1、混凝土小箱梁加固荷載試驗研究某某高速某某某大橋20米混凝土小箱梁加固荷載試驗方案某某某大橋小箱梁加固荷載試驗分析課題組2010年9月 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 一、工程概況-0 - HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 二、試驗目的-0 - HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 三、試驗依據-0 -四、試驗內容-1 - HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 五、投入的儀器、

2、設備-1 - HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 六、試驗檢測方案-2 - HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 6.1預制板裂縫檢測-2 - HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 6.2工況及測點布置-2 - HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 6.3加載控制荷載-5 - HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 6.4加載布置-6 - HYPERLINK l bo

3、okmark57 o Current Document 6.5加載荷重-6 - HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 6.6 分級加載工況-6 - HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 6.7承載能力極限狀態的判別標準-7 - HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 6.8試驗過程-8 - HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 6.9裂縫觀測-8 - HYPERLINK l bookmark81 o Current

4、 Document 七、反力架系統安裝及安全、環保措施-9 - HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 7.1反力架系統的安裝-9 - HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 7.2加載過程中的安全保證措施-9 - HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 7.3 試驗設備的安全-10 - HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 7.4環保措施-10 - HYPERLINK l bookmark105 o Current

5、 Document 7.5注意問題-10 - HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 八、試驗組織機構及人員安排-10 - HYPERLINK l bookmark115 o Current Document 九、試驗工期安排-12 - HYPERLINK l bookmark119 o Current Document 十、存在的問題-12 -附件一、加載前后小箱梁抗力計算（依據現行規范）13附件一、加載前后小箱梁極限承載力計算（Ansys模擬）14附件三、反力梁加載示意圖16附件四、反力梁（工字鋼）承載力驗算18附件五、荷載試驗概算表20、工程

6、概況某某高速公路某某某大橋位于某某某某連接線，其上構為帶懸臂的先 簡支后橋面連續預應力混凝土寬幅小箱梁(單板頂面寬2.2m)，每跨四棉梁。該 橋99年建成通車，由于車輛超載、地震及雪災等因素，橋梁出現了一些超規范 允許的裂縫，橋梁最不利受力截面承載力雖然滿足規范要求，但富余度有限， 很難適應目前普遍的橋梁超載現狀。該橋于2008年2009年通過初步設計及 設計理論試驗驗證階段后，于2009年8月正式開始加固施工。某某某大橋除了 采取常規手段進行裂縫及缺陷修補外，針對上構小箱梁梁端斜截面抗剪極限承 載力不足，全橋上構小箱梁采取了目前比較先進的外包自密實混凝土、新增預 應力的主動加固方式進行結構補

7、強，并更換全橋橡膠支座。為了解發生病害后梁體結構的實際承載能力，我公司成立某某某20m小箱 梁加固荷載試驗分析課題組，對出現病害特征最明顯的原橋22跨右幅橋2號小 箱梁進行極限承載力試驗，對具有相同病害特征的3號小箱梁按加固設計要求 進行結構補強后進行極限承載力試驗，分別準確測試加固前后20m小箱梁的極 限承載力。二、試驗目的將選取的加固前后的兩片試驗梁，按設計荷載值分級加載到極限承載狀態， 測試小箱梁的極限承載力，了解其承載力情況。通過對試驗結果的分析，為重要 截面出現裂縫仍在繼續使用的同類小箱梁橋梁，提供承載力數據參考，作為安全 評估的重要依據；通過加固前后單梁極限荷載試驗結果對比，評估加

8、固設計及施 工效果，為今后同類型的橋梁加固維修提供數據模型和參考。三、試驗依據混凝土結構設計規范(GB50010)；普通混凝土力學性能試驗方法標準(GB/T 50081-2002)；公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTJ02385)；公路橋涵設計通用規范(JTJ02189)；混凝土結構試驗方法標準(GB50152-92)；（6）與本項目相關的圖紙。（1）加固前r22-2號小箱梁在各級荷載下的應力、撓度；（2）加固后r22-3號小箱梁在各級荷載下的應力、撓度；（3）試驗構件裂縫分布及擴展情況。五、投入的儀器、設備擬投入的儀器設備主要包括兩臺70噸以上汽車吊、50裝載機、100噸頂升 系

9、統、100噸油壓千斤頂、靜態應力測試系統、振弦式綜合測試儀，振弦式應 變傳感器、電子位移計、電阻應變計、裂縫觀測儀、固定表座、筆記本電腦、 相機等。由于本次試驗以應變（應力）和撓度測試為主，故此特在表1中給出 了主要的應力和撓度測試儀器及傳感器。表1主要測試儀器及傳感器TDS-303靜態應變儀（40通道）測量：應變、電壓、熱電偶和鉑電阻測量范圍：640000四 （應變）；64V （電壓）測量精度：0.05%；最高分辨率:0.訴（0.001mV, 0.1 D采樣速度：0.06秒/點；打印速度：0.065秒/點最多測量1000點，觸摸屏操作，方便快捷交直流供電：AC 220V，50Hz； DC 1

10、118V 或 2234V （需選配相應的穩壓源）JMZX-2001B綜合測試儀測量范圍：振弦頻率：600Hz3000Hz溫 度：-40C 125 C測量精度：頻率精度：0.1%0.1Hz溫度精度：0.5C存貯容量：2500個測量記錄（每個記錄包含傳感器編號、 測量時間、溫度和物理量）使用環境溫度：-10C40C，相對濕度小于等于90%電源：8節2號鎘鎳電池；電能貯量：2Ah；工作電流：80mA；充電時間：12小時14小時六、試驗檢測方案6.1預制板裂縫檢測試驗前先用肉眼對梁體進行觀測，用記號筆標出裂縫的位置、方向及延伸 高度，用裂縫觀測儀量測裂縫的寬度，繪制裂縫展開圖。選擇不同類型裂縫中35條

11、裂縫，在梁（板）體上留下最大裂縫寬度觀測 值、裂縫始終端等標志，實時觀測并記錄裂縫在加載過程中的變化情況。6.2工況及測點布置（1）預應力小箱梁荷載試驗：將被檢構件架設成為簡支結構（支點必須能承受載荷及本體荷重且牢固可 靠），測試其極限承載力，試驗測試內容見表2,測試工況控制截面如圖1所示。表2小箱梁極限承載力荷載試驗工況工況測試內容測試內容120米小箱梁極限承載力（加固前）應力、撓度220米小箱梁極限承載力（加固后）應力、撓度0L/4L/21113L/4L11IIIII圖1小箱梁控制斷面示意圖（2）測試斷面撓度測點的設置：跨中截面處板底面布置撓度測點，0、L/8、L/4、3L/8、L/2、5

12、L/8、3L/4、7L/8、L截面布置撓度測點，其測點布置示意圖如下：1撓度測點圖2小箱梁撓度測點布置圖圖4加固后L/2截面應變測點布置圖圖5加固后截面應變測點布置圖（不包含L/2截面）變截面支座 心 線應變測點圖6加固前后剪切應變測點布置圖（4）應變計的選取支座處剪切應變測試采用電測法進行，在混凝土表面粘貼大標距電阻應變 片（應變花），采用電阻應變儀測讀；箱梁頂部受壓區混凝土的應變測試也采用 這一方式進行。各測試截面中其余測點的應力測試則采用外貼式振弦應變傳感 器，在加固過程中貼于原來的混凝土表面并埋入外包混凝土內，該傳感器量程 大、精度高，且自身防破損能力好，適用于中、長期觀測。6.3加載

13、控制荷載根據設計規范、原設計圖及加固設計圖，分別計算出原小箱梁及加固后小箱 梁跨中截面彎矩設計值，分別采用三種方法來計算本次試驗的加載控制值。1）根據本橋的設計荷載來確定箱梁的極限承載力主要設計為汽超一20、掛一120，荷載橫向分布采用剛接板法，可計算得到 邊箱梁最大橫向分布系數為0.551。用Midas計算恒載跨中彎矩為961.5kN*m， 活載最大彎矩為996.8kN*m，則箱梁的極限承載力為M=1.2*M恒+1.4*M活-M恒 =1.2*961.5+1.4*996.8-961.5=1587.8KN*m根據等效原則，試驗荷載P*L/4=1587.8KN*m 則P=317.5KN2）根據箱梁

14、截面設計確定其極限承載力用Midas計算加固前小箱梁跨中抗力R=3351.6 KN*m，自重作用下跨中彎 矩 M =961.5KN*m，則試驗荷載值應為 T=R- M =3351.6-961.5=2390.1KN*m。 根據等效原則，試驗荷載P*L/4 =2390.1KN*m，則P=478.1KN。加固后小箱梁跨中抗力R=4689.46 KN*m，自重作用下跨中彎矩M =1342.2KN*m，則試驗荷載值應為 T=R- M =4689.46-1342.2=3347.26KN*m。 根據等效原則，試驗荷載P*L/4 =3347.26KN*m，則P=669.4KN。加固前后小箱梁抗力計算結果（依據

15、現行規范）見附件一，可以看出，與 Midas計算結果基本一致。3）采用ANSYS實體建模計算確定箱梁的極限承載力采用ANSYS軟件進行箱梁的實體建模，混凝土采用Solid65單元模擬，預 應力鋼束采用Link8單元模擬。加固前、后預應力混凝土小箱梁跨中受集中荷載分別達到600KN、800KN 時，受拉區混凝土已達到其極限抗拉強度，具體計算結果見附件二。綜上所述，初步擬定在試驗中分別采用478.1KN、669.4KN作為箱梁加固 前后的極限荷載。考慮到理論計算與實際情況之間將不可避免地存在誤差，整 個反力架系統的設計、驗算均按照必須提供80t極限試驗荷載這一標準進行。6.4加載布置本次試驗采用等

16、效荷載加載方式，在結構設計的影響線最不利處布載，等 效荷載采用集中力的方式加載，試驗加載載荷如下：表3試驗加載載荷一覽表工況載荷設計值布載示意圖加固前478.1 (kN)2390.1 (kN - m)PW78.1kN加固后669.4 (kN)3347.26 (kN - m)_P=669.4kN6.5加載荷重本次加載荷重采用油壓千斤頂加荷方式進行，油壓千斤頂使用施工現場的 預應力張拉設備，設備已經經過標定試驗，符合加載要求。采用Q345工字鋼 鋼作為反力梁，利用既有20m小箱梁作為配重梁，配合組成加載系統，如附件 三所示。6.6分級加載工況按照試驗荷載加載分級原則進行現場試驗。根據梁的外觀完好性

17、，選定 r22-2梁直接分級加載至極限荷載，另一根梁(r22-3號梁)按設計要求加固腹 板后分級加載至極限荷載，加固前荷載工況見表4，加固后荷載工況見表5。表4加固前荷載試驗千斤頂加載控制表加載級別與計算加載比值加載值(kN)備注100.0加載至80%的 設計荷載時，再 按設計荷載的 5%逐級加載， 直至梁體達到220%95.6340%191.2460%286.9580%382.5極限承載狀態.685%406.4790%430.3895%454.29100%478.110105%502.0表5加固后荷載試驗千斤頂加載控制表加載級別與計算加載比值加載值(kN)備注100.0加載至80%的 設計何

18、載時，再 按設計荷載的 5%逐級加載， 直至梁體達到 極限承載狀態。220%133.9340%267.8460%401.6580%535.5685%569.0790%602.5895%635.99100%669.410105%702.96.7承載能力極限狀態的判別標準根據混凝土結構試驗方法標準(GB50152-92)第8. 0.1條：對試驗結構 構件進行承載力試驗，當結構構件受力情況為軸心受拉、偏心受拉、受彎、大 偏心受壓時，在加載或持載過程中出現下列標志之一即認為該結構構件己達到 或超過承載能力極限狀態：對有明顯物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主鋼筋應力達到屈服強度，受拉 應變達到0.01 ；對無

19、明顯物理流限的鋼筋，其受拉主鋼筋的受拉應變達到0. 01；受拉主鋼筋拉斷；受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1. 5mm；撓度達到跨度的1/50;對懸臂結構，撓度達到懸臂長的1/25；5.受壓區混凝土壓壞。本次荷載試驗選取第三條和第四條作為小箱梁超過承載力極限的標志，不 滿足二者之中任何一條，均視為構件已達到或超過承載能力極限狀態。6.8試驗過程正式荷載試驗是整個荷載試驗的核心內容，荷載試驗的過程如下：儀器調試與模擬試驗試驗儀器能否正常的工作是試驗的成功關鍵，因此在本次試驗前對所有測 試儀器、設備進行仔細的標定與調試，并在正式荷載試驗前采用一定試驗加載 重物進行預壓模擬試驗。靜載初讀數靜載初讀數

20、是指試驗正式開始時的零荷載讀數，不是準備階段調試儀器的 讀數。從初讀數開始整個測試系統就運動起來了，測量、重物加載人員進入現 場各司其職。分級加載試驗在正式試驗前，按照試驗方案在板面上標出詳細顯目的加載位置，并在試 驗過程中安排專人指揮重物擺放。在荷載試驗初期，以試驗值的20%作為初始加載荷載，并以此初始荷載對 構件進行預壓。預壓持續時間約510min后正式分級加載。穩定后讀數嚴格按照加載程序進行逐級加載，加載后結構的變形和內力需要有一個穩 定過程，對不同的結構這一過程的長短都不一樣，一般是以控制點的應變值或 撓度值穩定為準，只要讀數波動值在測試儀器的精度范圍以內，可認為結構已 處于相對穩定狀

21、態，可以進行讀數采集。終止加載控制條件根據承載能力極限狀態的判別標準，發生承載能力極限狀態5種標志情況 中任意一種，則中途終止加載。6.9裂縫觀測試驗加載過程中，對構件表面裂縫進行觀察，看是否有新的裂縫出現，并檢查已標記的裂縫長度、寬度是否有擴展現象，若有并記錄擴展后的裂縫長度 和寬度。反力架系統安裝及安全、環保措施7.1反力架系統的安裝試驗反力架系統采用從舊橋上拆除的舊梁作為配重梁提供試驗所需反力， 在試驗梁兩側各配一根配重梁，單片梁寬2.2m，高1.2m，重36.8t，兩片梁重 73.6t，試驗所需反力為70.29t，配重梁可以保證試驗反力要求。反力架系統安裝步驟：首先將兩片配重梁平行擱置

22、在試驗梁兩側，并在兩片配重梁底面和頂面 各橫向放置兩根工字鋼，工字鋼兩端應伸出梁邊緣一定長度，將配重梁梁頂和 梁底的工字鋼用精軋螺紋鋼和螺母（配錨板）連接起來；在試驗梁加載處千斤頂上橫向放置2根5m長的Q345普通工字鋼（型 號56b）作為分配梁，將配重梁梁頂工字鋼在中心處與分配梁通過工字鋼和精 軋螺紋鋼連接；同時在每片配重梁兩側各安裝三個工字鋼斜撐，以防止配重梁由于不均 衡受力而傾覆。7.2加載過程中的安全保證措施進行破壞性荷載試驗時安全保證措施：構件脆斷時，千斤頂可能傾倒;承壓鋼板焊接角鋼組成護套（填充橡膠）， 防護鋼纜系在反力架上；為防止構件脆斷時千斤頂因突然傾倒而損壞，進而影 響到后續

23、試驗步驟，還應準備兩臺備用千金頂。構件脆斷時，小塊混凝土迸裂；現場試驗人員佩戴安全帽，可考慮安裝 防護網。因試驗臺座較高，還應在試驗梁段正下方沿長度方向放置兩排混凝土墊 塊（墊塊頂部距離箱梁底部至少20cm），防止構件破壞后直接從臺座上墜落， 引發危險。7.3試驗設備的安全當試驗準備工作開始后，各種試驗儀器及大量試驗導線會陸續安排到位， 進行試驗前的各項調試。在正式荷載試驗前，安排專人對各項試驗設備看守。7.4環保措施為保證試驗現場環境衛生、整潔、橋面美觀，要求試驗參加人員必須做到:（1）不亂丟廢棄材料，廢棄材料集中后帶出試驗區；（2）不亂丟生活垃圾，生活垃圾集中后帶出試驗區。7.5注意問題荷

24、載試驗期間，試驗區需停止一切無關作業，禁止無關人員在試驗現場， 需施工單位給予大力配合。具體為：（1）試驗梁應無額外荷載。（2）各作業人員應聽從試驗指揮人員的安排，以免因施工作業而引起對測 試信號的干擾。（3）各作業人員應愛護測點，不得損壞，以免影響測試工作的正常進行。試驗組織機構及人員安排某某某20m小箱梁荷載試驗成立某某某20m小箱梁荷載試驗指揮小組和某 某某20m小箱梁荷載試驗試驗小組，試驗指揮小組由指揮長擔任，負責組織、 協調處理和確定在試驗過程中可能出現的各種問題。試驗小組組長由試驗方人 員擔任下再分設若干測試小組，試驗組織機構見圖7,參與人員見表5。某某某大橋20m小箱梁荷載試驗小

25、組r1F1r電/ 振/ 撓/ 裂/ 加資/ 、結阻弦度縫荷料構應應測測指整分變變試試揮理析測測小小小分小試 小 組試小組 lk_.組lk_.組組P析測小組組*圖7某某某20m小箱梁荷載試驗組織機構圖表6現場主要試驗人員職責表職務姓名性別職稱專業現場負責人男教授橋梁與隧道工程技術負責人男教授、博導橋梁與隧道工程總工程師男副教授結構工程測試分項負責人男副教授結構工程計算分析人員男講師橋梁與隧道工程測試技術人員男講師橋梁與隧道工程測試技術人員男講師橋梁與隧道工程測試技術人員男助理工程師土木工程測試技術人員男碩士研究生橋梁與隧道工程測試技術人員男碩士研究生橋梁與隧道工程九、試驗工期安排本次試驗工期按現

26、場檢測準備條件確定，目前四片梁已吊運至混凝土攪拌 站，初步估計在9月上旬進行加固施工，9月中旬進行場地處理及梁板位置調整， 正式的荷載試驗預計在9月底進行，大約需56個工作日。十、存在的問題目前四棉梁從右幅22跨通過兩次吊運，已兩兩相疊的放置在某某某大 橋第265跨橋側下方的混凝土攪拌站內。混凝土攪拌站除了部分重車經常通行 的區域進行路面硬化處理外，其它地方均為軟基，車輛極易下陷。攪拌站場地 有限，大噸位吊車的行走及吊裝在攪拌站現有的場地狀況下，很難實現將四片 梁按照加載布置要求一一擺開，配重梁在攪拌站的移動是本試驗的難題之一。試驗中可能出現所加荷載值不足以使試驗梁段發生破壞這一情況，此時 可

27、在配重梁內或表面放置沙袋，以解決配重不足的問題。附件一、加載前后小箱梁抗力計算(依據現行規范)加固前：1、計算混凝土受壓區高度JTG D62-04 5.2.3-3x=78.64mm； xV2a2、構件截面抗彎承載力JTG D62-04 5.2.5-2Mn=MnPsc_s=fpd*Ap*(h-ap-as)=3351.6kN*m加固后：1、迭代法計算混凝土受壓區高度JTG D62-04 5.2.3-3：x=113.50mm； xhf按矩形計算；2、混凝土抗彎承載力JTG D62-04 5.2.2-1MnCon=fcdbx(h0-x/2)=18.40*2200.00*113.50*(1041.11-

28、113.50/2)=4522569462.04 N*mm=4522.57kN*m3、普通鋼筋抗彎承載力JTG D62-04 5.2.3-2MnStc=fsdAs(h0-as)=166885766.67N*mm=166.89kN*m4、則構件截面抗彎承載力JTG D62-04 5.2.3-2Mn=MnCon+MnStc =4522.57+166.89=4689.46kN*m附件二、加載前后小箱梁極限承載力計算（Ansys模擬）SEP 11 2010ANSYS 10.023:21:59ELEMENTSANSYS 10.0ELEMENTSANSYS 10.0SEP 11 201023:21:59SE

29、P 11 201023:21:59SEP 11 2010ANSYS 10.023:21:59ELEMENTSANSYS 10.0ELEMENTSANSYS 10.0SEP 11 201023:21:59SEP 11 201023:21:59jiaguqian-60圖1加固前小箱梁有限元模型NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =52ANSYS 10.0SEP 11 2010 23:18:36NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =52NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =52ANSYS 10.0SEP 11 2010 23:18:36NODAL SOLUTION

30、STEP=1SUB =52TIME=1ANSYS 10.0SEP 11 2010 23:18:36-.191E+08-.143E+08-.953E+07-.477E+07-6961-.167E+08-.119E+08-.715E+07-.239E+07.237E+07-.191E+08-.143E+08-.953E+07-.477E+07-6961-.167E+08-.119E+08-.715E+07-.239E+07.237E+07-.191E+08-.143E+08-.953E+07-.477E+07-6961-.167E+08-.119E+08-.715E+07-.239E+07.237

31、E+07NODAL SOLUTIONNODAL SOLUTION,011854-.191E+08,237E+07ANSYS 10.0SEP 11 2010ANSYS 10.0SEP 11 2010STEP=1 SUB =52 TIME=1NODAL SOLUTIONNODAL SOLUTION,011854-.191E+08,237E+07ANSYS 10.0SEP 11 2010ANSYS 10.0SEP 11 2010STEP=1 SUB =52 TIME=1STEP=1SUB =52TTME=1MN X.011854-.191E+08.237E+07圖2加固前小箱梁應力圖（集中荷載：60

32、0KN）jiaguhou-80圖4加固后小箱梁應力圖（集中荷載：80KN）附件三、反力梁加載示意圖配重梁組合工字鋼配重梁配重梁組合工字試驗梁千斤頂反反力重梁梁(2I56b*5000mm)200*200cm 鋼板試驗梁千斤頂配重梁組合工字鋼反力分配梁(2I56b*5000mm)配重梁200*200cm 鋼板臺座臺座附件三、反力梁加載示意圖配重梁組合工字鋼配重梁配重梁組合工字試驗梁千斤頂反反力重梁梁(2I56b*5000mm)200*200cm 鋼板試驗梁千斤頂配重梁組合工字鋼反力分配梁(2I56b*5000mm)配重梁200*200cm 鋼板臺座臺座試驗梁臺座梁底砼墊塊臺座反力梁加載系統平面示意圖00mm)千斤頂20mm 厚200*200cm 鋼板組合工均字鋼細沙I56b*5000mm)千斤頂20mm厚 200*200cm 鋼板5 cm厚均勻細沙A-A反力梁加載系統縱面示意圖組合工字鋼(2I56b*5000mm)千斤頂20mm 厚200*200c