荷载试验技术方案.docx

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荷载试验技术方案

静、动载试验

实

施

细

则

2015年7月9日

第一章工程概况

1.1工程概况

本桥为向阳北路（云龙大道~新塘路）的一座桥梁。

跨径布置为25+3×30+25m的预应力连续梁桥，全桥为双幅结构，单幅桥宽为16m，截面采用单箱三室结构。

立面平面布置图如下图1.1、1.2所示。

图1.1立面布置图（单位：

mm）

图1.2平面布置图（单位：

mm）

1.2主要技术标准

1、公路等级：

城-A级；

2、桥梁设计荷载：

城-A级，人群：

按《城市桥梁设计规范》CJJ11-2011;

3、桥梁宽度：

单幅宽16m；

4、航道等级：

无；

5、抗震设计标准：

桥梁抗震设防烈度为6度，水平向设计基本地震动加速度峰值为0.05g。

第二章静、动载试验的目的和依据

2.1试验目的

1）检验桥梁结构的承载能力及其工作状态是否满足设计及有关规范要求，为大桥的竣工验收、质量评定和运营管养等提供技术依据。

2）通过桥梁荷载试验，可以直接测得理论分析与计算的相关参数，探索大桥结构受力的一般规律，为充实和发展桥梁设计计算理论提供实践资料。

3）通过动载试验了解结构的固有振动特性以及车辆以不同状态（包括不同车速正常行驶、车辆制动和跳车等状态）行驶时结构的动力反应，以检验桥梁结构运营阶段的受力特征是否满足要求，确定其使用条件和注意事项。

4）通过荷载试验，建立桥梁运营阶段健康监测的初始状态，为运营阶段结构状态的评定提供依据。

2.2试验的主要依据

1）上海市政工程设计研究总院：

《设计图纸》

2）中华人民共和国交通部标准：

《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

3）中华人民共和国交通部标准：

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）

4）中华人民共和国交通部标准：

《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）

5）中华人民共和国交通部标准：

《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）

6）中华人民共和国交通部标准：

《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

7）中华人民共和国交通部标准：

《公路桥梁承载能力评定规程》（JTGJ21-2011）

第三章试验内容和方法

3.1试验内容

根据的桥型及设计文件的相应要求，分别对进行静动载试验。

静载试验内容包括：

主梁线形和位移、支座位移、主梁控制截面的应力以及裂缝观测。

动载试验内容包括行车试验、刹车和跳车激振试验，以测试试验工况下桥梁的动力冲击系数和结构动力响应等参量。

3.2试验方法

荷载试验分为静载试验和动载试验两部分。

静载试验是将规定的车辆荷载静止施加、布置在桥面指定位置，对荷载作用下结构的位移、应变、裂缝等参量进行测试，依据试验结果对桥梁结构在静力荷载作用下的工作性能做出评价。

动载试验则是利用某种激振方法（大地脉动、车辆行驶、车辆制动和跳车等方法）激起桥梁结构的振动，然后测定结构的动力参数。

行车试验和跳车激振试验测试车辆行驶、制动和跳车工况下结构的动力冲击系数和行车响应等参量，从而判断桥梁结构的整体刚度和行车性能。

3.2.1静载试验方法

（一）加载方式

采用载重卡车集中加载，车辆吨位及数量根据相应控制截面内力的加载效率系数确定。

（二）加载车辆

静载试验拟采用三轴载重汽车加载，根据各控制截面加载效率系数以及满足试验要求下尽可能减少加载用车辆数量的原则，拟采用单车重400kN的车辆加载，其轴重、轴距及平面布置如图3.1所示。

图3.1加载汽车轴重、轴距及平面图（cm）

试验前对每辆车进行配重，使加载车轴重达到试验要求，且保证在试验过程中不会发生显著的变化。

加载前对每辆车称重编号。

（三）加载车辆数量

试验中各工况下所需加载车辆数，将根据各控制截面在设计标准活载（城-A级）作用下的最不利效应值按等效原则换算而得。

根据相关规定，静载试验荷载效率系数

一般可取：

式中：

静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；

控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值；

按规范取用的冲击系数值；

—静力试验荷载的效率，应介于0.95～1.05之间。

（四）加载位置

按照最不利位置加载的原则，在确保试验荷载效率0.95＜η≤1.05的条件下，通过对该桥进行结构分析表明，本桥以主梁跨中截面最大正弯距、支点处最大剪力和主梁墩顶负弯矩最大为控制设计的主要指标，制定加载工况时以控制截面的相应最不利内力值作为控制标准，并考虑挠度的影响。

本桥静载试验的加载位置是根据影响线进行加载。

（五）加载制度

本桥第三跨跨中最大弯矩控制截面分别进行中心加载和偏心加载两种加载工况，支座控制截面试验只进行中心加载工况。

所有试验加载时均采用分级加载，加载过程中密切注意各控制点的应变和位移，如遇异常情况应立即终止加载。

所有工况均采用一次卸载。

（六）读数时间及测试时日照温度影响的考虑

读数时间取决于结构最大变位测点达到稳定标准所需要的时间，实际观测时，一般取5分钟。

静载试验应注意选择一天内温度场比较均匀、稳定的时候进行，尽可能避开日照温度场的影响。

（七）终止加载的控制条件

正常情况下施加荷载至额定值，当出现下列情形之一时立即终止加载并分析成因。

1）控制测点应力值达到或超过容许值时；

2）控制测点挠度超过规范容许值时；

3）裂缝超过限值时。

（八）应力测试

采用电阻应变片作为传感元件，用静态应变仪采集各控制点的应变，再依据被测应变处材料的弹性模量确定相应的应力。

（九）位移测试

主梁挠度：

采用全站仪和精密水准仪测量，各测点必须固定在相应的位置处，后视点置于墩顶处的桥面上并在岸边布置基准点。

（十）裂缝观测

若结构上出现裂缝，其宽度采用人工目测和数显裂缝观测仪联合观测，裂缝分布（长度和位置）采用卷尺量测。

3.2.2动载试验方法

利用振动测试设备测量跑车、跳车和刹车等情形下的桥梁振动反应。

第四章试验要求

4.1成桥恒载状态结构参数测定

成桥恒载状态下结构状态参数的测定采用检查已往施工监控记录、向其它有关施工方调查、现场检查三种方法相结合的方式进行。

对主梁线形、主梁控制截面的应变等结构参数进行详细检查。

4.2静载试验要求

1）静载试验应将试验荷载效率系数控制在0.95~1.05，并选择合适的加载车；

2）根据各检验项目影响线确定其最不利效应值的加载位置及加载数量；

3）加载荷载作用下分级加载应依据各检验项目最不利效应值的60%、80%、100%进行；

4）根据各控制断面结构构造，确定应力及位移测点的布置；

5）通过等代计算确定静载使用车辆及时间，详细规划整个静载试验的加载过程；

6）位移和应变与结构温度场变化密切相关，因此在荷载试验时，必须严密监测结构温度场的变化情况，测量结构温度场，以便对试验数据做温度影响修正。

在施工控制中已积累了大量的温度影响资料，可为荷载试验提供指导；

7）对静载试验数据进行必要的实时处理分析，判断结构在各种加载工况下的反映，防止结构出现非正常的受力损伤或局部损坏，影响桥梁的承载能力和今后的正常使用；

8）对位移和应变的测试仪器，在测试前进行严格标定。

4.3动载试验要求

1）行车试验（后简称跑车试验），在桥面无任何障碍的情况下，用一辆或并行的两辆重载汽车分桥轴线对称和非对称布置和行驶，以20km/h、30km/h、40km/h和50km/h的速度往返通过桥跨结构，测定结构在运行车辆荷载作用时的动力反应；

2）刹车试验，一辆和并行两辆试验车以20km/h～30km/h速度行驶到跨中紧急刹车的应力动态增大效应系数和主梁的纵向漂移位移；

3）跳车激振试验（后简称跳车试验），在桥跨结构桥面一定位置处桥面设置高度为10cm的障碍物，模拟桥面铺装层局部损伤状态，用一辆和两辆并行载重车分别以20km/h～30km/h速度跨越桥面的障碍物，以测定桥梁结构在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动力反应；

4）根据各控制断面结构构造，确定动应变测点的布置；

5）根据结构各阶振型特点，确定加速度传感器的布置方案。

第五章静载试验方案

5.1概况

为5跨的预应力混凝土连续梁桥，跨径布置为25+3×30+25m，全桥为双幅结构，单幅桥宽为16m，结构布置如图5.1所示。

截面采用单箱三室截面，箱梁采用C50混凝土。

图5.1桥型图（mm）

5.2加载控制截面的选取

选择主梁的跨中截面和支座截面作为加载的控制截面，如图5.2所示的截面

～

。

图5.2加载控制截面（mm）

5.3加载工况及相应的荷载效率系数

5.3.1加载工况

本桥分别进行5个工况的加载。

本桥的加载工况为：

工况-1：

主梁I-I（支点pm01）断面最大剪力和挠度最不利布载—对称加载。

在支点截面附近布置6台车，相应的效率系数为0.96

工况-2:

主梁第一跨中II-II断面弯矩最不利布载—对称加载。

在跨中截面附近布置6台车，相应的效率系数为0.95。

工况-3：

主梁（pm02）墩顶Ⅲ-Ⅲ断面弯矩最不利布载—对称加载。

在第一跨跨中布置3台车，在第二跨中跨布置5台车，相应的效率系数为1.02。

工况-4:

主梁第二跨中

-

断面弯矩最不利布载—对称加载。

在跨中截面附近布置8台车，相应的效率系数为0.98。

工况-5：

主梁（pm03）墩顶

-

断面弯矩最不利布载—对称加载。

在第二跨跨中布置3台车，在第三跨中跨布置5台车，相应的效率系数为1.01。

工况-6:

主梁第三跨中

-

断面弯矩最不利布载—对称加载与偏心加载。

在跨中截面附近布置8台车，相应的效率系数为0.98。

5.3.2加载效率系数及加载布置

工况1：

主梁I-I（支点）断面最大剪力和挠度最不利布载—对称加载

1、测试项目（测试包括加载前、加载后、卸载后）

（1）主梁跨中、支点处的应变、挠度；

2、试验荷载效率

表5.1工况1作用下荷载效率

测试项目

标准荷载下的计算值

试验荷载下的计算值

试验荷载效率

备注

支点截面

最大剪力（kN）

1697

1630

96％

截面材料为砼

3、加载车辆布置图

图5.2给出了在满足试验荷载效率的条件下的加载车辆的布置图

表5.2工况1车辆加载、卸载顺序

加载工况编号

车辆编号

卸载工况编号

车辆编号

1-1

1，2，3

2-1

4，5，6

1-2

4，5，6

2-2

1，2，3

a、车辆纵向布置（单位：

cm）

b、车辆平面布置（单位：

cm）

图5.3工况1加载车辆布置图

工况2：

主梁第一跨中II-II断面弯矩最不利布载—对称加载

1、测试项目（测试包括加载前、加载后、卸载后）

（1）主梁跨中、支点处的应变、挠度。

2、试验荷载效率

表5.3：

工况2作用下荷载效率

测试项目

标准荷载下的计算值

试验荷载下的计算值

试验荷载效率

备注

主梁

跨中

最大

弯矩（kN.m）

8770

8340

95%

截面材料为砼

控制截面应力

上缘应力（MPa）

1.45

1.38

95%

受压

下缘应力（MPa）

-2.14

-2.04

95%

受拉

竖线位移（mm）

-2.62

-2.78

向下

3、加载车辆布置图

图5.2给出了在满足试验荷载效率的条件下的加载车辆的布置图

表5.4工况2车辆加载、卸载顺序

加载工况编号

车辆编号

卸载工况编号

车辆编号

1-1

1，2，3

2-1

4，5，6

1-2

4，5，6

2-2

1，2，3

a、

车辆纵向布置（单位：

cm）

b、车辆平面布置（单位：

cm）

图5.4工况2加载车辆布置图

工况3：

主梁（pm02）墩顶Ⅲ-Ⅲ断面弯矩最不利布载—对称加载

1、测试项目（测试包括加载前、加载后、卸载后）

（1）主梁跨中、支点处的应变、挠度。

2、试验荷载效率

表5.5：

工况3作用下荷载效率

测试项目

标准荷载下的计算值

试验荷载下的计算值

试验荷载效率

备注

墩顶主梁

最大

弯矩（kN.m）

-7050

-7220

102%

截面材料为砼

控制截面应力

上缘应力（MPa）

-1.096

-1.120

102%

受拉

下缘应力（MPa）

1.303

1.330

102%

受压

3、加载车辆布置图

图5.5给出了在满足试验荷载效率的条件下的加载车辆的布置图

表5.6工况3车辆加载、卸载顺序

加载工况编号

车辆编号

卸载工况编号

车辆编号

1-1

1，2，3

2-1

4,5,6,7,8

1-2

4,5,6,7,8

2-2

1，2，3

图5.5工况3加载车辆布置图

工况4：

主梁第二跨中

-

断面弯矩最不利布载—对称加载

1、测试项目（测试包括加载前、加载后、卸载后）

（1）主梁跨中、支点处的应变、挠度。

2、试验荷载效率

表5.7：

工况4作用下荷载效率

测试项目

标准荷载下的计算值

试验荷载下的计算值

试验荷载效率

备注

主梁

跨中

最大

弯矩（kN.m）

9090

8930

98%

截面材料为砼

控制截面应力

上缘应力（MPa）

1.504

1.470

98%

受压

下缘应力（MPa）

-2.225

-2.18

98%

受拉

竖线位移（mm）

-3.59

-4.11

向下

3、加载车辆布置图

图5.6给出了在满足试验荷载效率的条件下的加载车辆的布置图

表5.8工况4车辆加载、卸载顺序

加载工况编号

车辆编号

卸载工况编号

车辆编号

1-1

4，5，6

2-1

1,2,3,7,8

1-2

1,2,3,7,8

2-2

4，5，6

a、车辆纵向布置（单位：

cm）

b、车辆平面布置（单位：

cm）

图5.6工况4加载车辆布置图

工况5：

主梁（pm03）墩顶

-

断面弯矩最不利布载—对称加载

1、测试项目（测试包括加载前、加载后、卸载后）

（1）主梁跨中、支点处的应变、挠度。

2、试验荷载效率

表5.9：

工况5作用下荷载效率

测试项目

标准荷载下的计算值

试验荷载下的计算值

试验荷载效率

备注

墩顶主梁

最大

弯矩（kN.m）

-7380

-7460

101%

截面材料为砼

控制截面应力

上缘应力（MPa）

-1.146

-1.160

101%

受拉

下缘应力（MPa）

1.363

1.380

101%

受压

3、加载车辆布置图

图5.7给出了在满足试验荷载效率的条件下的加载车辆的布置图

表5.10工况5车辆加载、卸载顺序

加载工况编号

车辆编号

卸载工况编号

车辆编号

1-1

1，2，3

2-1

4,5,6,7,8

1-2

4,5,6,7,8

2-2

1，2，3

图5.7工况5加载车辆布置图

工况6：

主梁第三跨中

-

断面弯矩最不利布载—对称加载与偏心加载

1、测试项目（测试包括加载前、加载后、卸载后）

（1）主梁跨中、支点处的应变、挠度。

2、试验荷载效率

表5.11：

工况6作用下荷载效率

测试项目

标准荷载下的计算值

试验荷载下的计算值

试验荷载效率

备注

主梁

跨中

最大

弯矩（kN.m）

9140

8990

98%

截面材料为砼

控制截面应力

上缘应力（MPa）

1.506

1.480

98%

受压

下缘应力（MPa）

-2.227

-2.200

98%

受拉

竖线位移（mm）

-3.617

-4.15

向下

3、加载车辆布置图

图5.8给出了在满足试验荷载效率的条件下的加载车辆的布置图

表5.12工况6车辆加载、卸载顺序

加载工况编号

车辆编号

卸载工况编号

车辆编号

1-1

3，6，8

2-1

3，6，8

3-1

4，5，6

4-1

1,2,3,7,8

3-2

1,2,3,7,8

4-2

4，5，6

a、车辆纵向布置（单位：

cm）

b、车辆平面布置（单位：

cm）

图5.8工况6加载车辆布置图

5.4测点布置

5.4.1位移测点布置

全桥每跨在支座、跨内2个L/4及跨中L/2处截面的上、下游各布置一个挠度测点，全桥共布置42个挠度测点，如图5.9所示。

加载过程中对挠度测点进行测读。

图5.9控制截面挠度测点布置（cm）

5.4.2主梁应变测点布置

在边跨和中跨的跨中截面底板布设混凝土应变测点；在支座截面的中性轴位置上对称布设混凝土应变测点，在墩顶控制截面对称布置应变测点。

如图5.10～5.12所示。

图5.10主梁跨中应变测点布置图

图5.11主梁支点处应变测点布置图

图5.12墩底截面应变测点布置图

第六章动载试验方案

动载试验是测试移动车辆荷载作用下，主梁应力测试断面的动应力。

根据规范定义，在桥梁的最不利加载位置布置车列荷载，在移动车列荷载作用下的动态增长率称为冲击系数，在一辆或几辆移动车辆荷载作用下的动态增长率称为动态增量。

对于不同的测试项目，动态增量又可以分为位移动态增量和应力动态增量。

用μ表示动态增量，则应力动态增量可表示为：

测试移动车辆荷载作用下桥梁结构各主要部位的动应力是本次试验的内容之一。

桥梁结构在移动车辆荷载作用下的动力反应，是桥梁和车辆这两个振动系统互相作用的结果，除了这两者本身的动力特性（质量、刚度、阻尼）外，还与桥面的平整度、车辆行驶的速度有关。

6.1动载试验的动应变测试断面及测点布置

主梁的动应变测试断面就是跨中最大正弯矩测试断面，具体测点布置如图6.1所示。

图6.1动应变测试断面（mm）

6.2动载试验的内容

6.2.1跑车试验

一辆满载的试验车辆，分别以20、30、40、50km/h的速度沿桥面中心线匀速行驶，每次记录各测点的动应变。

6.2.2跳车试验

一辆满载的试验车辆，分别以20、30km/h的速度行驶并跨越设在测试断面处的10cm障碍物（三角块），每次记录各测点的动应变。

图6.1三角块示意图（mm）

6.2.3刹车试验

一辆满载的试验车辆，分别以20、30km/h的速度行驶至测试断面紧急刹车，每次记录各测点的动应变。

6.3试验工况

表6.1动载试验工况

工况序号

工况类型

车速

（km/h）

工况描述

工况1

1辆加载车跑车试验

20

试验时，加载车以车速为20~50km/h匀速通过桥跨结构，由于在行驶过程中对桥面产生冲击作用，从而使桥梁结构产生振动。

通过动力测试系统测定测试截面处的动应变时间历程曲线，以测得在行车条件下的动应变。

工况2

30

工况3

40

工况4

50

工况5

1辆加载车跳车试验

20

在桥梁测试截面处桥面设置高度为10cm的障碍物，模拟桥面铺装的局部不平整或损伤状态。

试验时，让1辆加载车以20~30km/h的速度匀速通过桥跨结构，在跨越障碍时对桥梁形成冲击作用，激起桥梁较大的竖向振动，测定此时桥梁在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动态响应。

工况6

30

工况7

1辆加载车刹车试验

20

试验时，让1辆车以20、30km/h的速度匀速行驶至测试断面时实施紧急刹车，使其产生较大的制动力并对桥梁形成一定的冲击作用，以测得在刹车条件下的动应变。

工况8

30

6.4测量仪器

动应变测试采用的仪器如表9.1。

第七章成桥检测程序及工作流程

成桥检测程序及工作流程如下：

7.1进场

前期试验人员在正式加载试验前7天进场，进行桥梁外观检查、安装测试仪器和测试元件，并完成仪器调试等工作。

7.2现场检测程序

本桥的静、动载试验，计划2个工作日完成。

7.3检测结果整理

汇总外观检查、静载试验及动力试验的数据和结果，对检测原始数据进行整理，计划7个工作日完成。

7.4检测报告

根据实测数据对桥梁进行分析，出具相关的检测鉴定报告，并提出本桥的管养建议。

计划14个工作日完成。

第八章成桥检测措施

成桥检测措施包括技术措施、安全措施和环保措施，具体如下：

8.1技术措施

1）在检测开始前，形成检测的具体方案和实施细则；

2）全桥外观检查：

在上部结构外观检查方面，首先对全桥质量缺陷进行检测，对观测到的病害、裂缝及缺陷进行记录。

对桥面系构造（桥面铺装、伸缩缝、栏杆、排水设施等）完好情况及性能进行检查。

此外，安排人员检查方便到达的关键部位进行外观检测。

在下部结构外观检查方面，安排检测人员对桥墩的质量缺陷与病害进行检测，记录缺陷与病害的情况及位置。

3）静载试验

首先安排检测人员进行静载试验的准备工作，包括粘贴应变片、定位各位移测点、加载车停放位置和绑扎标尺等。

桥梁外观检查完毕并安装好测试原件、完成测点布置之后，准备进行静载试验。

4）动应变测试

首先进行动力试验的准备工作，包括布置振动测点、动应变测点等。

准备工作完成后依次进行脉动试验，静应变测试，动应变测试及跑车、跳车、刹车等相关试验。

最后整理试验数据，编写动力试验报告。

8.2安全措施

（1）桥上使用的电源做好绝缘措施；

（2）做好仪表、桌、椅（下雨时的防护措施）；

（3）封闭现场交通；

（4）做好现场安全保卫工作。

8.3环保措施

（1）荷载试验时避免制造较大的噪音；

（2）现场使用完毕的一次性器材不得随处丢弃，垃圾送至指定位置丢弃。

第九章拟投入的检测仪器设备

拟投入的检测仪器设备表见表9.1。

表9.1拟投入的检测仪器设备

序号

设备名称

规格型号

数量

备注

1

静态应变仪

DH3815

2

2

动静态应变采集系统

DH5922

1

3

精密水准仪

Leica

2

带测微器

4

精密水准尺

3

5

电阻应变片

40

6

电导线

500m

32芯以上

7

屏蔽线

30m

8

皮尺

30m

1

9

喷漆

5

黄色

10

笔记本电脑

1

11

照相机

1

12

钢卷尺

5m

2

13

AB胶

20

14

501胶

20

15

万用表

1

16

砂纸

20张

较粗糙的

17

楔形块

1

跳车用