北京飞拓信达桥梁荷载实验实例

桥梁荷载实验实例

钢筋混凝土简支T梁荷载实验

1.桥梁概况

1）结构形式：钢筋混凝土简支T梁桥2）标准跨径：20m计算跨径：19.60m

3）桥面宽度：1.00m+9.00m+1.00m=11.00m4)行车道数：两车道双向行车

5)荷载等级：汽车-20级，挂车-1006）行车速度：40km/h2.试验项目

该桥营运多年，外观检查表明，桥面系破损严重，且在跨中附近主梁下缘已有接近规范规定宽度的裂缝出现，为检验该桥的承载能力是否满足要求，并研究其整体工作性能与设计标准的差异，拟定以下荷载试验项目：

1）静载实验

①试验荷载下中梁与边梁挠度的纵向分布；②试验荷载下跨中截面挠度的横向分布；③试验荷载下中梁与边梁跨中截面应变；④梁体裂缝开展情况。2）动载试验

①汽车荷载冲击系数；

②主梁振动固有频率及其阻尼比。

3.测试截面

由简支梁桥的弯矩包络图可知，跨中截面是控制截面。因此，选择跨中截面为应变和挠度测试截面。4.测点布置

1）应变测点

在跨中截面各片T梁的腹板及底板上布设应变测点，具体位置如图4-6-1所示

图4-6-1应变测点布置

2）挠度测点

挠度测点纵向布置如图4-6-2a所示，横向布置如图4-6-2b所示。

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图4-6-2挠度测点布置a）纵向布置b）横向布置

5.试验荷载及其布置

1）静力试验荷载①试验车辆的确定

采用2辆300KN的三菱载重汽车，分别载重130KN、200KN、250KN和300KN（车货共

重），分级加载。

②试验荷载布置

布载共分为2种试验荷载工况：

工况1：纵桥向按跨中截面弯矩和挠度的最不利位置布载，横桥向为偏载；工况2：纵桥向布载与工况一相同，横桥向为中载。实验荷载布置如图4-6-3所示

图4-6-3实验荷载布置（尺寸单位mm）a）纵向布置b）横向布置

各工况加载每级均保持30min的稳定时间。③试验荷载效率

因为测试项目主要集中在跨中，在计入控制荷载的冲击作用后，试验荷载效率达85%

以上，采用G-M法计算荷载横向分布系数，计算过程从略。

2）动力实验荷载

动力实验采用一辆载重130KN的实验汽车作为动力实验荷载。

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①跑车实验

实验汽车分别以10Km/h、20Km/h、40Km/h、60Km/h的速度匀速过桥激振。②跳车实验

实验汽车以10Km/h的速度越过跨中桥面高15cm的三角形木楔激振。

6.实验仪器

1）静载实验仪器

采用电阻应变计、手持应变计、机电百分表以及实验数据采集系统，裂缝观测采用刻度放大镜，配合使用长标距支座式电阻应变计。

2）动载实验仪器

采用INV306结构性能测试数据采集与处理计算机系统及高精度拾振器。7.静载试验结果及其分析

1）挠度量测及校验系数

①边梁挠度的纵向分布在双车偏载工况下，边梁（1﹟梁）挠度纵向分布的实测值与理论计算值列于表4-6-1，

其挠度纵向分布曲线如图4-6-4所示。

偏载工况下边梁（1﹟梁）挠度纵向分布值(mm)

纵向位置

荷载等级

实测值①

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

1.482.232.493.95

L/4计算值②5.167.939.9211.90

校验系数①/②0.270.280.250.33

实测值③3.273.553.714.11

L/2计算值④8.13.1316.4219.70

校验系数③/④0.380.270.230.214

实测值⑤1.342.032.623.61

3L/4计算值⑥5.248.0710.812.10

校验系数⑤/⑥0.260.250.240.30

表4-6-1

图4-6-4偏载工况下边梁（1﹟梁）挠度纵向分布

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在双车中载工况下，边梁挠度纵向分布实测值与理论计算值列于表4-6-2，其挠度纵向分布曲线如图4-6-5所示。

中载工况下边梁（1﹟梁）挠度纵向分布值（mm）

纵向位置

荷载等级

实测值①

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

0.951.071.711.82

L/4计算值②2.994.605.756.90

校验系数①/②0.480.230.300.26

实测值③1.361.622.492.82

L/2计算值④4.947.609.5011.40

校验系数③/④0.280.210.260.25

实测值⑤0.820.921.532.05

3L/4计算值⑥3.014.5.086.93

校验系数⑤/⑥0.270.200.300.29

表4-6-2

图4-6-5中载工况下边梁（1﹟梁）挠度纵向分布

②中梁挠度的纵向分布

在双车偏载工况下，中梁（4＃梁）挠度纵向分布的实测值与理论计算值列于表4-6-3，其挠度纵向分布曲线如图4-6-6所示。

偏载工况下中梁（4﹟梁）挠度纵向分布值（mm）

纵向位置

荷载等级

实测值①

130KN×2

1.31

L/4计算值②3.67

校验系数①/②0.36

实测值③2.02

L/2计算值④6.05

校验系数③/④0.33

实测值⑤0.45

3L/4计算值⑥3.71

校验系数⑤/⑥0.12

表4-6-3

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200KN×2250KN×2300KN×2

2.052.623.46

5.650.768.47

0.360.370.41

3.144.045.31

9.3011.6313.95

0.340.350.38

2.202.363.48

5.717.138.56

0.390.330.4

图4-6-6偏载工况下中梁（4﹟梁）挠度纵向分布

在双车中载工况下，中梁4﹟梁挠度纵向分布实测值与理论计算值列于表4-6-4，其挠度纵向分布曲线如图4-6-7所示。

中载工况下中梁（4﹟梁）挠度纵向分布值（mm）

纵向位置

荷载等级

实测值①

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

1.472.332.813.61

L/4计算值②3.785.817.268.71

校验系数①/②0.390.400.390.41

实测值③2.203.444.515.45

L/2计算值④6.239.5911.9914.38

校验系数③/④0.350.360.380.38

实测值⑤1.442.452.953.61

3L/4计算值⑥3.815.867.328.79

校验系数⑤/⑥0.370.420.400.41

表4-6-4

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图4-6-7中载工况下中梁（4﹟梁）挠度纵向分布

③跨中截面挠度横向分布

在双车偏载工况下，桥梁跨中截面挠度横向分布实测值与理论计算值列于表4-6-5，其挠度横向分布曲线如图4-6-8所示。

偏载工况下跨中截面挠度横向分布值（mm）表4-6-5

梁号

项目

荷载等级1

实测值①计算值②校验系数①/②

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

3.278.0.382.398.650.282.298.000.292.026.050.33

3.5513.130.273.4813.310.263.4312.310.283.149.300.34

3.7116.420.234.3816.630.274.4915.390.294.0411.630.35

4.1119.700.215.19.960.285.7218.470.315.3113.950.38

2实测值③计算值④校验系数③/④

3实测值⑤计算值⑥校验系数⑤/⑥

4实测值⑦计算值⑧校验系数⑦/⑧

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5

实测值⑨计算值⑩校验系数⑨/⑩

1.534.680.351.163.090.380.441.680.26

2.667.200.371.8.760.390.872.580.34

3.219.000.362.035.940.341.063.230.33

3.8610.80.362.727.130.381.363.870.35

6实测值⑾计算值⑿校验系数⑾/⑿

7实测值⒀计算值⒁校验系数⒀/⒁

图4-6-8偏载工况下跨中截面挠度横向分布

在双车中载工况下，桥梁跨中截面挠度横向分布的实测值与理论计算值列于表4-6-6，其挠度横向分布曲线如图4-6-9所示:

中载工况下跨中截面挠度横向分布值（mm）表4-6-6

梁号

项目

荷载等级1

实测值①计算值②校验系数①/②

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

1.3.940.28

1.627.600.21

2.429.500.62

2.8211.400.25

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2

实测值③计算值④校验系数③/④

1.775.370.32.116.090.22.206.230.42.016.090.31.785.370.331.1.940.23

2.368.230.33.119.370.23.449.590.43.629.370.33.098.270.372.167.600.28

3.4110.330.34.0711.720.34.5111.990.44.2511.720.33.5910.30.350.249.500.25

4.0512.400.34.9214.060.35.4514.380.44.8414.060.34.3412.40.352.8811.400.25

3实测值⑤计算值⑥校验系数⑤/⑥

4实测值⑦计算值⑧校验系数⑦/⑧

5实测值⑨计算值⑩校验系数⑨/⑩

6实测值⑾计算值⑿校验系数⑾/⑿

7实测值⒀计算值⒁校验系数⒀/⒁

图4-6-9中载工况下跨中截面挠度横向分布

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2）应变量测及校验系数①边梁跨中混凝土应变

在双车偏载工况下，边梁跨中截面混凝土应变的实测值与理论值列于表4-6-7，其应变分布曲线如图4-6-10所示：

偏载工况下边梁（1﹟梁）跨中截面混凝土应变（u）表4-6-7荷载等级

上缘

实测值①

计算值②

校验系数①/②

下缘

实测值③

计算值④

校验系数③/④

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

-15-24-38-51

-42-65-81-98

0.360.370.470.52

34102134147

166255319383

0.200.400.420.38

图4-6-10偏载工况下边梁（1﹟梁）跨中截面混凝土应变分布

在双车中载工况下，边梁跨中截面混凝土应变的实测值与理论计算值列入表4-6-8，其应变分布曲线如图4-6-11所示。

中载工况下边梁（1﹟梁）跨中截面混凝土应变（u）表4-6-8荷载等级

上缘

实测值①

计算值②

校验系数①/②

下缘

实测值③

计算值④

校验系数③/④

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

-15-21-25-40

-25-38-48-57

0.600.550.520.70

3985125136

96147184221

0.410.580.680.62

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图4-6-11中载工况下边梁（1﹟梁）跨中截面混凝土应变分布

②中梁跨中截面混凝土应变

在双车偏载工况下，中梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变的实测值与理论计算值列入

表4-6-9，其应变分布曲线如图4-6-12所示。

偏载工况下中梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变表4-6-9荷载等级

上缘

实测值①

计算值②

校验系数①/②

下缘

实测值③

计算值④

校验系数③/④

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

-10-25-31-35

-30-46-58-69

0.330.0.530.51

1188129143

118181227272

0.070.0.560.

图4-6-12偏载工况下中梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变分布曲线

在双车中载工况下，中梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变的实测值与理论计算值列入

表4-6-10，其应变分布曲线如图4-6-13所示。

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中载工况下中梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变

荷载等级

上缘

实测值①

计算值②

校验系数①/②

表4-6-10

计算值④

校验系数③/④

下缘

实测值③

130KN×2200KN×2250KN×2300KN×2

-17-35-39-42

-31-48-60-72

0.550.730.650.58

146165198

121187233280

0.530.780.710.71

图4-6-13中载工况下中梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变分布

3）裂缝状况

在最不利实验荷载工况下，跨中附近区段最大裂缝在30～70mm范围内，缝宽0.05～0.06mm，未见大于0.2mm的裂缝。4）结果分析

①跨中截面混凝土应变值与荷载等级的关系

在各级荷载作用下，边梁（1﹟梁）跨中截面混凝土应变的实测值与理论计算值的变化如图4-6-14及图4-6-15所示

在各级荷载作用下，中梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变的实测值与理论计算值的变化如图4-6-16及图4-6-17所示

②跨中挠度计算值与实测值的关系·边梁

双车偏载工况下，边梁（1﹟梁）在各级荷载作用下挠度计算值与实测值的关系如图4-6-18所示

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图4-6-14偏载工况下边梁（1﹟梁）跨中截面混凝土应变变化

图4-6-15中载工况下边梁（1﹟梁）跨中截面混凝土应变变化

图4-6-16偏载工况下边梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变变化

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图4-6-17中载工况下边梁（4﹟梁）跨中截面混凝土应变变化

图4-6-18偏载工况下边梁（1﹟梁）挠度计算值与实测值的关系

双车中载工况下，边梁（1﹟梁）在各级荷载作用下挠度计算值与实测值的关系如图4-6-19所示。

图4-6-19中载工况下边梁（1﹟梁）挠度计算值与实测值的关系

·中梁

双车偏载工况下，中梁（4﹟梁）在各级荷载作用下挠度计算值与实测值的关系如图4-6-20所示。

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图4-6-20偏载工况下边梁（4﹟梁）挠度计算值与实测值的关系

双车中载工况下，中梁（4﹟梁）在各级荷载作用下挠度计算值与实测值的关系如图4-6-21所示。

图4-6-20中载工况下边梁（4﹟梁）挠度计算值与实测值的关系

8.动载实验结果及其分析1）冲击系数的测定

经数据处理分析后得到各级车速下该桥的冲击系数列入表4-6-11

冲击系数（1+u）的测定表4-6-11

工况

行车速度（km/h）

10

匀速跑车

204060

跳车

10

（1+u）1.1421.0861.0402.3581.262

由表可见，跳车时冲击作用明显增大，说明维持桥面铺装平顺极为重要。

2）动力特性测定

经数据分析处理后得动力特性测定值列于表4-6-12

固有频率测定值于理论计算值（Hz）表4-6-12项目频率阶数

第一阶第二阶

测定值5.07519.856

计算值4.98619.944

阻尼比ξ0.0230.002

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3）动挠度幅值测定

各级跑车速度下，跨中最大动挠度振幅幅值为0.15～0.19mm；在跳车工况下，跨中挠度最大振幅为0.27mm。9.结构性能评定1）结构校验系数①挠度校验系数

边梁与中梁在偏载作用下，跨中与1/4跨处的挠度校验系数η=0.21～0.41，低于常规值范围。

②应变校验系数

边梁及中梁在各级荷载作用下，跨中截面的应变校验系数η=0.36～0.58，属于正常范围。跨中截面中性轴的位置在距梁底100～110范围内变化。

以上说明在汽-20级标准荷载作用下，该桥刚度满足要求，且有较大储备；强度满足正常使用要求。2）动态性能①冲击系数

由表4-6-11可见，冲击系数（1+u）在跳车工况下明显增大，大于规范计算值1.191；而跑车工况下的冲击系数测定值均小于规范计算值，说明该桥正常工作状态下的动力性能良好，同时也说明须保持桥面铺装平顺，以利于桥梁结构安全运营。②动力特性

该桥第一阶振型固有频率为5.075HZ，大于理论计算值4.986HZ，说明该桥动刚度较高。10.问题探讨

1）荷载横向分布

因该桥跨径小，桥面宽，适宜采用G-M法计算荷载横向分布系数。从图4-6-8和图4-6-9可见横梁是处于弯曲变形状态。因此，对于宽桥就不宜采用刚性横梁法计算荷载横向分布数。2）抗剪实验

如外观检查判断桥梁抗剪能力不足时，需增加抗剪试验荷载工况，以全面了解简支梁桥支点附近的主拉应力状态，并观察主梁腹板斜裂缝的发展。

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连续箱梁鉴定性静载实验实例

一、大桥概况

江西吉安赣江公路大桥全长1577.08米。全桥桥孔布置为34×16m空心板+5×40T梁+（60+4×100+60）m连续箱梁（主桥）+2×40mT梁+14×16m空心板。桥面净空为净-15+2×1.76m人行道。设计荷载：汽车-超20级，挂出-120，人群荷载3.5kN/m2。桥上纵坡为

i1=1.23%，i2=−1.94%，以连续梁中心为变坡点设竖曲线一道，竖曲线半径R=10000m,

切线长T=158.5m。

本桥主桥上部构造为双箱单室连续箱梁，下部构造为V形预应力混凝土墩，基础为￠1.8m钻孔灌注桩。

主要材料规格：

1）预应力混凝土连续箱梁跨中合拢段和两箱梁间0.8米宽现浇连接段，V形桥墩的3号块段和V形墩顶纵横系梁:50号混凝土；

2)连续箱梁的0号块，悬浇块段和边跨合拢段，V形墩基座和1号、2号块段：40号混凝土；

3）桥面铺装层：C30防水混凝土；4）钻孔灌注桩：C20混凝土；

5）连续箱梁和V形桥墩的预应力筋：270K级（ASTMA416-87a）高强低松弛刚绞线，标准强度Ry=1850MPa，公称直径15.24mm。

6）连续箱梁锚具OVM15-9,V形桥墩锚具OVM15-7和OVM15H。二、试验依据

1）《吉安赣江大桥施工图设计》，江西省交通设计院；2）交通部部颁标准《公路桥涵设计通用规范》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》；

3）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》，交通部公路科研所等；4）《吉安赣江大桥主桥连续箱梁静载试验方案》，江西省交通工程质量检测站。三、试验目的和内容

本次试验的目的是检测大桥结构的刚度、强度和整体受力性能，检验大桥是否符合设计要求及能否正常使用。因此，根据本桥主桥设计特点，以及正负弯矩分布情况，在汽车-超20级荷载作用下最大正弯矩位于距39号桥墩支座中心沿赣州方向108.9m处跨中截面（以下称为A截面），最大负弯矩位于距39号桥墩支座中心沿赣州方向173.34处支座截面（以下简称B截面）。各V型桥墩墩顶设纵横系梁是保证V形墩正常工作的重要部件，纵向系梁为预应力混凝土，横向系梁为普通钢筋混凝土。为此，测试截面定为A截面、B截面及41号桥墩墩顶纵系梁中点截面（以下间称C截面）。

测试内容为：1.A截面处挠度

测试各种试验车位情况下的实际挠度；2.A、B、C截面处混凝土应变值

测试各种实验车位情况下各截面的实际应力。四、测试方法

由于本桥跨径大，测试范围长，桥面宽，设计荷载标准高等特点，如采用通常用汽车加载，按设计规范的四列车队满布桥面的方法，则需要大量的重型车辆，不仅这种车辆一时难

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以寻找和集中，而且需花费过多的经费。为此，本次试验采取对上述截面测取实桥在试验荷载作用的实际混凝土应力和挠度值，并和试验荷载作用下理论计算的大桥相应截面的混凝土应力和挠度值进行比较分析，从而鉴定大桥是否符合设计要求和能否满足正常使用。

1.挠度测试

在主桥外用两套精密水准仪测量A截面处的挠度，精度为0.01mm。2.应力测试

各截面应力（应变）测点，采用支座式应变计及进口“数据采集仪”进行测定，精度为1µε。

五、测点布置

连续梁各测点布置，详见图

A、B、C截面的应力与挠度测点图注：p1～p9为应力测点R1、R2为挠度测点

六、试验加载

1.试验加载汽车情况

本次鉴定性静载试验加载用车，采用四辆同型号的黄河牌载重车。各车辆轴距均为4m，后轴轮距均为1.8m。经装载万能杆件，并经调整后，各车称重的结果如表

车牌号项目

前轴重（KN）后轴重（KN）总重（KN）后轴轮距(m)轴距（m）

591532121840

5712111840

5912131840

581532111840

A-10726

A-10730

A-10732

A-10739

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2.试验加载汽车纵向车位布置

试验时加载汽车纵向车位布置是从39号桥墩上的连续箱梁端部开始向赣州方向每隔8m作为一个测试车位，用红油漆和钢尺在桥面上标出。共计布置41个车位，计加载范围总长332m。此时加载后对A、B、C截面产生的应力和挠度值很小，可以不考虑其影响。

3.试验加载汽车横向布置

试验加载汽车的横向布置按照桥梁设计规范要求，靠上游一侧偏载布置，详见图

加载汽车横向偏载布置图尺寸单位（cm）

七、测试成果分析

1.测试成果分类测试成果分类整理

A截面实测应力与理论计算值比较表

后轴距端点长（m）

上缘应力（Mpa）

校验系数0.960.830.990.980.931.00

表2

下缘应力（Mpa）

校验系数0.910.970.930.830.930.93

序号车位号

实测值

123456

3812142025

2496112160200

0.05-0.050.601.02-0.050.06

理论值0.052-0.0600.6061.037-0.00.060

实测值-0.0780.095-0.920-1.4100.083-0.091

理论值-0.0860.098-0.9-1.6950.0-0.098

B截面实测应力与理论计算值比较表后轴距端点长（m）

上缘应力（Mpa）

校验系数0.910.920.970.980.931.00

表3

下缘应力（Mpa）

校验系数0.960.960.990.830.930.93

序号车位号

实测值

123456

152025142025

120160200112160200

0.136-0.132-0.8021.02-0.050.06

理论值0.149-0.143-0.8271.037-0.00.060

实测值-0.1580.1520.904-1.4100.083-0.091

理论值-0.10.1580.912-1.6950.0-0.098

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C截面实测应力与理论计算值比较表

序号123456

车位号3815202530

后轴距端点长（m）

24120160200240

实测应力（Mpa）-0.907-1.638-2.422-2.370-0.328-0.807

表4理论计算值（MPa）-1.055-1.840-2.95-2.8-0.3600.949

校验系数（

η）

0.860.0.820.930.910.85

注：①表中数字前符号为（-）者表示受拉，未带符号者表示受压；②《大跨径混凝土桥梁的试验方法》要求校验系数：1.0≥η>0.8

A截面实测挠度与理论计算值比较表

序号123456

车位号3814151925

后轴距端点长（m）

24112120152200

实测挠度（mm）-650.79-6.87-4.990.66-0.87

表5理论计算值（m）

-710.82-7.03-5.710.70-0.90

校验系数（

η）

0.920.960.980.870.940.97

注：①表中数字前）表示该截面向下变形，未带符号表示向上变形；②《大跨径混凝土桥梁的试验方法》要求校验系数：1.0≥η>0.8

A截面实测四列车偏载时横向分布系数（活载）分析表

序号123

车位号141925

上游箱梁实下游箱梁实测挠度（mm）测挠度（mm）

-6.870.66-0.87

-4.360.42-0.56

表6

考虑活载折

减后1.601

活载横向分布系数K（实测）2.4472.4002.434

注：①表中数字前（-）表示该截面向下变形，未带符号表示向上变形；②理论计算的活载横向分布系数为1.61

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静载试验实测截面影响线

a)A截面活载弯矩影响线；b)B截面活载挠度影响线c)C截面活载弯矩影响线；2.测试成果分析1）由表2～表5中的各截面的实测值和相应的理论计算值的校验系数可知，均符合《大跨径混凝土桥梁的实验方法》中所规定的1.0≥η>0.8的要求，说明本桥无论是强度上或是刚度上均达到设计要求。

2）表6中由实测挠度所推出的活载横向分布系数，较好地吻合理论计算的活载横向分布系数，说明大桥的整体受力性能较好，符合设计要求和满足正常使用要求。八、试验结论与桥梁状况评定

从吉安赣江公路大桥主桥的鉴定性静载试验结果分析，大桥具有足够的刚度和强度承受设计荷载，其横向联系和桥面是强劲的，活载挠度横向分布与计算值吻合，大桥的整体受力性能良好。因此，可以认为大桥的设计和施工是成功的，达到了预期的目的，可以交付使用。

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