兰草溪大桥荷载试验方案修改.docx
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兰草溪大桥荷载试验方案修改
兰草溪大桥
桥梁荷载试验方案
重庆市建设工程质量检验测试中心
2011年2月
目录
1工程概况1
2静载试验的性质与目的1
3试验依据3
4载试验设计3
5桥梁静载试验实施方案8
6桥梁动力试验18
7主要试验设备20
8协作方有关准备工作21
9检测工期安排21
兰草溪大桥荷载试验方案
1工程概况
兰草溪大桥向东通往长岭岗隧道,跨越低洼山谷。
桥梁为左右两幅分离三联设计,左幅立面布置为(2×35+40+2×35)+(35+3×40+35)+(2×35+40+35+30)米的预应力混凝土连续箱梁桥,右幅立面布置为(2×35+40+2×35)+(2×35+2×40+35)+(2×35+2×40+35+30)米的预应力混凝土连续箱梁桥,全桥上部结构均采用部分预应力A类构件设计和后张法施工。
单幅桥面宽度为3.0m(人行道)+12m(车行道)+0.5m(防撞护栏)=15.5m,沥青混凝土桥面铺装。
较高墩柱采用H型矩形双柱设计,较矮墩柱为π型墩柱。
左右幅桥台均采用重力式U型台。
桥墩基础采用人工挖孔桩。
箱梁采用C50混凝土,台帽采用C40混凝土,桥墩、桩基、挡块、台帽、承台、搭板采用C30混凝土;桥台台身采用C25片石混凝土,护栏采用C25混凝土。
桥梁设计荷载:
城-A级,人群荷载3.5kN/m2。
桥梁立面示意图如图1-1、1-2所示。
2静载试验的性质与目的
本桥试验的性质为工程验收的荷载试验。
试验目的包括:
(1)检验桥梁主体结构受力状况和承载能力是否符合设计要求。
(2)检验结构体系在试验荷载作用下的实际工作状态,为科学地评价结构的使用阶段应力,刚度和变形提供资料,同时也为评价工程的施工质量、设计的可靠和合理性以及竣工鉴定提供可靠依据。
图1-1兰草溪大桥左幅立面示意图(cm)
图1-2兰草溪大桥右幅立面示意图(cm)
3试验依据
本次桥梁试验工作依据、参照下列规范及技术文件执行:
1)《兰草溪大桥施工图》(林同棪国际<重庆>工程咨询有限公司、重庆市市政设计研究院,2007.12)
2)《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(“铁组”YC4-4/1978科研专题);
3)《公路工程技术标准》(JTGB01-2003);
4)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004);
5)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004);
6)《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98);
7)《城市桥梁工程施工与质量验收规范》(CJJ2-2008);
8)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85);
9)《建筑结构检测技术标准》(GB/T50344-2004);
10)相关设计文件。
4载试验设计
4.1静载试验内容
根据竣工荷载试验的性质和本桥的结构受力特点,静载试验是对连续箱梁施加静力试验荷载并进行相关的结构性能测试。
本次静载试验拟进行以下项目:
(1)箱梁控制截面的混凝土应力测试;
(2)箱梁控制截面处的挠度测试(包括支座位移测试);
(3)观测箱梁、桥墩裂缝情况及其发展。
4.2试验跨孔选择及试验工况
根据桥梁结构特点,分别对左、右幅桥梁进行试验,确定20个试验加载截面,各试验工况见表4-1。
表4-1试验工况表
试验桥梁
工况编号
试验截面
备注
左
幅
桥
第一联
工况一
(0~1)35m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况二
(2~3)40m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况三
1#墩顶最大负弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
第二联
工况四
(5~6)35m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况五
(5~6)35m跨最大正弯矩截面
靠人行道侧布载
工况六
(8~9)40m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况七
6#墩顶最大负弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
第三联
工况八
(10~11)35m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况九
(12~13)40m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况十
13#墩顶最大负弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
右
幅
桥
第一联
工况一
(0~1)35m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况二
(2~3)40m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况三
1#墩顶最大负弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
第二联
工况四
(7~8)40m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况五
(9~10)35m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况六
9#墩顶最大负弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
第三联
工况七
(10~11)35m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况八
(10~11)35m跨最大正弯矩截
靠人行道侧布载
工况九
(12~13)40m跨最大正弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
工况十
11#墩顶最大负弯矩截面
靠防撞栏杆侧布载
4.3测点布置
4.3.1箱梁挠度测点布置
箱梁竖向挠度测点布置:
分别在图4-1、图4-2所示左右幅箱梁桥各加载截面、两端支座截面设置挠度测点,采用精密电子水准仪测读荷载作用下桥面挠曲变形,需做偏载试验的跨孔分别在行车道靠防撞栏杆一侧、行车道靠人行道一侧布置测点,其他各跨测试截面测点在行车道靠防撞栏杆一侧设置,共设置挠度测点断面42个,布置测点44个。
4.3.2应变测点
分别在图4-3、4-4所示左右幅桥梁各加载截面设置应变测点,应变测量采用安装混凝土表面应变计的方式测试。
各截面应变测点具体布置如图4-5、图4-6所示,共计18个测试截面,共计60个测点。
图4-5跨中截面应变测点布置示意图
图4-6墩顶截面应变测点布置示意图
图4-1兰草溪大桥左幅桥挠度测试截面示意图(cm)
图4-2兰草溪大桥右幅桥挠度测试截面示意图(cm)
图4-3兰草溪大桥左幅桥应变测试截面示意图(cm)
图4-4兰草溪大桥右幅桥应变测试截面示意图(cm)
5桥梁静载试验实施方案
5.1静载试验荷载的确定原则
本次静载试验施加的试验荷载是由车辆荷载组成,即采用满足载重量要求(重约300KN)的汽车进行加载。
就某一检验项目而言,其所需的车辆数,根据设计荷载产生的该检验项目的最不利效应值按下式所定的原则等效换算而得。
0.8≤η=
≤1.0
式中:
η为静力试验荷载效率;
Sstate为荷载试验作用下某一检验项目最大计算效应;
S为设计控制荷载作用下该检验项目的最不利计算效应值;
μ为规范采用的冲击系数。
5.2设计控制荷载
依据现行规范及设计资料,桥跨结构由城-A控制设计。
5.3加载车辆
本试验采用总重为300kN汽车作为试验荷载(车型立面示意图见图5-1,车辆参数如表5-1)。
需提前落实车辆以及车辆载重事宜,并提供车皮载重后可满足加载要求后的过磅单(加盖称重单位印章)。
图5-1试验用车示意图
表5-1加载车辆参数表
项目
参数要求
加载车数量(台)
9台
前—后轴距a(m)
3.80
前轴重(t)
6.0
中、后轴重(t)
12.0
整车总重(t)
30.0
后轴重允许误差(t)
±0.5
总重允许误差(t)
±0.5
5.4加载程序及持续时间
桥梁预压采用2辆加载车,横桥向对称并排由一端桥头出发,过桥进行预加载试验,汽车行驶控制车速为5km/h。
正式加载时,每个试验工况分三级加载,一级卸载。
在同一级荷载作用期间,梁体在最后5分钟内的变位(应变)增量小于前一个5分钟内变位(应变)增量的15%,或小于所用量测仪器的最小分格值,可认为其变位(应变)达到相对稳定,方可进入下一级加载。
5.5车辆加载位置
(1)车辆横向布置
靠人行道侧及防撞栏杆侧车辆横向布置分别如图5-2、图5-3所示。
图5-2车辆加载横向布置图1(单位:
mm)
图5-3车辆加载横向布置图2(单位:
mm)
(2)车辆纵向布置
本次静载试验施加的试验荷载是由车辆荷载组成。
就某一检验项目而言,其所需的车辆数及加载位置,根据设计荷载产生的该检验项目的最不利效应值按一定的荷载效率等效换算而得到。
经计算分析,确定左幅桥工况一~工况十各级荷载车辆加载纵向位置如图5-4~图5-12所示,右幅桥工况一~工况十各级荷载车辆加载纵向位置如图5-13~图5-21所示,各工况分3级加载,一级卸载。
荷载效率计算如表5-2所示。
表5-2试验荷载效率表
桥跨
工况编号
试验截面
用车数量
荷载效率
左幅桥
工况一
(0~1)35m跨最大正弯矩截面
6
0.92
工况二
(2~3)40m跨最大正弯矩截面
6
0.87
工况三
1#墩顶最大负弯矩截面
9
0.99
工况四
(5~6)35m跨最大正弯矩截面
6
0.92
工况五
(5~6)35m跨最大正弯矩截面
6
0.92
工况六
(8~9)40m跨最大正弯矩截面
6
0.89
工况七
6#墩顶最大负弯矩截面
9
0.95
工况八
(10~11)35m跨最大正弯矩截面
6
0.92
工况九
(12~13)40m跨最大正弯矩截面
6
0.87
工况十
13#墩顶最大负弯矩截面
9
0.99
右幅桥
工况一
(0~1)35m跨最大正弯矩截面
6
0.92
工况二
(2~3)40m跨最大正弯矩截面
6
0.87
工况三
1#墩顶最大负弯矩截面
9
0.99
工况四
(7~8)40m跨最大正弯矩截面
6
0.87
工况五
(9~10)35m跨最大正弯矩截面
6
0.90
工况六
9#墩顶最大负弯矩截面
9
0.95
工况七
(10~11)35m跨最大正弯矩截面
6
0.92
工况八
(10~11)35m跨最大正弯矩截
6
0.92
工况九
(12~13)40m跨最大正弯矩截面
6
0.87
工况十
11#墩顶最大负弯矩截面
9
0.99
图5-4左幅桥工况一最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-5左幅桥工况二最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-6左幅桥工况三最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-7左幅桥工况四、五最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-8左幅桥工况六最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-9左幅桥工况七最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-10左幅桥工况八最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-11左幅桥工况九最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-12左幅桥工况十最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-13右幅桥工况一最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-14右幅桥工况二最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-15右幅桥工况三最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-16右幅桥工况四最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-17右幅桥工况五最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-18右幅桥工况六最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-19右幅桥工况七、八最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-20右幅桥工况九最终加载位置示意图(单位:
mm)
图5-21右幅桥工况十最终加载位置示意图(单位:
mm)
5.6静荷载试验中止条件
在试验过程中,出现以下情况中的任一种情况则应终止试验并且及时上报领导小组,研究对策。
*控制测点的应力值超过计算值,且达到或超过按规范安全条件要求反算的控制应变值。
*控制测点的变位,超过设计的容许值。
*桥梁受力部位上发生损伤,影响结构承载能力和正常使用。
6桥梁动力试验
6.1动载试验概述
桥梁结构的动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动,测定桥梁结构的固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数、动力响应(加速度、动挠度)等参量的试验项目,从而宏观地判定桥梁结构的整体刚度与运营性能。
桥梁结构的动力特性如固有频率、阻尼系数和振型等,它们只与结构本身的固有性质如结构的组成形式、刚度、质量分布、支撑情况和材料性质等有关,而与荷载等其他条件无关。
结构的动力特性是结构振动系统的基本特征,是进行结构动力分析所必须的参数。
另一方面,桥梁结构在实际的动荷载作用下,结构各部位的动力响应如振幅、应力、位移、加速度等,不仅反映了桥梁结构在动荷载作用下的受力状态,也反映了动力作用对司机、乘客舒适性的影响。
桥梁结构的动载试验,就是要从大量的实测数据信号中,揭示桥梁结构振动的内在规律,综合评价桥梁结构的动力特性。
6.2试验任务
桥梁结构的动载试验的基本任务:
(1)测定结构的动力特性,如测定桥梁结构或结构构件的自振频率、阻尼特性等。
(2)测定结构在动荷载作用下的强迫振动响应,如测定桥梁结构或结构构件在车辆荷载作用下的振幅等。
6.3试验内容
动载试验的测试内容包括地脉动测试、跑车测试、跳车测试、刹车测试。
试验时,从动力响应小的测试项目做起,即先进行地脉动测试,再进行车速由小到大的跑车测试,最后进行车速由小到大的刹车测试。
(1)地脉动试验
地脉动试验是:
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小振动响应,测得结构的自振频率和阻尼比等动力学特征。
(2)跑车试验
跑车试验是强迫振动法的一种。
采用试验车辆以不同的行驶速度通过桥梁,使桥梁产生不同程度的强迫振动,简称“跑车试验”。
由于桥面的平整度具有一定的随机性,所以由跑车引起的振动也是随机的,当试验车辆以某一速度通过时,所产生的激振力频率可能会与桥梁结构的某阶固有频率比较接近,桥梁结构便产生类共振现象,此时桥梁各部位的振动响应达到最大值。
在车辆驶离桥跨后,桥梁做自由衰减振动。
这样就可以从记录到的波形曲线中分析得出桥梁的动力特性。
在试验时,根据桥梁结构的设计行车速度,3辆试验车辆以20km/h、40km/h、60km/h的速度进行跑车试验。
(3)刹车试验
试验时,让3辆试验车分别以20、40km/h的速度行驶到桥梁测点位置实施紧急刹车,使其产生较大的制动力及对桥梁产生一定的冲击作用,测定桥梁所布测点的最大动挠度及最大纵向位移。
6.4测点设置
分别在试验桥梁边跨、中跨跨中截面设置一个拾振器,进行动载试验。
测试截面如表6-1所示。
表6-1动力试验截面表
试验桥梁
试验截面
备注
左
幅
桥
第一联
(0~1)35m跨最大正弯矩截面
按车道行驶
(2~3)40m跨最大正弯矩截面
按车道行驶
第二联
(5~6)35m跨最大正弯矩截面
按车道行驶
第三联
(10~11)35m跨最大正弯矩截面
按车道行驶
右
幅
桥
第一联
(0~1)35m跨最大正弯矩截面
按车道行驶
(2~3)40m跨最大正弯矩截面
按车道行驶
第二联
(9~10)35m跨最大正弯矩截面
按车道行驶
第三联
(10~11)35m跨最大正弯矩截面
按车道行驶
7主要试验设备
1)美国基康应变测试系统1套;
2)静态应变测试系统1套;
3)计算机1台;
4)DH5907型桥梁模态测试系统1套;
5)万用表1个;
6)应变片足量;
7)百分表足量;
8)温度补偿试块1块;
9)磁性表座足量;
10)工具及工具包3个;
11)粘贴应变片用胶10组;
12)测温计、磨光机、对讲机等辅助用具。
8协作方有关准备工作
8.1桥面清理
该工程静载试验采用车辆上桥进行加载,试验前,需完成桥面铺装等二期恒载的施工,并对桥面进行清理、无杂物及障碍物。
8.2供电
电源要求:
220V,50Hz。
8.3其他协助工作
现场安排1~2名工作人员负责协调和协助检测方完成试验工作。
9检测工期安排
试验准备(主要包括架设仪器、加载位置划线等,不包括搭设仪器、载重车装载等辅助工作准备内容)时间需2~3天,加载时间1天,现场加载完成后,20个工作日内提交正式检测报告。
重庆市建设工程质量检验测试中心
2011年2月
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