二环西路荷载试验方案定稿.docx
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二环西路荷载试验方案定稿
湖州市二环西路2号桥
荷载试验方案
湖州正通交通工程试验检测有限公司
长安大学
2011年5月
目录
一、荷载试验依据、目的及内容1
1.1工程概况1
1.2试验依据、试验目的2
1.3试验内容及方法2
二、荷载试验准备工作5
2.1静载试验测点的布设5
2.2动载试验测点的布设6
2.3加载位置的放样及停车场地安排6
2.4有关数据的准备6
2.5试验保障与协调6
三、荷载试验实施流程7
3.1试验荷载的确定原则7
3.2理论计算7
3.3加载工况8
3.4静载试验效率8
3.5分级加载控制9
3.6动载试验理论计算10
3.7人员安排10
3.8各工况工作流程11
3.9试验时间安排12
3.10试验注意事项12
四、主要仪器设备及耗材15
4.1主要仪器设备15
4.2其他设备及耗材16
五、项目参加人员表17
六、紧急情况处理预案18
6.1总则18
6.2组织体系及相关机构职责18
七、荷载试验用表21
八、主要业绩表25
附图:
27
一、荷载试验依据、目的及内容
1.1工程概况
湖州市二环西路2号桥位于湖州城区二环路与104国道交汇地段。
该桥为标准跨径16+25+25+16m的预应力混凝土简支空心板,桥面连续构造。
桥梁位于道路弯道上,边板翼缘连续变化,弯桥正做。
桥台处桥面总宽7.00m+12.25m即0.25m(护栏)+2.75m(人行道)+5.5m(行车道)+1.50m(硬路肩)+0.5m(护栏)+0.5m(路肩)+11.25m(行车道)+0.5m(路肩)+0.5m(护栏)。
设1.5%单向横坡.。
空心板分为中板和边板两种类型,其中16m空心板中板宽1.00m,边板宽(包括翼缘)159.6~212.1m,板高0.80m;25m空心板中板宽1.00m,边板宽(包括翼缘)180.2~211.5m,板高1.15m。
上部结构预制空心板及铰缝均采用C40混凝土,桥面铺装采用10cm厚的沥青混凝土,防撞护栏采用C30混凝土。
下部结构桥墩均采用柱式墩、桩基础。
桥梁原设计荷载为汽-20级,挂-100,人群-3.5kN/m2。
目前,二环路计划进行改扩建,本桥梁拟老桥利用,改扩建后桥梁须达到现有公路规范公路Ⅰ级。
为对桥梁加固改造前的状况有一确切了解,为后期的加固改造提供可靠依据,计划对本桥进行荷载试验。
湖州市二环西路2号桥总体布置图如图1.1、1.2所示,其中图1.2中C2跨(25米跨)为此次荷载试验试验桥孔。
图1.1二环西路2号桥立面布置图
图1.2二环西路2号桥平面布置图
1.2试验依据、试验目的
试验依据:
1.中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》JTJ001-97
2.中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004
3.中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89
4.中华人民共和国交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023-85
5.《大跨径混凝土桥梁的试验方法》1982
6.《湖州市二环西路2号桥施工图变更设计》2009
试验目的:
1.检验结构主要构件在设计荷载作用下的工作状态及承载能力。
2.通过动力试验了解桥梁结构的固有振动特性及其动力性能,确定其使用条件。
3.通过荷载试验确定桥梁目前状况,为下一步的加固改造提供依据。
1.3试验内容及方法
1.3.1调查桥梁结构的现有状况
在试验前对桥梁结构的现有状况进行调查,可全面地了解结构初始状态,以便于编制切实可行的试验方案,同时达到合理评价试验测试结果、正确解释试验现象的目的。
主要内容包括:
(1)线形测量,主要是标高测量;
(2)结构各部件几何尺寸和主要构件的细部尺寸;
(3)结构表面损缺情况以及构件变形情况。
1.3.2桥梁荷载试验
(一)静载试验
1、空心板正应力及其各板正应力沿横向的分布规律
在空心板底面粘贴阻值为120Ω的应变计,测试试验荷载作用下应变沿桥宽的分布情况。
由静态应变测试仪DH3815N采集信息,通过电脑自动记录。
为排除测试过程中大气温度变化带来的影响,采用搁置在测点附近事先贴好应变计的混凝土块件,实现温度补偿。
2、空心板竖向挠度及其各板挠度沿横向横向的分布规律
在空心板顶面设置水准测点,测量荷载作用下空心板的竖向挠度。
3、荷载横向分布情况
主要荷载试验工况分别测试中载工况及偏载工况,进而分析荷载的横向分布情况,通过与理论计算比较,确定结构横向谅解可靠性。
4、裂缝观测
控制断面处如有裂缝,采用裂缝观测仪测试结构裂缝宽度、长度及加载过程中裂缝变化,并注意观测是否有新裂缝出现。
(二)动载试验
1、动载试验项目
(1)无障碍行车试验
动载是以给定的不同车速,匀速通过桥跨结构,测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动载反应。
工况Ⅰ:
无障碍行车,汽车以20km/h匀速通过;
工况Ⅱ:
无障碍行车,汽车以30km/h匀速通过;
工况Ⅲ:
无障碍行车,汽车以40km/h匀速通过;
工况Ⅳ:
无障碍行车,汽车以50km/h匀速通过。
(2)有障碍行车试验
在无障碍行车测量效果不理想的时候,采用有障碍行车试验作为备选方案。
有障碍行车试验方案如下:
在桥跨结构的L/2截面处桥面上设置高度分别为5cm和7.5cm的障碍物,模拟桥面铺装局部损伤状态,用一辆载重汽车(重350kN),以不同的速度通过桥跨结构,测定桥跨结构在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动载反应。
工况Ⅴ:
有障碍行车,汽车以5km/h匀速通过;
工况Ⅵ:
有障碍行车,汽车以10km/h匀速通过;
工况Ⅶ:
有障碍行车,汽车以20km/h匀速通过;
工况Ⅷ:
有障碍行车,汽车以30km/h匀速通过。
2、动载试验测试内容及处理方法
(1)动力特性测试
采用重车激振余振法进行自振测试,利用DH610高精度超低频加速度传感器作拾振器,在频域和时域中进行谱分析和时程分析。
①自振特性测试
拟采用重车激振余振法进行自振测试,由加速度传感器作拾振器,通过数据线传送到电脑中储存,在程序界面窗口即时显示,然后进行信号回放处理,在频域和时域中进行谱分析和时程分析,测试实施中采用DH610高精度超低频加速度传感器进行测量,用D-P低频加速度传感器作校核。
测定内容为桥跨结构在一辆350kN试验车匀速过桥后余振而引起的桥跨结构微幅振动响应。
②频率分析
对回放信号进行谱分析,根据自相关谱、互相关谱、各点相位及相干系数确定各阶频率。
③阻尼分析
结构阻尼系数可用阻尼比
表示为:
其中:
表示第n次振动时的振幅。
试验中采用频谱图中的半功率谱带宽来计算阻尼比
:
其中:
fn表示第n阶频率,
表示第n阶半功率带宽频率。
④振型分析
振型分析主要采用信号回放在频域和时域中寻找相位差、幅值比和相干系数来确定各测点的幅值大小和相位从而得到结构的振型。
(2)动应变测试
主梁动应变测试位置选择在桥梁跨中截面,试验中由动态数据采集仪器(DH5922)配便携计算机测试测点变位在时域中的变化,并根据应力影响线和动应变时程曲线波动来计算应变动态效应增大系数。
1+μ=
式中:
εdmax:
最大应变值;
εsmax:
应变平均值。
3.2理论计算
为准确进行荷载试验,试验前先进行理论计算。
本桥采用MIDAS2006程序进行了结构静力计算、活载效应计算及相应的加载效率的计算。
MIDAS2006程序结构计算简图见图3.1:
图3.1湖州市二环西路2号桥计算模型
试验共需加载车3辆,加载车辆总重为30吨,轴重分配为12T,12T,6T。
加载车辆需逐一称重、编号,单车总重误差不得超过±1吨。
图3.2加载车加载、轴重车型图(30吨)(尺寸单位:
cm)
3.3加载工况
湖州市二环西路2号桥建各工况的加载车详细位置见附图2、3。
与试验内容对应,共分为四种工况,其一是试验跨跨中处(S2断面)最不利正弯矩布载(中载);其二是试验跨跨中处(S2断面)最不利正弯矩布载(偏载);其三是按距墩支点6.65m处L/4截面(S1断面)最不利正弯矩布载(中载);其四是按墩支点6.65m处L/4截面(S1断面)最不利正弯矩布载(偏载);具体工况为:
(1)工况一:
S2断面最不利正弯矩布载(中载),3车;
(2)工况二:
S2断面最不利正弯矩布载(偏载),3车;
(3)工况三:
S1断面最不利正弯矩和挠度布载(中载),3车;
(4)工况四:
S1断面最不利正弯矩和挠度布载(偏载),3车;
3.4静载试验效率
静载试验各工况最终加载效率见表3-1、3-2:
静载试验各工况加载效率表3-1
工况名称
实际汽车
加载内力
kN·m(kN)
理论
荷载内力
kN·m(kN)
荷载
效率
工况一、二
S1断面最不利正弯矩布载
384.7
495.4
0.78
工况三、四
S2断面最不利正弯矩布载
311.2
360.1
0.86
附注:
表中的内力值为最不利单板的内力值。
挠度加载效率表3-2
工况名称
挠度(mm)
加载计算挠度(mm)
设计荷载挠度(mm)
加载效率
工况一
6.49
6.43
1.01
工况三
4.19
4.80
0.87
3.5分级加载控制
在正式加载前进行了分级加载,即进行各个工况时以50%左右的实试验荷载预压,再以80%左右的试验预压,发现左右读数正常,一切反映良好,在将试验荷载加载至100%,分级加载内力效率见表3-3,分级加载挠度效率见表3-4。
分级加载内力加载效率表3-3
工况名称
分级加载车辆数
内力
加载效率
分级加载内力
(KN•m)
设计荷载内力
(KN•m)
工况一、二
1
117.6
495.4
0.24
2
265.1
495.4
0.54
3
384.7
495.4
0.78
工况三、四
1
91.14
360.1
0.25
2
218.3
360.1
0.61
3
311.2
360.1
0.86
分级加载挠度加载效率表3-4
工况名称
分级加载车辆数
挠度
加载效率
分级加载计算挠度
(mm)
设计荷载挠度
(mm)
工况一、二
1
2.07
6.43
0.32
2
4.39
6.43
0.68
3
6.49
6.43
1.01
工况三、四
1
1.32
4.80
0.28
2
2.85
4.80
0.59
3
4.19
4.80
0.87
附注:
表中的内力值为最不利单板的内力值。
3.6动载试验理论计算
本桥动载试验理论计算,采用MIDAS2006程序进行计算。
本桥竖向一阶振型见图3.4所示,频率3.875Hz。
图3.4竖向一阶振型图
3.7人员安排
荷载试验观测项目多,涉及设备仪器广,工作面大。
为保证试验有条不紊地进行,特成立以下8个职能小组。
具体见下表。
序号
工作组
人数
工作内容
负责人
备注
1
领导小组
2
全桥试验的指挥、协调工作
甲方
负责人
2
车辆调度组
2
所有加载车的编号、就位及卸载的指挥、协调
1人
长安1,
车队1
3
应变组
2
主梁应变的数据采集及处理
1人
4
控制组
2
控制计算
1人
5
温度组
2
各温度测点的温度采集
1人
6
贴片组
3
布设测点传感器等
1人
7
动测组
3
动测部分
1人
3.8各工况工作流程
各工况的工作流程如下:
1、桥梁空载,根据总指挥的指令,几何测量组读取桥梁在空载下的初始读数,加载车辆在停车场待命。
2、几何测量组读取完初始数据后,向负责人汇报。
然后总指挥向车辆调度组下指令,加载车辆逐批进场(逐级加载),相继进入指定位置。
3、加载车辆全部到位后,向总指挥报告。
负责人下达指令,测量小组开始测量。
4、各个测量小组完成本工况各自的测量任务后,向负责人报告。
5、根据各个小组汇报的测量结果,负责人断试验是否正常。
如果测量结果有异样,则命令相应的小组重新测量。
如果一切正常,则命令加载车辆撤离。
本工况结束。
6、为了减小温度变化的影响,静载试验应选择在气温变化不大的时间间隔内完成。
本桥静载试验时间为晚上10时至晨6时。
7、为了控制加卸载稳定时间,应选择一个控制测点,在每级加载(或卸载)后立即测度一次,计算其加载前(或卸载前)测度值之差值Sg,然后每隔2min测度一次,计算2min前后读数的差值△S,并按下式计算相对读数差值m:
当m值小于1%或小于量测仪器的最小分辨值时即认为结构基本稳定,可进行各观测点读书,但当进行主要控制截面最大内力加载程序时荷载在桥上稳定时间应不小于5min。
各工况工作流程图如下:
3.9试验时间安排
1、月日~月日收集资料,制订试验方案;组织人员、设备;
2、月日方案评审;
3、月日~月日现场准备;
4、月日时~日时静载试验;
5、月日动载试验;
6、月日向业主提供初步满足验收要求的初步结论;
7、月日~月日在初步报告基础之上,整理资料,撰写报告;
8、月日提交最终报告。
3.10试验注意事项
3.10.1各试验单位注意事项
1参与试验的全体人员要有高度责任感,在试验中认真负责,保证试验的顺利实施,保证试验数据的准确性。
2试验的各项工作均要听从总指挥的指令,令行禁止,以保证试验各个步骤的协调、有序、统一。
3车辆调度组向加载车司机申明:
严禁在桥上掉头,严禁刮擦两侧护栏。
4在试验中要注意安全,不得擅自行事。
尤其是塔顶测量人员更要注意,以避免不必要的事故。
5全体人员要注意保护桥梁结构及附属设施,不得随意破坏、挪位。
6试验结束后,认真清理试验现场,打扫垃圾。
3.10.2加载单位注意事项
1车况必须良好,进入试验场地前车辆应进行全面检查,试验过程不能因为车况原因而中断;
2应有相应的预备车辆,预备车辆需在半小时内顶替有故障的车辆,故障车辆必及时移走,即需有拖车保障;
3车队经理应参加试验领导小组工作会议,车队队长(2人以上)应参加车辆调度工作;
4车队领导应熟悉试验加载的全过程;
5驾驶员应进行试验前的培训,驾驶员必须清楚何种工矿车辆所在位置,如何进桥,如何出桥等;
6车辆应根据要求进行编号;
7试验车辆在指定时间准时进入指定的停车场地,并及时调整车头方向;
8加载单位应根据试验单位提供的加载平面图提出车辆停放方案及车辆行驶路线方案;
9车辆在桥上不能调头,不能碰撞桥面构筑物;
10严禁车辆漏油,并有相应的防漏油措施;
11加载车只能两辆同时并行,桥上车速小于25公里/小时,车间距不小于20米;
12车辆在桥头停车时应留出一条行车道;
13夜间连续作业,应注意安全,注意劳保。
3.10.3试验过程中其他构造的观测
试验过程中其他构造的观测要点:
a、桥面观测
1在加载过程中,观测最大正挠度处的桥面有无开裂,并派人持裂缝观测仪观测;
2加载车过桥时,观察桥面铺装有无明显碾压轮迹。
b、伸缩缝观测
1在加载过程中,观测伸缩缝的伸缩性能是否有效;
2观测伸缩缝是否有阻塞、变形、开裂现象;
3采用钢尺测量伸缩缝的伸缩量。
c、附属设施
1在加载过程中,观测护栏有无异常变形、弯曲情况,连接件连接是否可靠;
2在加载过程中,观察检修道有无异常变形情况。
进行以上观测时作好记录,如有异常情况及时汇报。
四、主要仪器设备及耗材
4.1主要仪器设备
序号
仪器设备名称
测试精度
型号规格
产地
用途
1
静态应变测试仪
0.5%±3με
DH3815N
中国
静态应变数据采集
2
接线箱
0.5%±3με
DH3815N
中国
静态应变数据采集
3
机电百分表
2uε
ME-30~80
中国
挠度测量
4
精密水准仪
0.1mm
NI002
德国
几何测量
5
动态信号测试
分析系统
0.5%±3με
DH5922
中国
动力测试
6
动态电阻应变仪
±1με
DY-21
中国
动态应变测试
7
高精度超低频加速度传感器
0.01Hz
DH610
中国
振型特征测试
8
混凝土应变计
0.01Hz
JMZX-215
中国
混凝土应变
9
裂缝宽度观测仪
0.01mm
SW-LW-101
中国
裂缝观测
4.2其他设备及耗材
1、胶基应变片100片
2、动测系统(共1套,含8个传感器)传感器导线80米6条、20米6条
3、50米屏蔽线100条
4、砂轮机2台
5、502胶水15瓶,环氧5瓶,密封胶12捅
6、50米皮尺1个、20米皮尺1个、5米钢尺2个、2米钢尺4个
7、发电机1台
8、电源电缆2卷,100W灯泡2只,插座插头2套
10、精密水准仪一台
11、3米梯子1套
12、应急灯3只,手电3只
13、交通车辆
五、项目参加人员表
姓名
职称
学历
本项目承担工作
黄平明
教授、博导
博士
项目负责人
姜智英
教授级工程师
本科
项目副负责人
孙胜江
副教授
博士
技术负责人
梅葵花
副教授
博士
计算负责人
张威
工程师
本科
现场测试负责人
王蒂
讲师
博士
计算
张海君
研究生
硕士
测试
杨振乾
研究生
硕士
测试
张浩
研究生
硕士
测试
刘伟
研究生
硕士
测试
张波波
研究生
硕士
测试
六、紧急情况处理预案
6.1总则
6.1.1编制目的
桥梁荷载试验属于无损检测,就整个试验过程而言,不能对桥梁结构造成损伤;同时试验参加人员设备较多,也必须保证试验人员设备的安全,确保整个试验安全有效的完成。
为规范桥梁荷载试验紧急情况的应急管理和应急响应程序,及时有效地处治,最大程度地减少财产损失、人员伤亡,制订本预案。
6.1.2编制依据
依据《中华人民共和国安全生产法》、《国家突发公共事件总体应急预案》和《国务院关于进一步加强安全生产工作的决定》等法律法规及有关规定,制定本预案。
6.1.3适用范围
本预案适用于荷载试验过程中由于各种原因产生人员伤亡、机械设备损毁或对桥梁结构产生损害。
Ⅰ级:
人员重伤或死亡;由于各种原因产机械设备损毁或对桥梁结构产生较大损害,造成经济损失10万元以上。
Ⅱ级:
人员轻伤;由于各种原因产机械设备损毁或对桥梁结构产生损害,造成经济损失10万元以下;试验过程出现明显异常。
试验过程中的异常现象包括以下内容:
①荷载试验挠度或应变数据超出理论计算值0.5倍以上;
②结构大量产生新裂缝或者原有裂缝宽度、长度迅速增加;
③试验过程中结构产生异常声响;
④其他异常情况。
6.2组织体系及相关机构职责
桥梁荷载试验难度大,且不是孤立的施工技术问题,它涉及业主、设计、施工、加载车辆及其它参与荷载试验配合工作的单位。
为做好本项工作,建议在组织形式上分两个层次开展工作,即设立荷载试验领导小组与荷载试验工作小组。
重大问题由领导小组讨论决定,具体工作由荷载试验工作小组实施。
其组织机构人员建议安排如下:
1、荷载试验领导小组:
组长:
业主负责人
副组长:
荷载试验实施单位、设计、施工、加载车辆提供单位及其它配合工作参与单位负责人。
成员:
业主、荷载试验实施单位、设计、施工、加载车辆提供单位及其它参与荷载试验配合工作单位的技术负责人。
2、荷载试验工作小组
组长:
荷载试验实施方负责人
副组长:
业主、设计、施工、加载车辆提供单位及其它参与荷载试验配合工作的单位负责人。
成员:
荷载实施单位全体人员、业主、设计、施工、加载车辆提供单位及其它参与荷载试验配合工作的单位参加荷载试验现场工作的人员。
6.3应急响应
6.3.1分级响应
Ⅰ级应急响应行动由荷载试验领导小组组织实施,主要工作包括现场应急救援协调工作;防止次生、衍生和耦合事故(事件)发生,果断控制或切断事故灾害链;提交事故报告并根据事故的严重性决定上报等级。
Ⅱ级应急响应行动由荷载试验工作小组组织实施,主要工作包括现场应急救援协;决定是否中止试验;召开会议,分析异常现象产生的原因。
6.3.2指挥协调
进入Ⅰ级响应后,由荷载试验领导小组进行协调指挥。
进入Ⅰ级响应后,由荷载试验工作小组进行协调指挥
6.4后期处置
按照相关要求,荷载试验单位负责本单位人员、仪器设备的安全及桥梁结构的安全,同时承担由于荷载试验指挥失误造成的损失并进行相关后期处置工作;加载车辆提供单位负责司机、车辆的安全并进行相关后期处置工作;其他配合单位负责各自工作并进行相应的后期处置工作;业主单位负责相关后期处置协调工作。
七、荷载试验用表
1、应变记录表
日期:
月日
测点编号
结构名称:
工况:
实测值1
实测值2
实测值3
平均值
计算值
校验系数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
平均校验系数
试验时间
操作
记录
2、挠度变位记录表
日期:
月日
测点编号
结构名称:
工况:
实测值1
实测值2
实测值3
平均值
计算值
校验系数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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