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公路桥面的性能测试
包含平轨车
Lungten Jamtsho1 和Manicka Dhanasekar2
摘要:在澳大利亚昆士兰的一个低体积、高轴负荷的交通道路上，对一种含废弃平板车的公路桥梁进行了性能测试，并给出了一些关键的结果。试验使用的是一辆满载总重量为澳大利亚桥梁规范中正常使用设计荷载的28.88%的满载卡车;它的车轮位置可以被高速摄像机精确地捕捉到，同时对平坦轨道车辆的关键部分进行实时的变形和应变测量。该应变远远低于屈服值，并说明了钢筋混凝土板铺装层与货车甲板之间组合作用的存在。利用试验数据对三维网格模型进行了开发和标定，确定了轨道车辆的结构充分性和钢筋混凝土板路面对低体积路网中单车道桥梁高轴交通荷载的积极贡献。
DOI: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0000357. copy; 2013 American Society of Civil Engineers.
CE数据库标题:流量;公路桥梁;桥甲板;使用可靠性;测试;澳大利亚。
作者关键词:低流量交通桥梁;重轴负载;桥甲板;性能测试;组合作用;正常使用极限状态。
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介绍
因为最近版本的aus-tralbridge loading code, AS5100[澳大利亚标准协会(SAA) 2004]中的高轴负荷要求，许多老化的道路桥梁需要紧急改善。由于交通量在桥梁建设预算拨款决策中起着关键作用，在低流量的交通路网中，许多桥梁仍然处于低负荷和/或速度限制条件下，从而不利于许多农村社区(Lamond 2010).
近年来，废弃的平板车(FRWs)代替桥面的使用正在成为一种可行的方法(Doornink等人，2003;Wipf等人，2003)。昆士兰科技大学(Queensland University of Technology)、澳大利亚布里斯班(Brisbane)正在进行一项类似的关于昆士兰州FRWs使用情况的研究。在昆士兰的罗克汉普顿区域委员会(RRC)管辖范围内建造了一个由FRW甲板和RC板(RCS)铺装组成的示范桥。FRW-RCS复合甲板系统的使用极限状态是至关重要的，因为FRW已将服务负荷周期看作一种铁路货车，而RCS是现场新组件的浇注。由于该桥位于RRC(2010)的低容量交通路网中，因此不考虑疲劳。
1研究学生，建筑环境与工程学院，昆士兰科技大学，布里斯班，QLD 4000，澳大利亚，电子邮件:lungten.jamtsho@qut.edu.au
2基础设施工程教授，建筑环境与工程学院，昆士兰大学技术学院，2乔治St.，布里斯班，QLD 4000，澳大利亚(通讯作者)，电子邮件:m.dhanasekar@qut.edu.au
请注意。这份手稿是在2011年5月30日提交的;2011年12月6日批准;2011年12月8日在网上发布。讨论期至2013年9月1日;单独的讨论必须分送给个别的文件。本文是2013年4月1日第18期《桥梁工程学报》的一部分。copy;陈纯ISSN 1084 - 0702 / 2013/4 - 308 - 317 /25.00美元。
这座桥的性能受到了考验。性能负载测试通常使用预先确定的较小的负载，这些负载远低于最终的负载水平，因此是低风险的，通常使用小型卡车装载骨料/砂。这些测试是一种非破坏性测试，并提供了对应用负载的桥接响应的洞察力(Chajes et al. 2000;Ryall 2010)和数据也可用来评估设计负载行为使用校准的分析/数值模型(Richard et al. 2010)。这些测试是在服役的老化桥梁上进行的(Saraf和Nowak 1998);还对结合了新型建筑材料或设计(Stallings和yoo1993)的新构造桥梁进行测试;1997年，Boully和Semple;Stiller等2006)。Harris等人(2008)对一种新型的夹层板系统桥板进行了现场调查。文献中报道的许多负荷试验都没有准确地捕捉到载荷位置，使得传感器的响应难以解释。Doornink等人(2003)使用了一种自动点击器，它在没有外部电磁干扰的情况下运行良好。由于用车轮周长(约1米)来定位车轮，所以车轮位置只能很粗糙地定位。在目前的研究中，利用图像分析软件辅助的高速相机可以精确捕捉车轮位置，利用时间尺度可以很容易地将载荷位置与传感器响应同步。特别地，还可以对不同运行速度下的加载卡车所造成的实际变形和应变进行测量，并对三维(3D)格架模型进行标定。该模型用于评估FRW是否能有效抵抗设计载荷。本文阐明了测试、格栅分析和一些关键的结果。
桥梁测试的描述
桥面通过图1所示的一系列剪切螺柱由FRW主梁之间的RCS铺面组成.
308 / JOURNAL OF BRIDGE ENGINEERING copy; ASCE / APRIL 2013
J. Bridge Eng., 2013, 18(4): 308-317
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废弃的铁路货车
FRW由一个锥形箱梁组成，其长度为10.458 m，是主承重构件。图2(a和b)分别展示了FRW的中心和端口截面。可以看出，FRW与主箱梁不对称;但是，通过连接两个FRW(图1)，即可获得对称的桥面。主纵箱梁为660毫米深，渐变到341 3400毫米宽(屈服强度为250 MPa)。每个FRW包含两个次级z梁，每个纵向边缘宽2.54m。在横向方向上，FRW由6个倒T截面横梁焊接到中央箱梁上。在中跨地区使用8个通道加固了倒T截面。尽管这些尺寸比爱荷华铁路货车要小得多，但它是通过实验室的全尺寸静态负荷试验确定的，而废弃的昆士兰FRW有足够的能力抵抗AS5100 (SAA 2004)设计荷载(Dhanasekar和Bayissa 2011)。此次还进行了对FRWs的冲击锤试验的研究，检验其退化的刚度，以找出主梁的可靠性。这一发现也通过非破坏性超声波测试得到证实，确定了由于腐蚀而造成材料厚度的损失。.
FRW的装饰系统是由一系列折叠的钢板焊接而成，焊接到主箱梁、边缘z梁和在纵向和横向方向的平均间距为160
毫米的倒置t梁。这些折板不能抵抗施加的车轮荷载，由于局部冲剪而导致破坏，在设计中被忽视;它们的存在有助于减少混凝土的模板的用量。.
由于单个FRW (2.54 m)的宽度不足以满足标准AS5100 (SAA 2004)中规定的4.2 m单车道流量，所以将两个FRW连接在一起，如图1所示。在现场装配时，这些连接是在倒T梁的离散位置进行的。在运输到现场之前，这些FRW要喷砂和油漆。将剪切螺柱(150-mm-长，16-mm直径的杆, 300-MPa级钢)焊接在主箱梁的上法兰120毫米的纵向上，以形成RCS和FRW之间的组合作用。.
钢筋混凝土板路面
RCS路面被设计成一个简单的支撑的单向平板支撑在两个主箱梁上。它的厚度是250毫米。在中心处(32-MPa级)，两端各有200毫米厚，它可控制450毫米高、500毫米宽的范围(图1)。FRW的格架结构可减少用于混凝土的脚手架的需要。.
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图1. FRW桥甲板:跨段在中跨
图2. FRW的横截面:(a)中心部分;(b)端口部分
桥梁工程杂志 copy;土木/ 4月2013/309
J. Bridge Eng., 2013, 18(4): 308-317
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支护系统
支护系统包括放在两桩的RC桥墩(直径900毫米times;长6.5米),
每个都被打入地下。在桥两端各主箱梁下安装了直径为40毫米的剪切销(图3)，这些销在纵向和横向上限制了FRW的运动，并没有阻止桥的上升。为了防止结构因洪水浮力而上升，要将两个FRW连接支架的末端用螺栓连接到桥墩上。在2011年1月的昆士兰州大洪水期间，就是用10个直接支撑，5个在桥墩上，挽救了这座桥，尽管这座桥已经被完全淹没了几天。
性能测试设置
使用一辆普通的三轴串联卡车装载碎石，进行性能负载试验。总荷载仅为服务性设计荷载AS5100的28.88% (SAA 2004).
荷载
总载重汽车重量为0.23 Mg，采用称重桥秤进行确定。每次试验前，每个车轮的载荷都要使用一个可携带的秤进行仔细的测量，精确度达到0.5 kN。在现场测量的车轮载荷和称重桥秤的测量结果相符。实测车轮载荷分布和车轮布局如图4所示。可以看出，卡车车轮在司机一侧的重量始终如一。相对于驾驶员侧的负荷，乘客侧约为4.37%，从而带来了意外的轻微不对称。
试验车在车道的清晰轨迹内行驶(图5)。试验使用了两个荷载位置;即，在桥的纵向中心线上，中心荷载是对称的，另一个是距中心线700毫米的偏心荷载位置，如图5所示。这是根据Mehrkar-Asl和Brookes（1997）的建议确定的。.
准确的车轮位置对于评估公路桥梁的结构充分程度是至关重要的。因此,用高速摄像机是来捕捉车轮位置(图6)。在随后阶段,将卡车车轮沿着桥的清晰明显的轨迹录成视频进行运动分析,多个目标点粘贴在串联车体用来探测轴中心之间的距离。为了确定最大挠度和弯曲应变，卡车的中轴要恰好与桥跨的中心位置重合。为了最大限度的剪切，卡车车轮要在它距离RCS边缘0.2米的后轴位置。.
传感器
用线位移传感器和应变仪测量桥面的位移和应变。四个线位移传感器安装在桥中跨的一个独立的框架上，这四个线位移传感器是用来测量支撑附近的偏移的(图7)。足够的横向和斜向结构用来充当每个吊窗的支架,确保结构对意外运动有足够的刚性。桥架附近的支架设计得像一个三脚架系统，具有足够的刚性，并被放置在刚性的混凝土平台上。.
在弯矩(BM)和剪切力(SF)的临界截面上分别放置线性应变计和罗赛特应变计。在主箱梁的底部和顶部凸缘以及其他FRW结构的凸缘上安装应变仪(图8)。压力表在运输过程中受到保护，并使用特殊的粘接剂Sikaflex来保护现场。
高速摄像机和数据采集系统
用一种高速摄像机和与其相关的计算机系统来记录桥跨中移动的卡车，以便能准确地捕捉到桥上的车轮位置，进而使用ProAnalyst商业软件进行后续分析。
图3.主要箱梁的连接细节
310 /桥梁工程杂志copy;土木/ 2013年4月
J. Bridge Eng., 2013, 18(4): 308-317
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图4. 测量车轮荷载
图5.在标记线上测试卡车
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相机设置在河的上游侧距离垂直于桥纵轴20米的位置(图6)。摄像机与时间同步并且连接在数据采集系统的其他传感器上,卡车驶入桥面之前数据采集系统和摄像机能够同时启动。数据采集系统能够记
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