深 58cm 5 22m 跨最大正弯矩截 正载 5 级 25m 跨卸载，22m 跨水深 58cm 表 7.6-2 荷载试验相关计算值 控制 截面 加载工况 加载重量 kg 设计弯矩 kN.m 试验弯矩 kN.m 荷载 效率 应力计算值 MPa 挠度计算值 mm K1 25m 跨 水深 58cm 43500 2112.2 2041.8 0.97 67.9 32.7 K3 22m 跨水深58cm 38280 1698.1 1641.5 0.97 54.6 21.0 K2 全桥满载 81780-2515.6-2431.7 0.97 上缘 25.5/下缘-80.8 注：表中设计弯矩值及挠度计算值根据计算确定，钢板应力根据截面特性计算得出。表中应力符号“+”为受拉，“-”为受压，钢板弹性摸量取值 2.06105MPa。图 7.6-2 25m 跨最大正弯矩截面加载纵向示意图(单位：cm)图 7.6-3 2#墩顶附近负弯矩截面加载纵向示意图(单位：cm)图 7.6-4 22m 跨最大正弯矩截面加载纵向示意图(单位：cm)7.7 试验结果与分析 在各级试验荷载作用下跨中控制截面箱梁底板应力观测结果列于表7.7.1-1 表 7.7.1-3 中，挠度观测结果列于表7.7.2-1 表 7.7.2-2 中。应力符号“+”为受拉，“-”为受压，挠度符号向下为“+”，向上为“-”，钢板弹性模量取值 E=2.06xlO5MPa。表中应力单位为 MPa，挠度单位为 mm。所有应力测点均采用半桥自补偿。7.7.1 应力测试结果 表 7.7.1-1 25m 跨钢箱梁应力观测结果 单位：MPa 测点 工况 腹板-1 底板-1 底板-2 底板-3 腹板-2 K1 25m 跨水深 58cm 61.8 63.86 65.92 59.74 61.8 计算值 67.9 67.9 67.9 67.9 67.9 校验系数 0.91 0.94 0.97 0.88 0.91 表 7.7.1-2 22m 跨钢箱梁应力观测结果 单位：MPa 测点 工况 腹板-1 底板-1 底板-2 底板-3 腹板-2 K3 25m 跨卸载,22m 跨水深 58m 53.56 49.44 51.5 51.5 47.38 计算值 54.6 54.6 54.6 54.6 54.6 测点 工况 腹板-1 底板-1 底板-2 底板-3 腹板-2 校验系数 0.98 0.91 0.94 0.94 0.87 表 7.7.1-3 墩顶附近钢箱梁应力观测结果 单位：MPa 测点 工况 腹板 下缘-1 腹板 下缘-2 翼缘-1 翼缘-2 K2 全桥满载 78.28 76.22 24.72 22.66 计算值 80.8 80.8 25.5 25.5 校验系数 0.97 0.94 0.97 0.89 7.7.2 挠度测试结果 表 7.7.2-1 钢箱梁 25m 挠度观测结果 单位：mm 测点 工况 桥面-1 桥面-2 KK1 25m 跨水深 58cm 30.3 30.1 计算值 32.7 32.7 校验系数 0.93 0.92 残余 3.3 3.5 相对残余 10.89%11.63%表 7.7.2-2 钢箱梁 22m 挠度观测结果 单位：mm 测点 工况 桥面-1 桥面-2 K3 25m 跨卸载,22m 跨水深 58cm 19.8 19.5 计算值 21 21 校验系数 0.94 0.93 残余 2.0 2.0 相对残余 10.10%11.28%7.7.5 裂缝观测结果 在所施加最大试验荷载作用下，未发现钢箱梁产生异响及焊缝开裂。7.7.6 分析比较 某（某小区 1、2 街）人行天桥在最大试验荷载作用下，钢箱梁结构表现出了正常的受力性能，25m 跨最大正弯矩控制截面实测箱梁钢板应力平均值低于该荷载工况作用下的理论计算值，应力校验系数在 0.880.97 之间，22m 跨最大正弯矩控制截面实测箱梁钢板应力平均值也低于该荷载工况作用下的理论计算值，应力校验系数0.870.98 之间，2#墩顶控制截面由于腹板根部高度位于中性轴附近故腹板上缘应力理论计算数值较小。在全桥满载最大负弯矩加载工况下，实测箱梁翼缘及底板应力平均值也均低于该荷载工况作用下的理论计算值，翼缘应力校验系数0.940.97之间，底板应力校验系数0.890.97之间。箱梁结构强度符合设计及相关规要求。在最大试验荷载加载作用下，25m 跨最大正弯矩控制截面箱梁各测点实测挠度值均低于该荷载工况作用下的理论计算值，校验系数在0.920.93之间，22m跨最大正弯矩控制截面箱梁各测点实测挠度值也低于该荷载工况作用下的理论计算值，校验系数在0.930.94之间。最大相对残余变形为11.63，小于 20%。结构刚度符合设计及相关规要求。在所施加最大试验荷载作用下，未发现钢箱梁产生异响及焊缝开裂。（八）结论 现状态下的某（某小区 1、2 街）人行天桥已基本竣工，在所有试验工况下，钢结构均表现出正常的受力性能，其强度和刚度满足“试验方法”中所规定的要求；结构工作状况正常。（本桥未做动载试验，无法对自振频率下结论。）综上所述，某（某小区 1、2 街）人行天桥承载能力符合人群4.5kN/设计荷载作用下的使用要求。四、通过桥梁检测案例的启示 城市桥梁是人流交通人车分流的主要形式，广泛应用于城市基础设施建设中，桥梁的使用寿命及耐久、安全性十分重要，其中定期桥梁检测、成桥竣工验收检测显得十分重要。本次通过对某小区人行天桥竣工荷载试验检测进行了工作方案设计，外业荷载试验以及计算分析对比，从而得出检测报告及评价。在本次桥梁检测试验中，主要需要把握好以下几方面工作：一是前期桥梁竣工或设计文件的收集，通过竣工图资料或设计文件资料收集，可以了解桥梁的基本设计标准，等级，功能定位，荷载等级，为下步计算做资料准备。其次是计算机模拟实验荷载，通过收集基础数据，需要对桥梁进行计算机建模，同时根据设计标准进行不同荷载施加，其中荷载施加位置需要通过盘点关键部位，通过计算关键部位的应力和挠度提取计算结果为后期与试验结果进行比对做准备。其三是荷载试验，荷载试验前需要根据桥梁设计文件的技术标准等级，将设计荷载等待转换为现有实际加载物品如沙袋、水箱等。同时根据测量数据准确的进行加载物堆放，待数据稳定后读取外业数据。最后根据业计算结果与外业试验数据进行比较分析，根据偏差率进行评估、分析进而得出检测报告。另外，桥梁检测或者荷载试验期间需要专人负责交通组织管理，确保交通安全，检测安全。