公路桥梁荷载试验研究 - 图文

目 录

摘 要 .......................................................II 1 绪 论.......................................................1 1.1 公路桥梁荷载研究的重要性 .................................1 1.2 国内外公路桥梁荷载试验研究的发展..........................1 1.3 本文主要工作 ............................................2 2 公路桥梁荷载试验的作用及分类 .................................3 2.1 公路桥梁荷载试验的作用与目的 .............................3 2.2 桥梁荷载试验分类.........................................3 3 荷载试验的方法 ..............................................5 3.1 动载试验 ................................................5 3.2 静载试验 ................................................9 4 白马湖朝阳河桥预应力混凝土板梁静载试验 .......................15 4.1 工程概况及试验目的 ......................................15 4.2 准备工作 ...............................................15 4.3 试验方案的确定 .........................................16 4.4试验过程 ...............................................21 4.5试验成果的整理以及分析 ..................................22 4.6 主要技术结论 ...........................................39 5 总结与展望 .................................................40 5.1 总结 ...................................................40 5.2 展望 ...................................................40 参考文献.....................................................42 致谢词 ......................................................43

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摘 要

近几十年来，中国的桥梁建设突飞猛进，城市中大跨桥梁、立交工程和复杂高架桥梁大量涌现。检验桥梁结构特性及其工作状态是否符合设计标准和使用要求，以保证桥梁今后的安全运营，需要对已建成桥梁进行荷载试验。通过荷载试验为桥梁结构设计提供参考依据，是桥梁建设中必不可少的一个重要环节。荷载试验是鉴定桥梁承载能力的一种最直接、最有效的方法。其包括静力荷载试验与动力荷载试验两部分。一般只做静载试验，必要时增做动载试验，提供辅助性评定指标。本文就对动静荷载试验进行详细的阐述。

关键词：桥梁，检测，荷载试验，动静载

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Abstract

In recent decades, China's construction of the bridge by leaps and bounds, cities across the bridge, the overpass project and complex elevated bridge a rash.The bridge structure characteristics and work inspection state is in accordance with the design standard and use requirement, in order to ensure the safe operation of the bridge in the future, need to load test bridge has been built.Through the load test for the bridge structure design provide a reference basis, the construction of the bridge is necessary in a very important part.Load test appraisal of carrying capacity of bridge is one of the most direct, the most effective method.Its including static load test and dynamic loading test two parts.Often do static load test and, when necessary, do the dynamic load tests, provide auxiliary evaluation index. This article is to load test for the detailed movement in this paper.

Key words: Bridges, detection, load test, static, dynamic load and static load.

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1 绪 论

1.1 公路桥梁荷载研究的重要性

公路桥梁工程，相对于其它基础工程,其具有高造价，大投资，巨大的社会效益等特点。

所以竣工验收时对桥梁工程内在质量进行评判最有效直接的方法是怎样去保证桥梁工程的施工质量和勘察设计, 同时也为经验积累、施工设计和技术总结, 为提高桥梁工程设计总体水平创造条件, 为今后桥梁的养护工作提供科学、有效的依据。桥梁荷载试验是在强化管理、质量监督、施工等相关程序的前提下, 对一些形式新颖、隐蔽工程、影响力大的桥梁进行整体的实际荷载试验, 桥梁荷载试验是确保桥梁工程质量的一件十分重要的工作。[1]

1.2 国内外公路桥梁荷载试验研究的发展

国外对公路桥梁荷载试验研究的一些新发展在美国，对其承载力的评估已引起世界性关注。1980年，英国工程师协会发表了《既有桥梁结构的评估》，1981年，经济合作与发展组织召开了三次桥梁管理国际会议，此外，还有不少相关会论文和设计规范的桥梁评估或文件。每年有大量的桥梁急需维修，为了确保桥梁的维修经费的合理利用，美国公路管理局采用一种贝叶斯预测技术，将以前的检测数据和工程判断组合起来，可清楚的考虑到测量的错误，将建立在工程估价和先前的经验信息上融入到未来的混凝土桥梁的管理系统中的架构中。[2]美国公路管理局和早已开始对美国国内所有的桥梁建立基本数据建库，并可将以后的检测所获得的数据不断的更新数据库中的内容。美国AASHTO已建立起“DATAPAVE路面长期管理使用性能数据库管理系统”，相信不久其相应的数据库也将建立起来。

与世界先进化水平相比，我国公路桥梁荷载试验研究方面的工作还存在一定的差距，主要表现设计理论还不够先进，评估体系还不够健全，评估方法还有待于完善。近年来，我国也积极开展桥梁方面的评估工作，逐步积累资料和经验，公路桥梁已颁布基于技术规范的桥梁承载能力鉴定文件，而且，现在正在编写《城市桥梁抗震设计规范》。随着我国经济高速发展，公路桥梁在构造形式上不断的更新，在结构上趋于轻型、大跨度化。这需要我们进一步对公路桥梁的检测水平、检测方法、进行完善和提高。根据国家规范对公路桥梁荷载的分析，制定公路桥梁荷载试验方案。[3]

我国公路桥涵车辆荷载标准经历过套用美国标准，参照苏联标准，到第一次拟订反映我国实际情况的车辆荷载标准的历程。文革后，我国先后颁布了三本规范，分别是：1975年试行的《公路桥涵设计规范》(适用一75)(简称75规(简称75规范)、1989年执行的《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021一1989)(简称89规范)、2004年实施的《公路桥涵设计通用规范》 (JTGD60一2004)(简称04规范)。其主要依据仍然是1985年德国柏林国际会议

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上通过的《大跨径混凝土桥梁的试验方法草案》和交通部1988年颁布的《公路旧桥承载能力鉴定方法》(试行)。

1.3 本文主要工作

本文首先通过对公路桥梁荷载试验的总体认识，掌握公路桥梁动静载试验的程序、方法、内容，然后主要研究某预应力混凝土板梁静载方案设计和试验。简支梁桥是梁式桥中应用最早，使用最广泛的一种桥型。它受力简单，梁中只有正弯矩，是适用于简单截面梁构造的桥梁形式；体系温变、混凝土收缩徐变、张拉预应力等均不会在梁中产生附加内力，设计计算方便，最易设计成各种标准跨径的装配式结构。所以研究板梁静载试验有重要意义，为研究其他复杂桥梁也提供了一定的参考。

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图3-1动应力测试传感器

图3-2 美国BDI数据采集系统

4×75894×75104×75114×7512

图3-3动应力测试传感器布置图

在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，通过高灵敏度动力测试系

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统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微幅振动响应，测 得结构的自振频率和阻尼比等动力学特征。

加速度传感器在桥面横向布置在桥面两侧，测点布置如图3-4所示。

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图3-4 脉动试验传感器桥面纵向布置示意图

3.2 静载试验

3.2.1试验前的理论分析

在试验前应按照设计图纸对桥梁进行结构分析，以便确定试验方法、荷载大小、测点布置等。[11]

（1）各梁（板）横向分布系数的计算

首先，应依照设计图纸计算出各主梁（板）的截面几荷特征值如面积、截面抗弯（抗扭）惯矩、主梁每延米抗扭惯矩，中性轴位置等。（采用毛截面或换算截面均可，依据以往经验，由二者计算出的横向分布系数的差异很小，可不予考虑。）

然后，根据梁（板）间的组合情况选用横向分布系数的计算方法，如示例中的桥梁可采用G－M法、刚性横梁法或二者同时采用，取用最不利的情况，而如果是空心板桥则应采用铰接板法。

在横向分布系数得出后，综合考虑预制梁的情况（中、边梁的预制宽度，截面几何特征值等），取用最大的横向分布系数，留待下一步分析时采用。 （2）计算二期恒载＋活荷载的各项内力

由于试验时，预制梁已成形且钢束张拉完毕，即一期恒载已加载完成，所以计算的各项内力应是二期恒载＋活载形成的，其中包括主梁（板）间的湿接缝（铰缝）、桥面系、活载、冲击荷载、温度力、混凝土收缩徐变等，且各项荷载间应进行荷载组合，选取最不利组合计算其控制截面的弯矩、剪力等各项内力，但此内力值为全桥建成后主梁（板）全截面承受的二期恒载＋活载内力值，而在某些情况下，预制梁比成桥时的截面尺寸要小（如

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示例中的主梁间有湿接缝），截面几何特征值也要小一些，因此，应将内力值按照各相关公式中预制梁与成桥后主梁全截面的截面几何特征值的关系进行修正，然后取用修正值做试验的基础数据。

3.2.2 试验前的准备工作

（1）试验梁的选择：

首先，应根据前一步计算结果，综合比较中、边梁（板）的内力及换算截面几何特征值，初步确定试验的主梁（板）的类别。

其次，应着眼于成桥后运营的安全，会同业主、设计、监理、施工有关方面，依据施工情况及有关资料，选用施工质量最差，成桥后最不安全的梁（板）做为试验梁（板）。[12] （2）试验方案

依据前面理论分析中得出的预制梁（板）的控制内力值，综合考虑试验现场的实际情况及施工单位的实际配合能力，本着安全、经济、高效的原则，选用试验中的加载（卸载）方案、测点布置、试验步骤、试验临时支座设置。

1）加载（卸载）方案：可采用贝雷梁、横系梁加载，也可直接用龙门架吊装另一片预制梁将其一端通过油压千斤顶架设在试验架上，如荷载仍不足，可往上加载梁堆放重物。相比较而言，前两者造价较高，准备时间较长，后者经济性好，准备时间较短而常被采用，示例中采用横梁加载，在江西省南昌县武谢大桥单梁静载试验中即采用最后一种方法。 2）加载位置及加载力的大小

一般可采用一个（或两个）大吨位油压千斤顶（可量程）进行加载，千斤顶下一般垫有枕木或砼块。一但加载的位置确定，即可由控制内力计算加载力的大小，示例中试验采用两个油压千斤顶均距离跨中1.5M处加载。如附图一：

从安全角度考虑，且为使试验数据与理论值的比较更为科学合理，试验荷载应逐级加载。另外由于成桥后可能出现超载现象，在试验中应加载超出控制内力得出的荷载20％为宜（示例中即计划如此，因故示实施），分级可按20％、15％、10％的增量逐步设置，卸

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载时也应逐级减小，但分级可相应减少。

3）各截面在试验荷载下应力、应度、挠度、梁端角位移的计算。

在确定试验的加载方案后，即可按加载步骤计算出各级荷载下各控制截面的各项内力，然后由内力及换算截面几何特征值等计算出各截面的上下缘应力、挠度等，再可由应力应变间的关系推算各点理论应变值（一般近似认为梁（板）的某个截面为均质弹性变形，因此有了截面上、下缘应变值及中性轴位置等可推算出该截面各点应变值）。如示例中的桥梁在未开裂的预应力混凝土构件中各截面的应力计算可由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.15条计算，公式如下：

σ=N/A0±M×y/I0 (3.1式) 式中：N、M—计算的纵向力和弯矩 A0、I0—构件换算截面面积和惯性矩 y—应力计算点到中性轴的距离

由于试验中预应力施加的纵向力已加载完毕，试验梁无纵向力，则得： σ=±M×y/I0 (3.2式) 而由下列公式可计算出各点的混凝土应变：

ε=σ/E (3.3式) 式中： E—混凝土弹性模量

挠度的计算公式主要参考材料力学中的相应公式： f=ML/12EI0 (3.4式) 式中各参数同上。

主拉应力的最不利斜截面（一般在支点附近）可由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.1.11条进行计算，在计算出该截面位置及相应的弯矩、剪力等内力后可计算出该截面的理论值。

有了理论挠度值以后，可由几何关系推算梁端角位移。 4）测点位置及临时支座的设置

①应变测点：一般1/4跨、跨中、3/4跨截面的控制内力为弯矩，而支点附近处为主拉应力，因此，应变测点在以上各截面上的位置和布置方式有所不同，前者应测出竖直截面上各点应变，所以应沿竖直方向在梁（板）两侧均匀布置五个（或五个以上）应变测点，后者则应在沿主拉应力最不利截面垂直于截面布设3~5个应变测点，以检测该斜截面的主拉应力是否在容许范围内。

②挠度测点：在检测各控制截面的挠度时，可在截面下缘设置1－2个挠度测点，由于试验过程中支点处也会有沉降，因此在支点下缘应同样设置沉降测点。

③梁端角位移可沿梁端面在一定距离上、下布置两个测点。

④试验中临时支座的设置：临时支座应在支座中心线处、考虑到试验中荷载较大，应采用强度较高的材料制成（如砼块），或直接放置设计支座，且临时支座顶面应水平、清

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洁。

5）试验器材的选用

试验器材应尽量采用较成熟可靠、采购方便或已有的设备。

①梁（板）各控制截面应变值的检测现多采用应变片贴附在测点处，用应变计读数仪采集数据。

②各截面挠度、梁端角位移的测定可用千分表、位移计等。 ③荷载加载力的大小可由有量程的油压千斤顶控制。

④裂缝的观测用有刻度的放大镜，并记录其裂缝的产生、发展情况。

以上仪器中，应变片的应变系数、位移计、油压千斤顶的油压表，应在试验前在室内重新标定。

3.2.3 试验中的注意事项及数据采集

（1）试验中应将安全放在第一位，应充分考虑到各种危险可能性，必须使试验在确保参与人员安全的情况下进行，试验荷载必须逐级逐渐递增，禁止突然增加较大荷载，卸载也是如此。[13]

（2）试验中出现以下情况时应及时中止试验

1) 试验梁（板）有砼破碎、剥落的情况。

2）试验梁（板）有裂缝超标，或裂缝产生后在荷载未增加的情况下不 断增大。

3）试验梁（板）的挠度值超标且在荷载未增加的情况下不断增大。

4）测试仪器出现异常且无法修理。

5）试验梁（板）的支座、基础出现破坏和异常沉降。 6）发生其它威胁人员安全或影响试验正常进行的情况。 （3）试验数据的采集

在试验中，为保证试验数据的可靠，每次增加荷载后，必须持荷5－10分钟后方可读数，且应每隔3－5分钟读数一次，一般当数据增量小于上一次增量的10％时，即可认为数据稳定可靠。

数据记录应采用仪器记录与人工记录同步进行、相互校核。

3.2.4 试验后数据分类、汇总及与理论值的比较

（1）试验数据的分类、汇总[14][15]

试验中各荷载阶段各测点记录了大量的试验数据，必须科学、合理的进行分类、汇总，以便下一步分析时使用。

1）应变数据

首先，应将各应变测值按各自应变计试验前标定的系数得出砼应变值，然后，将各控制截面在每一荷阶段的各点应变绘制成图。为此可在图上直观的判断截面是否在各荷载阶

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段都处于弹性变形状态及中性轴的变化情况。其次，将各荷载阶段在梁（板）某一水平面上混凝土应变绘制成图，判断其变化是否与弯矩图的变化相适应（示例报告未做此类分析）。最后，可将一些控制点（如各控制截面的上、下缘）在各荷载阶段的应变汇总，分析该点混凝土应变是否与荷载变化相适应。

2）挠度数据

首先，应将1/4跨、跨中、3/4跨等处各荷载阶段的沉降值减去两支点处相应荷载下的平均沉降值，得出以上各截面每阶段的挠度值。

其次，汇总各截面在每个荷载阶段时的挠度值，判断挠度变化是否与荷载的变化相适应。

再将各荷载阶段的挠度值汇总，判断该阶段梁（板）整体挠度的分布是否均匀。 3）端角位移由梁端上下测点位移差除以测点距离即可得出。 4) 各应变测点的应力可由应力、应变间的关系得出。 （2）试验数据与理论值的比较、分析

在各试验数据整理、分类、汇总完毕后，应分别与相应的理论数据汇总成表或绘制成图，进行相互比较，如果各测点试验数据小于或等于理论值，则可说明各测点的应力、应变、挠度等满足要求。如果有个别数据超出，则应分析可能的原因及数据是否可靠，在分析时，不仅应比较试验数据与理论值的差异是否在容许范围内，还应分析是否测试仪器出现异常。如在某个荷载阶段试验数据大部分超出理论值则说明施工质量未满规范及设计的有关要求。

另外，还应比较试验数据推算值（如中性轴位置、应力等）与理论值之间的差异，并分析是否在容许范围内。

在报告中，宜将各种数据及其相对应的理论值绘制成图，如此不仅可判断各测点应力、应变、挠度、梁端角位移是否超出理论值，且可很直观的判断该试验梁（板）在各荷载阶段的应力、应变、挠度是否均匀，梁（板）是否处于弹性工作状态及在荷载变化时梁（板）的整体工作状态的变化是否与荷载变化相适应。[16] （3）试验现场、施工情况对试验结果的影响及修正

试验时，由于试验梁的砼龄期、配合比、梁（板）预制尺寸的偏差等因素的影响，对试验数据及理论值均应进行修正。

首先，由于预制梁（板）时各部位尺寸存在一定偏差，应修正各截面几何特征值，且因砼龄期、配合比等因素的影响，也应修正砼的弹性模量，然后按上述值修正应力、应变、挠度的理论值。

其次，砼弹性模量的修正将直接导致由试验数据推算出的应力值必须随之修正。 在各个数据修正完毕后，重新比较试验数据与理论值的差异及其是否超出容许范围。 另外由于梁（板）预制尺寸偏差及试验加载不可能达到理想状态，且试验仪器也总会存在误差，会导致荷载位置、荷载大小，测点位置都存在一定偏差，测试数据本身出现不

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对称、不均匀现象，试验报告中也应注意分析误差是否会影响到整个试验数据的判断。 （4）试验数据的取舍

在试验数据中偶而会出现个别数据突然不正常的偏大或偏小，此时应分析其产生的可能原因及对试验整体数据的影响以决定对其的取舍。

当数据偏大时，首先应分析仪器工作是否正常，其次，如果其它相关数据均小于理论值，则可弃用该数据。

当数据偏小时，则往往是仪器工作不正常导致，如应变片与砼的粘附有松动，干分表（位移计）与梁体的接触有脱落或其支座受到意外干扰，可弃用该数据。[16]

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4 白马湖朝阳河桥预应力混凝土板梁静载试验

4.1 工程概况及试验目的

白马湖环湖大道朝阳河大桥位于金湖县吕良镇境内，为朝阳河入白马湖湖口位置，桥位所在位置为白马湖提防裁弯取直段，该裁弯取直段总长约820m，裁弯取直段为宽阔河面区。白马湖环湖大道朝阳河大桥以142m长的连拱桥为主体，两侧辅桥分别配以3×16m（以下简称1#桥）和4×16m（以下简称2#桥） 的后张法预应力简支梁。16m预应力空心板梁，采用两端同时张拉预应力筋施工工艺，梁高0.8m，中梁宽1.24m，腹板厚16cm～32cm，底板和顶板均厚12cm，计算跨径为15.3m。

为提升白马湖生态保护区的景观效果，残弯取直段设置三座桥梁，受施工单位委托，我公司承担了该板梁的静载实验任务。本次试验是针对上述两根梁，对该预应力混凝土箱梁进行检测。通过把桥梁设计荷载标准按等效原则换算成单梁荷载直接加载，测试梁板在正常使用状态下最不利荷载作用的实际响应，从而判断梁板结构的正常使用承载能力能否满足设计要求。

4.2 准备工作

4.2.1现场以及内业的准备工作

试验小组首先完成试验的准备，包括梁顶、梁底混凝土的打磨、混凝土表面应变计粘贴、百分表和千斤顶的安装。内业主要完成混凝土应变计、百分表的标定，仪器设备的调试，原始记录表格的打印等项目，为现场试验的顺利进行做好准备。

4.2.2测试的内容和仪器

各分级加载过程测试如下内容：各布设点位应力、各布设点位挠度、裂缝观测。试验前、中、后对梁进行必要的裂缝观测，主要检查结构关键部位是否出现结构性裂缝，若存在结构性裂缝，观测记录裂缝的走向，测量裂缝的宽度和长度。

主要设备为VWSF振弦式应变计、VW-102A振弦式频率测试仪、百分表、千斤顶、裂缝读数显微镜。考虑到本项目到现场试验的条件及测试设备的情况，应变的测量利用振弦式应变计进行测量，挠度采用百分表测量，加压采用千斤顶。

本项目静载试验使用的仪器设备清单列于表4.1。

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表4.1 本项目实施的主要仪器设备表

序号 1 2 3 4 5 仪器设备名称 VW-102A振弦 频率仪 混凝土表面应变计 百分表 千斤顶 裂缝读数显微镜 测试 精度 0.1Hz 0.1Hz 0.01mm 0.2MPa 0.02mm 产地 江苏 江苏 江苏 江苏 北京 数量 1台 12只 10只 1台 1台 特点 应变测量 应变测量 挠度测试 加荷 测量裂缝宽度

4.3 试验方案的确定

4.3.1 测试截面的确定

根据包络图4.1，确定测试截面为1-1、2-2、3-3、4-4、5-5。本次试验仅进行梁体抗弯试验，分别测试在各级加载情况下各截面的受力状况。

图4.1 梁弯矩包络图

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图4.2 测试截面位置示意图（cm）

测试截面的具体测试内容表4.2所示。

表4.2 各测试截面测试项目表

截面编号 1-1 2-2 3-3 4-4 5-5

位置 A支座 1/4跨 跨中 3/4跨 B支座 测试项目 挠度 挠度、应力 挠度、应力 挠度、应力 挠度 4.3.2 测点的布置

(1)应力测点布置

梁各截面的表面应力拟采用稳定性好、精度高并适合于野外环境的振弦式应变计进行测量，测试截面为四分跨和跨中处，点位布置为板梁上下缘，各测点应变传感器布置如下。

图4.3 2-2、3-3、4-4截面应变测点布置图

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(2)挠度测点布置 布置示意图如图4.4所示。

梁竖向挠度，通过在底板布置百分表测得， 布设截面为支座、四分跨、跨中处。截面

图4.4 1-1至5-5截面挠度测点布置图

4.3.3 加载的方法

本次静载试验采用同类型板梁作配重，利用油压千斤顶加载。加载如图4.4。

（a）拟加载图

（b）实际加载立面图

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（c）实际加载俯视图

（d）现场加载图

图4.4 试验加载图（cm）

4.3.4 加载分级控制

由于本桥设计中根据梁体在各个阶段受力状况，分别计算梁体内力及各截面上下缘应力[15]，运营阶段在汽车荷载作用下，需考虑部分桥面铺装混凝土与梁体的共同作用，而在

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测试过程中，梁体上无桥面铺装混凝土，为更好地反映运营阶段梁体上下缘应力状态。本次测试分别根据施工阶段及成桥后实际应力情况，采用分级加载的方式，加载以跨中弯矩控制，试验弯矩等效梁板在二期恒载及设计活载作用下的弯矩。由设计资料可得知Pmax=128kN，换算本次测试各级加载荷载详见下表：

表4.3 各级加载荷载

工况 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 工况6 荷载种类 板梁自重 0.2使用荷载 0.4使用荷载 0.6使用荷载 0.8使用荷载 使用荷载 千斤顶加载P（kN） 0 25.6 51.2 76.8 102.4 128.0 表4.3中千斤顶加载P=128.0kN为设计正常使用荷载通过工字钢平分到试验梁上的单个集中力的大小。

图4.5 P=128.0kN加载后弯矩图(kN)

4.3.5分级加载及应力挠度计算值

其各级加载荷载分级P及相应1/4跨、跨中及3/4跨的上下缘应力，跨中挠度详见下表：

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表4.4 工况及应力挠度计算值

σ上（MPa） 工况 工况1 工况2 荷载种类 板梁自重 0.2使用荷载 0.4使用荷载 0.6使用荷载 0.8使用荷载 使用荷载 P（kN） 跨中 1/4跨 0 -0.93 跨中 0 1.41 1/4跨 0 0.92 跨中 0 2.69 1/4跨 0 1.81 σ下（MPa） 挠度f（mm） 0 25.6 51.2 76.8 102.4 128.0 0 -1.44 工况3 -2.88 -1.87 2.82 1.83 5.37 3.63 工况4 -4.32 -2.80 4.24 2.75 8.06 5.44 工况5 工况6 -5.76 -7.20 -3.74 -4.67 5.65 7.06 3.66 4.58 10.75 13.43 7.26 9.07 表中σ上表示板梁1/4、跨中及3/4截面顶板处应力计算值，σ下表示板梁1/4、跨中及3/4截面顶板处应力计算值。

4.4试验过程

试验利用油压千斤顶反力架来提供荷载，利用百分表测出各级荷载作用下的试验梁截面处的位移，用应变计记录下各级荷载作用下测试截面的应变。并在加载前后，观察各控制截面梁底及腹板处是否产生裂缝。

试验自4月20日下午开始，于4月21日中午完成，试验过程中无异常情况发生。 现场试验见图4.6如下：

(a)板梁试验整体布置图 (b) 应变计布设

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(c)百分表布设 (d) 千斤顶安装

(e)应变测量 (f) 挠度测量

图4.6现场检测

4.5试验成果的整理以及分析

对于试验检测结果的分析包括：结构刚度分析、强度分析、残余变形以及裂缝的观测。

4.5.1 结构强度分析

应力效验系数是实测值与理论计算值的应力之比，截面应力σ由实测的应变按下式求得：??E?? (4.1式) 式中：?——实测应变（??）；

E——材料弹性模量（MPa），取3.45×104MPa；

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ε——??k(F?F0)?(b??)(T?T0)；

k——表面应变计的最小读数（c/F）； F——表面计的实时测量值（F）； F0——表面计的基准值（F）；

b——表面计的温度修正系数（10-6/℃）； α——被测结构物的线膨胀系数，（10-6/℃）； T——温度的实时测量值（℃）； T0——温度的基准值（℃）。

（1）朝阳河桥南辅桥1中板结构应力分析

1）试验荷载作用于16m板梁跨中截面时，梁在试验荷载作用下的结构强度分析如表4.5至4.7所示。

表4.5 1/4截面应力计算

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P(kN) 25.6 测点编号 实际值 理论值 校验系数 实际值 2-1 0.46 0.92 0.50 1.14 1.83 0.62 1.66 2.75 0.60 2.54 3.66 0.69 3.11 4.58 0.68

23

2-2 -0.51 -0.93 0.55 -1.12 -1.87 0.60 -1.53 -2.8 0.55 -2.15 -3.74 0.57 -2.51 -4.67 0.54 2-3 -0.48 -0.93 0.52 -1.06 -1.87 0.57 -1.39 -2.8 0.50 -2.02 -3.74 0.54 -2.39 -4.67 0.51 2-4 0.58 0.92 0.63 1.23 1.83 0.67 2.01 2.75 0.73 2.52 3.66 0.69 2.94 4.58 0.64 51.2 理论值 校验系数 实际值 76.8 理论值 校验系数 实际值 102.4 理论值 校验系数 实际值 128.0 理论值 校验系数

表4.6 1/2截面应力计算

P(kN) 25.6 测点编号 实际值 理论值 校验系数 实际值 3-1 0.70 1.41 0.50 1.81 2.82 0.64 2.63 4.24 0.62 3.26 5.65 0.58 3.98 7.06 0.56 4-1 0.49 0.92 0.53 1.02 1.83 0.56 1.64 2.75 0.60 2.11 3.66 0.58 2.58 24

3-2 -0.98 -1.44 0.68 -1.98 -2.88 0.69 -3.09 -4.32 0.72 -4.38 -5.76 0.76 -4.79 -7.2 0.67 4-2 -0.64 -0.93 0.69 -1.37 -1.87 0.73 -2.01 -2.8 0.72 -2.82 -3.74 0.75 -3.21 3-3 -0.91 -1.44 0.63 -1.85 -2.88 0.64 -2.91 -4.32 0.67 -4.11 -5.76 0.71 -4.64 -7.2 0.64 4-3 -0.69 -0.93 0.74 -1.44 -1.87 0.77 -2.19 -2.8 0.78 -2.71 -3.74 0.72 -3.32 3-4 0.87 1.41 0.62 1.94 2.82 0.69 2.87 4.24 0.68 3.44 5.65 0.61 4.44 7.06 0.63 4-4 0.57 0.92 0.62 1.27 1.83 0.69 1.84 2.75 0.67 2.21 3.66 0.60 2.98 51.2 理论值 校验系数 实际值 76.8 理论值 校验系数 实际值 102.4 理论值 校验系数 实际值 128.0 理论值 校验系数 表4.7 3/4截面应力计算 P(kN) 25.6 测点编号 实际值 理论值 校验系数 实际值 51.2 理论值 校验系数 实际值 76.8 理论值 校验系数 实际值 102.4 128.0 理论值 校验系数 实际值

理论值 校验系数 强度满足设计要求。

2）荷载─应力关系曲线：

4.58 0.56 -4.67 0.69 -4.67 0.71 4.58 0.65 由表4.7至4.9可以看出，跨中加载时，板梁各控制截面应力校验系数均小于1.0，

图4.7 梁1/4截面底缘测点荷载─应力关系曲线图

图4.8 梁1/4截面顶缘测点荷载─应力关系曲线图

25

图4.9 梁1/2截面底缘测点荷载─应力关系曲线图

图4.10 梁1/2截面顶缘测点荷载─应力关系曲线图

图4.11 梁3/4截面底缘测点荷载─应力关系曲线图

26

图4.12 梁3/4截面顶缘测点荷载─应力关系曲线图

由图可知，在分级荷载作用下，各主控制截面的应力实测值基本和荷载成线性关系，说明箱梁在荷载作用下处于弹性工作状态。 （2）朝阳河桥南辅桥2中板结构应力分析

1）试验荷载作用于16m板梁跨中截面时，梁在试验荷载作用下的结构强度分析如表4.8至3.11所示。

表4.8 1/4截面应力计算

#

P(kN) 25.6 测点编号 实际值 理论值 校验系数 实际值 51.2 理论值 校验系数 实际值 76.8 理论值 校验系数 实际值 102.4 理论值 校验系数 实际值 128.0 理论值 校验系数 2-1 0.47 0.92 0.51 0.92 1.83 0.50 1.23 2.75 0.45 1.89 3.66 0.52 2.43 4.58 0.53 27

2-2 -0.47 -0.93 0.51 -0.91 -1.87 0.49 -1.27 -2.80 0.45 -1.61 -3.74 0.43 -2.11 -4.67 0.45 2-3 -0.44 -0.93 0.47 -0.84 -1.87 0.45 -1.24 -2.80 0.44 -1.59 -3.74 0.43 -2.27 -4.67 0.49 2-4 0.52 0.92 0.57 1.08 1.83 0.59 1.72 2.75 0.62 2.14 3.66 0.58 2.87 4.58 0.63

表4.9 1/2截面应力计算

P(kN) 25.6 测点编号 实际值 理论值 校验系数 实际值 3-1 0.72 1.41 0.51 1.46 2.82 0.52 2.31 4.24 0.54 2.78 5.65 0.49 3.65 7.06 0.52 3-2 -0.86 -1.44 0.6 -1.79 -2.88 0.62 -2.72 -4.32 0.63 -3.27 -5.76 0.57 -4.34 -7.2 0.6 3-3 -0.81 -1.44 0.56 -1.66 -2.88 0.58 -2.61 -4.32 0.6 -3.03 -5.76 0.53 -4.09 -7.2 0.57 3-4 0.77 1.41 0.55 1.72 2.82 0.61 2.92 4.24 0.69 4.21 5.65 0.75 5.58 7.06 0.79 51.2 理论值 校验系数 实际值 76.8 理论值 校验系数 实际值 102.4 理论值 校验系数 实际值 128.0 理论值 校验系数

28

表4.10 3/4截面应力计算

P(kN) 25.6 测点编号 实际值 理论值 校验系数 实际值 51.2 理论值 校验系数 实际值 76.8 理论值 校验系数 实际值 102.4 理论值 校验系数 实际值 128.0 理论值 校验系数 强度满足设计要求。

2）荷载─应力关系曲线：

图4.13 梁1/4截面底缘测点荷载─应力关系曲线图

29

4-1 0.4 0.92 0.43 0.78 1.83 0.43 1.22 2.75 0.44 1.47 3.66 0.40 1.93 4.58 0.42 4-2 -0.51 -0.93 0.55 -1.21 -1.87 0.65 -1.8 -2.8 0.64 -2.12 -3.74 0.57 -2.41 -4.67 0.52 4-3 -0.54 -0.93 0.58 -1.17 -1.87 0.63 -1.68 -2.8 0.6 -2.04 -3.74 0.55 -2.56 -4.67 0.55 4-4 0.46 0.92 0.5 0.91 1.83 0.5 1.48 2.75 0.54 1.83 3.66 0.5 2.47 4.58 0.54 由表4.8至4.10可以看出，跨中加载时，板梁各控制截面应力校验系数均小于1.0，

图4.14 梁1/4截面顶缘测点荷载─应力关系曲线图

图4.15 梁1/2截面底缘测点荷载─应力关系曲线图

图4.16 梁1/2截面顶缘测点荷载─应力关系曲线图

30

图4.17 梁3/4截面底缘测点荷载─应力关系曲线图

图4.18 梁3/4截面顶缘测点荷载─应力关系曲线图

由图可知，在分级荷载作用下，各主控制截面的应力实测值基本和荷载成线性关系，说明箱梁在荷载作用下处于弹性工作状态。

4.5.2 结构刚度分析

挠度是反映结构受力性能的综合性指标，构件承载能力的好坏可以通过挠度效验系数的大小进行判断。其挠度实测数据和刚度分析见下表所示。 （1）朝阳河桥南辅桥1梁板结构挠度分析

1）各级荷载作用下板梁的各测试截面挠度如表4.12至4.14所示。

#

31

表4.12 梁跨中测试截面挠度（mm）

施加荷载P(kN) 测点编号 1-1 1-2 3-1 3-2 5-1 5-2 实测挠度 计算挠度 校验系数 25.6 0.32 0.27 3.01 1.84 0.61 0.33 2.04 2.69 0.76 51.2 1.08 0.70 6.69 5.11 2.05 1.02 4.69 5.37 0.87

表4.13 梁1/4测试截面挠度（mm）

76.8 1.56 1.05 10.11 7.92 3.49 1.56 7.10 8.06 0.88 102.4 1.91 1.37 13.64 8.89 3.82 1.93 9.01 10.75 0.84 128.0 2.39 1.62 16.48 11.74 4.21 2.27 11.49 13.43 0.86 施加荷载P(kN) 测点编号 1-1 1-2 2-1 2-2 5-1 5-2 实测挠度 计算挠度 校验系数 25.6 0.32 0.27 1.89 1.67 0.61 0.33 1.40 1.81 0.77 51.2 1.08 0.70 4.90 3.56 2.05 1.02 3.02 3.63 0.83 32

76.8 1.56 1.05 7.75 5.31 3.49 1.56 4.62 5.44 0.85 102.4 1.91 1.37 9.87 7.46 3.82 1.93 6.41 7.26 0.88 128.0 2.39 1.62 11.89 9.58 4.21 2.27 8.11 9.07 0.89

表4.14 梁3/4测试截面挠度（mm）

施加荷载P(kN) 测点编号 1-1 1-2 4-1 4-2 5-1 5-2 实测挠度 计算挠度 校验系数

由表4.12至4.14可以看出，跨中加载时，板梁各控制截面挠度校验系数均小于1.0，刚度满足设计要求。

2）荷载─挠度关系曲线

25.6 0.32 0.27 2.24 1.34 0.61 0.33 1.41 1.81 0.78 51.2 1.08 0.70 5.13 3.22 2.05 1.02 2.96 3.63 0.82 76.8 1.56 1.05 7.62 5.93 3.49 1.56 4.86 5.44 0.89 102.4 1.91 1.37 9.77 7.43 3.82 1.93 6.34 7.26 0.87 128.0 2.39 1.62 11.81 9.46 4.21 2.27 8.01 9.07 0.88

图4.19 梁1/2截面荷载─挠度关系曲线图

33

图4.20 梁1/4截面荷载─挠度关系曲线图

图4.21 梁3/4截面荷载─挠度关系曲线图

由图可知，各主控制截面的挠度基本和荷载成线性关系，说明箱梁在荷载作用下处于弹性工作状态，其刚度满足设计要求。 （2）朝阳河桥南辅桥2#梁板结构挠度分析

1）各级荷载作用下板梁的各测试截面挠度如表4.15至4.17所示。

34

表4.16 梁跨中测试截面挠度（mm）

施加荷载P(kN) 测点编号 1-1 1-2 3-1 3-2 5-1 5-2 实测挠度 计算挠度 校验系数 25.6 0.52 0.17 3.08 1.64 0.56 0.02 2.04 2.69 0.76 51.2 1.57 0.38 6.63 3.65 1.45 0.28 4.22 5.37 0.79

76.8 2.52 0.63 10.58 7.05 2.32 0.44 7.33 8.06 0.91

102.4 4.11 0.95 14.53 9.02 3.21 0.66 9.54 10.75 0.89 128.0 6.15 1.38 18.33 13.47 4.93 0.89 12.56 13.43 0.94 表4.16 梁1/4测试截面挠度（mm）

施加荷载P(kN) 测点编号 1-1 1-2 2-1 2-2 5-1 5-2 实测挠度 计算挠度 校验系数

35

25.6 0.52 0.17 2.36 1.45 0.56 0.02 1.59 1.81 0.88 51.2 1.57 0.38 4.91 3.41 1.45 0.28 3.24 3.63 0.89

76.8 2.52 0.63 7.39 5.38 2.32 0.44 4.91 5.44 0.90 102.4 4.11 0.95 10.28 7.41 3.21 0.66 6.61 7.26 0.91 128.0 6.15 1.38 13.31 9.94 4.93 0.89 8.29 9.07 0.91

表4.17 梁3/4测试截面挠度（mm）

施加荷载P(kN) 测点编号 1-1 1-2 4-1 4-2 5-1 5-2 实测挠度 计算挠度 校验系数

由表4.15至4.17可以看出，跨中加载时，板梁各控制截面挠度校验系数均小于1.0，刚度满足设计要求。

2）荷载─挠度关系曲线

图4.22 梁1/2截面荷载─挠度关系曲线图

36

25.6 0.52 0.17 2.31 1.48 0.56 0.02 1.58 1.81 0.87 51.2 1.57 0.38 5.04 3.22 1.45 0.28 3.21 3.63 0.88 76.8 2.52 0.63 7.67 5.15 2.32 0.44 4.93 5.44 0.91 102.4 4.11 0.95 10.42 6.98 3.21 0.66 6.47 7.26 0.89 128.0 6.15 1.38 13.12 10.1 4.93 0.89 8.27 9.07 0.91

图4.23 梁1/4截面荷载─挠度关系曲线图

图4.24 梁3/4截面荷载─挠度关系曲线图

由图可知，各主控制截面的挠度基本和荷载成线性关系，说明箱梁在荷载作用下处于弹性工作状态，其刚度满足设计要求。

4.5.3 相对残余变形、应变检验

这项指标是检验结构弹性回复能力，当试验荷载作用后，所产生的变形（挠度或应变）St与卸载后的回复变形Se之差为残余变形Sp，该值在试验荷载作用下的变形St所占比例即为相对残余变形S’p。计算表达式为：S’p＝(Sp/St)×100％，《试行标准》规定相对残余变形容许值[S’p ]=20％[16]-[17]。 （1）相对残余变形分析

1）朝阳河桥南辅桥1中板相对残余变形分析

37

#

表4.18 各测点相对残余变形

测点截面 2-2 3-3 4-4

残余变形（%） 测量值 3.1 2.4 3.3 20 允许值 是否满足 满足 满足 满足 各断面卸载后其相对残余挠度在《大跨径混凝土桥梁试验方法》规定的20％以内，表明结构在卸载后变形能及时恢复，处于弹性工作状态。

2）朝阳河桥南辅桥2中板相对残余变形分析

表4.19 各测点相对残余变形

#

测点截面 2-2 3-3 4-4

残余变形（%） 测量值 3.5 2.3 3.6 允许值 20 是否满足 满足 满足 满足 各断面卸载后其相对残余挠度在《大跨径混凝土桥梁试验方法》规定的20％以内，表明结构在卸载后变形能及时恢复，处于弹性工作状态。 （二）相对残余应变分析

1）朝阳河桥南辅桥1#中板相对残余应变分析

表4.20 各测点相对残余应变

测点位置 2-1 2-2 2-3 2-4 3-1 3-2 3-3 3-4 4-1 4-2 残余应变（%） 测量值 3.7 1.4 2.9 4.8 2.4 5.1 5.0 4.6 3.1 3.4 38 允许值 是否满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 20

4-3 4-4

5.3 2.8 满足 满足 表4.20表明，在试验荷载作用下，各断面卸载后其相对残余应变均在《大跨径混凝土桥梁试验方法》规定的20％以内，表明结构在卸载后变形能及时恢复，处于弹性工作状态。

2）朝阳河桥南辅桥2#中板相对残余应变分析：

表4.21 各测点相对残余应变

测点位置 2-1 2-2 2-3 2-4 3-1 3-2 3-3 3-4 4-1 4-2 4-3 4-4 残余应变（%） 测量值 4.5 1.8 3.9 5.1 2.8 4.9 5.6 3.2 4.1 2.9 4.6 3.2 20 允许值 是否满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 表4.21表明，在试验荷载作用下，各断面卸载后其相对残余应变均在《大跨径混凝土桥梁试验方法》规定的20％以内，表明结构在卸载后变形能及时恢复，处于弹性工作状态。

4.5.4 裂缝观测

试验前后对试验梁控制截面进行详细检查。在等效荷载的作用下，对梁下缘用40倍读数显微镜分别在L/4、L/2、3L/4处应变定点观测，未发现裂缝，表明梁抗裂满足设计要求。

4.6 主要技术结论

根据桥梁承载能力的评定方法，利用静载试验对桥梁的施工预制情况进行判定。各主控制截面在试验荷载作用下的挠度校验系数均小于1.0，故其刚度基本满足设计要求；应力校验系数均小于1.0，故其强度能满足设计要求[19]；在分级荷载作用下，各主控制截面的挠度、应力实测值基本和荷载成线性关系，说明箱梁在荷载作用下处于弹性工作状态。各断面卸载后其相对残余应变与变形均在规范规定的20％以内，说明结构在卸载后恢复能力良好。综上所述，板梁的承载能力能满足正常使用要求和荷载等级要求，以保证桥梁的安全。

[17][18]

39

5 总结与展望

桥梁检测是一项艰苦而繁琐的工作，不仅需要工作人员具有扎实的理论基础和丰富的实际现场经验，同时需要工作人员不断的提高自身的服务意识和学习素质。本文通过对桥梁检测静动试验的简单介绍，得出了在桥梁检测中各个项目所需要达到的目标和荷载试验所需要注意的相关事项，为荷载试验的准备和实施工作提供了科学的参考依据，为桥梁的 检测提供了的有效的方法和论证。

5.1 总结

首先，在整个论文中，我通过文献资料的查阅和现场试验等方式，对目前的桥梁检测现状有了初步的认识，掌握了桥梁检测的基本程序和试验内容。同时我对专业知识有了更深层次的了解，也对其他类型的桥梁有简单的探究。

其次，对梁板试验的方法原理进行了综述。本文我单独完成了一个桥梁检测项目，在对白马湖东来河预应力混凝土板梁静载试验研究中，我与所在的实习单位进行了详细的讨论，组成了一个专业的工作小组，制定了试验方案。对需要做的项目的自然地理坏境，包括气候条件、水文地质条件、地形条件，和人文条件进行了收集和整理，并仔细参考了委托单位所给的数据及图纸，再熟悉了情况之后，我又参考了大量的的专业书籍，由于在校期间对公路桥梁荷载试验研究接触较少，加上条件有限，未能接触到现场试验，此次在白马湖东来河预应力混凝土板梁静载试验研究中，我抓住这次机会，将理论知识与实践相结合，更好地充实了我的专业知识。

在这里我只做了桥梁的静载试验，对此有了深入的了解，但由于毕业设计中实际工程设计经验不多，对公路桥梁试验还有很多认识上的不足，望在工作上对下几个方面进行进一步的学习和研究：

（1）试验方案的完善，进一步精确计算各种几何要素、工程计算数量等。

（2）在方案初步确认后，还需要进行工程现场的调研，继续对设计进行更正、修改和完善，需要更大的努力和细心。今后学习和工作中极有可能遇到，需仔细研究。 （3）对于设计工作前人已做了大量的研究，也有大量的文献可供查阅，自己今后将在这一领域做进一步的学习和研究，努力提高自身在这方面的认识。

5.2 展望

在过去一段时间里，人们主要采用静载试验方法来评价桥梁结构的承载能力。虽然静载试验方案比较直观，但是静载试验所需的设备笨重、试验时间长，并且影响桥梁的正常运营。现在的结构检测有以下特点：结构检测实验室大型化，检测设备自动化，监测仪器高精度、小型和电气化，数据采集和整理电脑化。在桥梁的健康监测与状态评估中，还存在以下问题：结构与环境中的不确定性和非结构因素影响，测量信息不完备，测量精度不足和测量信号噪声，桥梁结构赘余度大并且测量信号对桥梁损伤不敏感。由于上述局限，

40

在许多方面，桥梁动载试验还必须与最成熟的静载试验结合使用。桥梁动载试验有着发展前景，随着计算机和计算技术的进步，先进的数字化仪器仪表的广泛使用，以及其本身技术的发展，桥梁动载试验的局限将很大程度的克服。近年来，国内外对桥梁的动载试验方法从理论到实际运用进行了大量的研究，在不久的将来，会有与静载试验等效的动载试验方法诞生。桥梁动载试验的健康监测与状态评估必然朝着智能诊断的方向发展。随着计算技术的进步，数字化仪器仪表的广泛使用和智能技术本身的进步，桥梁的健康监测与状态评估必然实现智能化。随着大量的动载试验的数据和经验的积累，可以建立有针对性的专家系统。采用专家系统的方法，桥梁动载试验就能够更快，更精确的得出判断结果。还可结合国内外桥梁无损伤诊断的/又种方法(射线法，自然电位法，超声波法，冲击回波法，振动模态参数法，红外成像法)对桥梁作出检测。未来桥梁检测应该不断修改检测理论及完善检测手段，使之越来越和桥梁设计理论相吻合。通过设计理论来指导桥梁检测，而检测结果又反过来帮助设计理论的完善。二者相辅相成，缺一不可。

41

金陵科技学院学士学位论文 参考文献

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[9]中华人民共和国建设部.混凝土结构试验方法标准(GB50152—92)[S].中国建筑工业出版社，

[10]中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004).人民交通出版社，2004.

[11]中华人民共和国交通部.公路工程质量检验评定标准（土建工程）（ JTG F80/1-2004）[S].人民交通出版社，2004.

[12]宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].人民交通出版社，2002.

[13]中华人民共和国交通部.公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(JTG E30-2005)[S].人民交通出版社，2005.8.1.

[14]中华人民共和国交通部.公路桥涵施工规范(JTJ041-2000)[S].人民交通出版社.2000.11.1.

[15]刘自明,桥梁工程检测手册[M],人民交通出版社,2002.4. [16]刘效尧,朱新实.公路桥涵设计手册[M].人民交通出版社,2000.1. [17]孙训芳,方孝淑,关来泰.材料力学[M].高等教育出版社,2001.10. [18]孙云桃 ,叶见曙.结构设计原理[M].人民交通出版社, 2008.5.

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金陵科技学院学士学位论文 致谢词

致谢词

毕业设计即将完成，意味着我的大学生涯也即将结束。回首大学四年生活，首先感谢学校给我这个环境，让我有机会接受高等教育；其次本论文从选题、成文以至最后的修改完成与师长的悉心指导密不可分。衷心感谢我的导师xxx，谢她予的指导和帮助，她为人和治学上都成为我的楷模，在完成毕业设计期间，导师渊博的知识，丰富的实际经验和严谨的治学精神使我受益匪浅。同时也感谢xxxx学院建筑工程学院的每一位老师，他们务实的工作作风与只争朝夕的敬业精神给我留下了不可磨灭的印象。

最后我衷心感谢xxx老师对我无私的关怀与帮助，在此学生谨向您表示衷心的感谢与祝福！

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金陵科技学院学士学位论文 致谢词

致谢词

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最后我衷心感谢xxx老师对我无私的关怀与帮助，在此学生谨向您表示衷心的感谢与祝福！

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