大橋連續(xù)鋼構橋荷載試驗方案

大橋動靜載試驗檢測方案目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、概述1二、檢測目的2\o"CurrentDocument"三、檢測依據(jù)3\o"CurrentDocument"四、主要檢測項目4\o"CurrentDocument"五、本試驗組織機構5\o"CurrentDocument"六、動靜載檢測方法及主要儀器設備66.1應變（應力）測試66.2撓度（變形）測試6\o"CurrentDocument"6.3動力特性測試6\o"CurrentDocument"6.4試驗檢測設備6\o"CurrentDocument"七、靜載試驗77.1加載效率77.2加載車輛77.3加載工況87.4測點布設10\o"CurrentDocument"7.5加載試驗程序137.6加載注意事項14\o"CurrentDocument"八、動載試驗15\o"CurrentDocument"8.1動載試驗概述15\o"CurrentDocument"8.2控制截面選擇及測點布置15\o"CurrentDocument"8.3試驗荷載及工況18\o"CurrentDocument"8.4結構動力分析198.5試驗過程20\o"CurrentDocument"九、試驗人員組成及時間安排22\o"CurrentDocument"9.1試驗人員組成22\o"CurrentDocument"9.2試驗進度安排22\o"CurrentDocument"十、服務承諾及各項保證措施2310.1試驗安全措施23\o"CurrentDocument"10.2檢測期內服務承諾23\o"CurrentDocument"10.3檢測進度保障措施24\o"CurrentDocument"10.4環(huán)境、文明保證措施2410.5服務保證措施24大橋動靜載試驗檢測方案一、概述A橋梁起點樁號為K24+095.36，終點樁號為K24+744.64，中心樁號為K24+420.0,橋梁全長649.28m。橋梁跨徑組成為（6x40）mT梁+（73+135+73）m連續(xù)剛構+（3x40）mT梁。主墩基礎位于平坦河谷，最大墩高為103m。主橋為三跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋，分離式斷面，墩梁固結體系，單箱雙室直腹板箱形截面。支點處梁高8.2m，跨中處梁高3.2m，箱梁高度按1.8次拋物線變化。箱梁頂板寬度為20.25m，底板寬度為13.0m。橋梁主要技術標準為：設計荷載公路一I級；設計洪水頻率1/100;水平向設計基本地震動峰值加速度為0.2g；基本設計風速取26.3m/s；整體均勻升降25°C，降溫-25°C；結構安全等級：一級；環(huán)境類別I類。二、檢測目的1）通過荷載試驗，檢驗大橋的工程質量，驗證結構的可靠性，為橋梁竣工驗收提供必要的技術數(shù)據(jù)。2）通過實橋的靜載試驗，了解結構在試驗荷載作用下的實際工作狀態(tài)，檢驗結構承載能力是否達到設計標準。3）通過動力荷載試驗，了解橋跨結構的自振特性，以及在長期使用荷載作用下的動力性能。為今后營運提供初始狀態(tài)數(shù)據(jù)，建立大橋的原始檔案。三、檢測依據(jù)《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/TH21-2011)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)《大跨徑混凝土橋梁試驗方法》(1982年)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/TJ21-2015)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)橋梁有關設計文件、施工圖等技術資料四、主要檢測項目1）全面考察橋梁試驗跨結構的現(xiàn)有狀況。2）測試試驗跨各控制斷面在最不利荷載作用下的應力及應力分布情況。3）測試試驗跨各控制斷面在最不利荷載作用下的撓度（變形）及變形曲線。4）觀測橋梁結構在加載過程中是否有裂縫產生及其變化情況。5）測試橋梁結構的動力特性。五、本試驗組織機構圖1試驗項目組織機構框圖六、動靜載檢測方法及主要儀器設備6.1應變（應力）測試以電阻應變儀測試系統(tǒng)為主，配置TDS-602高性能靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀與自動掃描箱進行測點應變測試及數(shù)據(jù)采集。6.2撓度（變形）測試采用位移傳感器撓度測試系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集儀自動讀數(shù)進行撓度測量。6.3動力特性測試1）結構強迫振動特性的測試通過數(shù)據(jù)大容量自動采集與信號處理分析系統(tǒng)，采集行車試驗過程中的振動響應信號，確定橋梁結構的強迫振動特性，即強迫振動的頻率、阻尼、振幅等。（2）結構自振特性的測試通過數(shù)據(jù)大容量自動采集與信號處理分析系統(tǒng)，采集結構的無荷載狀況下的自由振動響應信號，確定橋梁結構的自振動特性，即結構的固有頻率、阻尼、振幅等。6.4試驗檢測設備擬投入本項目的檢測試驗設備見表1。表1試驗檢測主要使用儀器設備序號儀器產地用途主要參數(shù)1DEWESOFT動態(tài)采集儀奧地利動態(tài)測試分辨率0.1M2ARF-A加速度傳感器日本動態(tài)信號響應量程：10—500m/S23TDS-303多通道靜態(tài)測試儀日本靜態(tài)應變測量分辨率0.1M測量精度：±0.05%；4ASW-50C數(shù)據(jù)米集儀日本動態(tài)應變測量分辨率0.1M測量精度：±0.05%；5應變片國產靜、動態(tài)應變測量靜應變靈敏度為1M6激光動態(tài)撓度測試儀國產動態(tài)撓度測量分辨率測量量程的1%。測量精度：±0.02mm；7塞尺國產裂縫寬度測量8數(shù)碼相機日本損傷及現(xiàn)場資料記錄9聯(lián)想筆記本電腦國產數(shù)據(jù)處理10百分表國產靜態(tài)撓度測量WBDO-5011電線、電纜國產數(shù)據(jù)采集器材

七、靜載試驗7.1加載效率根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)的規(guī)定，靜力試驗荷載的效率系數(shù)n取值范圍為0.95<n<1.05。這里門=S攜/(Sx5)式中：Ssta試驗荷載作用下，檢測部位變位或力的計算值；S——設計標準活荷載作用下，檢測部位變位或力的計算值；5——設計取用的動力系數(shù)。7.2加載車輛綜合考慮橋梁受力狀況、設計荷載等級及車輛來源等因素，本次試驗擬選用雙后軸重車作為靜載試驗加載車輛，車輛軸重嚴格按照試驗荷載設計的要求進行稱重控制。試驗選用8輛重車加載，為了保證加載的準確，在試驗前應對加載車輛(車重+載重)過磅，并測量每輛加載車的前軸與中軸間距及中軸與后軸間距、車輛輪距，試驗擬用車輛的前、中、后軸距見表2。試驗加載重車車型如圖8所示。表2加載車輛參數(shù)一覽表車輛編號車輛車號軸重(t)前中軸距(m)中后軸距(m)橫向輪距(m)刖軸中軸+后軸總重140.003.801.401.90240.003.801.401.90340.003.801.401.90440.003.801.401.90540.003.801.401.90640.003.801.401.90740.003.801.401.90840.003.801.401.90圖2試驗加載重車車型圖按各測試截面的最不利效應進行布載，共分為14種試驗荷載工況，分別為:表3加載工況及試驗內容工況編號控制截面編號實驗內容11#截面中載作用下控制截面正彎矩及撓度測試2偏載作用下控制截面正彎矩及撓度測試3中載作用下控制截面負彎矩測試42#截面偏載作用下控制截面負彎矩測試5中載作用下控制截面負彎矩測試63#截面偏載作用下控制截面負彎矩測試7中載作用下控制截面正彎矩及撓度測試84#截面偏載作用下控制截面正彎矩及撓度測試9中載作用下控制截面負彎矩測試105#截面偏載作用下控制截面負彎矩測試11中載作用下控制截面負彎矩測試126#截面偏載作用下控制截面負彎矩測試13中載作用下控制截面正彎矩及撓度測試147#截面偏載作用下控制截面正彎矩及撓度測試測試截面示意圖

L1□□EEZIEEZI[LJ[LJ圖3I-1截面中載布載示意圖（單位：m）L1|L2|COETJIZOEOn~irr~iEEJ圖4I-1截面偏載布載示意圖（單位：m）_L1_L2.''1''1□ZDED□ZDEEZI圖5II—II截面中載布載示意圖（單位：m）“十-11r~nLLJr~n11圖6II—H截面偏載布載示意圖（單位：m）111rr~i1■U__J111111L1L2圖7m-m截面中載布載示意圖（單位：m）-L1_」L2一1圖8m-m截面偏載布載示意圖（單位：m）7.4測點布設7.4.1應力測點布設應力測點布置位置：橋梁最大正彎矩斷面即左右邊跨為0.40L處，中跨跨中處；最大負彎矩斷面即墩頂截面；測點布置位置見圖9,箱梁斷面應力測點布置見圖10。圖9測試斷面圖（單位：cm）主跨最大正彎矩截面撓度即中跨跨中處;邊跨最大正彎矩截面撓度即左右邊跨0.4L處。截面箱梁橋撓度測點布置見圖11。圖11撓度測點布置圖7.5加載效率試驗荷載效應與標準荷載效應的對比表測試位置（截面）工況設計荷載計算值M1（kN-m）試驗荷載效應值M2（kN-m）加載效率n121859212310.971#截面正彎矩221859212310.972#截面負彎矩3-44506-446481.004-44506-446481.003#截面負彎矩5-71320-705580.996-71320-705580.99723133234281.014#截面正彎矩823133234281.015#截面負彎矩9-71320-705580.9910-71320-705580.996#截面負彎矩11-44506-446481.0012-44506-446481.001321859212310.977#截面正彎矩1421859212310.977.5加載試驗程序7.4.1準備過程試驗前應對橋跨結構進行全面檢查，在正式加載試驗之前完成如下準備工作：1）試驗前，按照試驗方案要求試驗車輛裝載過磅，記錄試驗車的原始數(shù)據(jù)以便進行分析。清理橋面，標記加載位置及測點布設位置。2）按前述的應變和撓度測點布置方式進行放樣，布片時先對各測點位置實施打磨找平并清洗干凈，粘貼應變片，然后做防潮處理。為排除測試過程中大氣溫度變化帶來的影響，每一斷面布設處于同一溫度場的溫度補償應變片。同時布設撓度測點。3）布設測試儀器及傳感器連接導線，聯(lián)機調試儀器。檢查各個應變片及機電百分表，確保電路暢通，并處于良好的工作狀態(tài)。4）進行預加載，進一步檢查應變片、全站儀及精密水準儀，反應正常靈敏，一切無誤后，按工況位置進行加載試驗。7.4.2荷載試驗1）各工況均采用分級加載，按每車道試驗車輛遞增加載，每級穩(wěn)定時間5?10min，以儀器讀數(shù)實時監(jiān)控為準。2）對每一工況的每一次加載，載重汽車加載到位后，關閉發(fā)動機并持續(xù)5分鐘以上，待數(shù)據(jù)完全穩(wěn)定后進行記錄采數(shù)。卸載10分鐘以上再進行重復加載，以便使結構恢復彈性變形，減小塑性殘余變形。3）現(xiàn)場試驗中各工況保證有兩個平行試驗，即重復兩次試驗，并在試驗中對重要測點數(shù)據(jù)與理論值及時進行分析比較。4）實時監(jiān)控5）在整個靜力加載過程中，全程監(jiān)控控制截面最大應變（應力）和撓度。如出現(xiàn)結構異常，應立即反饋給現(xiàn)場加載總指揮，并及時采取應急措施，確保加載試驗安全。1）按照設計加載程序進行分級加載。2）各加載程序及分級讀數(shù)應在加、卸載后立即測讀一次，并在加、卸載穩(wěn)定后再讀取穩(wěn)定讀數(shù)。3）控制實測應力值小于理論控制應力值。4）控制實測撓度值小于理論控制撓度值。5）控制結構裂縫的長度及寬度的急劇增加。八、動載試驗8.1動載試驗概述橋梁結構的動載試驗是利用某種激振方法激起橋梁結構的振動，測試橋梁結構的固有頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數(shù)、動力響應等參量的試驗項目，從宏觀上判斷橋梁結構的整體剛度、運營性能。橋梁結構的動載試驗與靜載試驗雖然在試驗目的、測試內容等方面有所不同，但對于全面分析掌握橋梁結構的工作性能是同等重要的。動載試驗之所以對公路和橋梁設計非常重要，是因為它是影響公路和橋梁使用壽命的主要因素之一。當車輛通過公路橋時，車輛軸載對橋梁的作用隨時間變化，即為動荷載。動載對路面產生附加的動壓力和動應變，盡管其作用機理還不是十分清楚，但它會加速路面的損壞，因此研究動荷載對橋梁設計和維護都有很重要的意義。橋梁結構在移動車輛荷載作用下會產生振動、沖擊等動力反應，此時橋梁各部位除產生靜態(tài)應力和靜態(tài)變形外，還產生動態(tài)應力和動態(tài)變形。本次動載試驗同時測量應力和撓度最大動態(tài)增量。8.2控制截面選擇及測點布置對本橋分別在加載車輛以不同車速駛過橋面時，測試橋梁的動載試驗動力特性，主要包括：（1）測定橋梁結構的動力特性，即橋梁結構的前三階豎向振動模態(tài)；（2）測定橋梁結構的在動荷載作用下的強迫振動回應，即橋梁結構動應變測試。8.2.1動應變測點動應變測點布置截面為：左邊跨L/2處（截面1），中跨L/4處（截面5）、L/2處（截面6）、L3/4處（截面7），右邊跨L/2處（截面11）。動應變測點在上述各截面底板上布置兩個動應變測點。動應變測試截面布置如圖12和圖13所示。

圖12動載測點控制截面布置示意圖圖13動應變測點布置8.2.2振動特性測點布置經有限元數(shù)值模擬，得到該橋豎向前三階模態(tài)如圖14所示。根據(jù)計算，振動特性測點布置如下：一階振型測試點布置截面：左邊跨L/2處（截面1），墩頂處（截面3），中跨L/4處（截面5）、L/2處（截面6）、L3/4處（截面7）；二階振型測試點布置截面：左邊跨L/2處（截面1）、L3/4處（截面2），墩頂處（截面3），中跨L/8處（截面4）、L/4處（截面5）、L/2處（截面6）、L3/4處（截面7）、L7/8處（截面8）；右邊跨L/4處（截面10）、L/2處（截面11）；三階振型測試點布置截面同二階振型測試點。圖14結構前三階豎向振型8.3試驗荷載及工況（1）行車激振試驗動力試驗荷載的確定以保證激振信號達到足夠的強度為條件，本次試驗擬采用一輛載重汽車（與靜載試驗荷載相同）勻速駛過試驗橋跨以測取橋梁振動響應信號，本次荷載試驗擬定：工況1：一輛試驗車以30km/h勻速通過全橋；工況2：一輛試驗車以40km/h勻速通過全橋；工況3：一輛試驗車以50km/h勻速通過全橋；工況4：二輛試驗車并排以30km/h勻速通過全橋；工況5：二輛試驗車并排車以40km/h勻速通過全橋；工況6：二輛試驗車并排車以50km/h勻速通過全橋。（2）跳車激振試驗動力試驗荷載同無障礙行車試驗荷載，讓動力荷載以每小時30km/h的速度行駛并跨越設置在測試斷面處的障礙（高度為15cm的三角形楔形塊），測定橋跨結構的動力反應?？紤]到行車時輪胎及橋面鋪裝的安全，橋面障礙按影響線最不利位置布設，采用楔形橡膠條模擬。工況7：一輛試驗車以30km/h在待測跨跨中位置進行動跳（試驗車從墊木上駛過）。左右邊跨和中跨分別進行行車試驗與跳車試驗。8.4結構動力分析橋梁結構的動力特性，如結構的固有頻率、阻尼系數(shù)和振型等，它們只與結構的固有性質有關，如結構的組成形式、剛度、質量分布、支撐情況和材料性質等，而與荷載和其他性質無關。結構的動力特性是結構的基本特性，是進行結構分析所必需的參數(shù)。另一方面，橋梁結構在實際的動荷載作用下，結構各部位的動力響應，如振幅、應力、位移、加速度以及反映結構整體動力作用的沖擊系數(shù)等，不僅反映了橋梁結構在動荷載作用下的受力狀態(tài)，也反映了動力作用對駕駛員、乘客舒適性的影響。橋梁結構的動載試驗，就是要從大量的實測數(shù)據(jù)信號中，揭示橋梁結構振動的內在規(guī)律，綜合評價橋梁結構的動力性能。在動載試驗中，可獲取大量橋梁結構振動系統(tǒng)的各種振動量，如位移、應力、加速度等的時間歷程曲線。由于實際橋梁結構的振動往往很復雜，一般都是隨機的，直接根據(jù)這樣的信號或數(shù)據(jù)來分析判斷結構振動的性質和規(guī)律是困難的，一般需對實測振動波形進行分析與處理，以便對結構的動態(tài)性能做進一步分析。常用的分析處理方法可以分為時域分析和頻域分析兩種。時域分析是直接對時程曲線進行分析，可以得出諸如振幅、阻尼比、振型、沖擊系數(shù)等參數(shù)。頻域分析是把時域信號通過傅立葉變換的數(shù)學處理變換為頻域信號，揭示信號的頻率成分和振動系統(tǒng)的傳遞特性，以得到振動能量按頻率的分布情況，從而確定結構的頻率和頻率分布特性。得出這些振動參量后，就可以根據(jù)有關指標綜合評價橋梁結構的動力性能。在時域分析中，橋梁結構的一些動力參數(shù)可以直接在相應的時程曲線上得出。例如，可以在加速度時程曲線上得出各測點加速度振幅，在位移時程曲線上將最大動撓度減去最大靜撓度即可得出位移振幅，通過比較各測點的振幅、相位就可得出振形。而另外一些參數(shù)如結構阻尼特性、沖擊系數(shù)則需要對時程曲線進行一些分析處理。結構的振型是結構相應于各階固有頻率的振動形式，一個振動系統(tǒng)振型的數(shù)目與其自由度數(shù)目相等，橋梁結構是一個具有連續(xù)分布質量的體系，也就是說，是一個無限多自由度體系。因此，其固有頻率及相應的振型也有無數(shù)多個。但是對于一般的橋梁結構，第一固有頻率對結構的動力分析才是重要的，對于較復雜的動力學問題、也僅需前面幾個固有頻率。汽車的沖擊系數(shù)是汽車過橋時對橋梁結構產生的豎向動力效應的增大系數(shù)。在動載荷載作用下，橋梁結構某些部位的振動參數(shù)如振幅、頻率、位移、應力等的測定，可根據(jù)試驗的具體要求和結構的型式布置測點。采用適當?shù)膬x器進行測試。動載荷載作用下結構上產生的動撓度，一般較同樣的靜荷載所產生的相應靜撓度要大。動撓度與靜撓度的比值稱為活荷載的沖擊系數(shù)。由于撓度反映了橋跨結構的整體變形，是衡量結構剛度的主要指標，因此活載沖擊系數(shù)綜合反映了荷載對橋梁的動力作用，它與結構的型式、車輛運行速度和橋梁的平整度等有關，為了測定沖擊系數(shù)，應使車輛荷載以不同的速度駛過橋梁，并逐次記錄跨中撓度的時歷曲線。采用結構分析有限元通用程序進行空間結構建模分析。分析計算結構前3階自振頻率，計算阻尼比。結構阻尼系數(shù)可用阻尼比氣表示為：D=ln(AA)..?2兀其中：An表示第n次振動時的振幅。8.5試驗過程試驗前首先清理橋面，確保試驗車滿足行駛要求，安裝動態(tài)傳感器并調試儀器，試驗時，嚴格按照所要求的車速行駛，每工況完畢后，間隔10分鐘開始下一個工況。視數(shù)據(jù)采集情況，每工況重復2?3次。

圖16動載試驗過程示意九、試驗人員組成及時間安排9.1試驗人員組成本項目安排試驗人員10名，其中技術人員8名，輔助人員2名。9.2試驗進度安排1）橋梁動靜載檢測：（含腳手架、觀測臺搭設、測點布置、元件安裝、儀器調試、加載）15天。2）報告編寫：（受力計算、資料整理、分析）20天。如在現(xiàn)場檢測時發(fā)現(xiàn)橋梁明顯缺陷，則進行及時溝通。十、服務承諾及各項保證措施10.1試驗安全措施1）為保證試驗期間人員、結構物、試驗荷載以及儀器設備的安全，試驗指揮人員在試驗過程中，要隨時掌握各方面的情況，以便對加載試驗進行全方位的控制。2）加載試驗控制：加載應嚴格按照設計的加載程序依次進行加載，荷載的大小、截面內力的大小都應由小到大逐漸增加，對加載試驗的控制截面的測點及控制觀察的結構部位要隨時觀測、觀察，并隨時進行分析計算，將結果隨時報告試驗指揮人員，一但出現(xiàn)控制試驗終止條件的情況或其它不利情況時，應立即中途終止加載，進行分析研究后再決定試驗如何進行。3）在橋較高、有流水的情況下，要設置必要的腳手架、搭設必要的測試平臺，并設立安全網或安全扶手，要求這些臨時結構要布置適當、堅固可靠，試驗人員要系好保險帶，戴好安全帽。4）儀器、儀表要有專人負責，應輕拿輕放并進行防塵、防水等保護，以防損壞，影響試驗工作的正常進行。5）對試驗人員必須進行安全教育，每個人都要具有足夠的安全意識，試驗中試驗人員一定要聽從指揮，服從統(tǒng)一安排。6）對于一些易燃、易爆、有毒、腐蝕性試劑、溶液等如丙酮、502膠水、環(huán)氧樹脂、聚酰胺等，要嚴格按照產品說明書使用，并隨時整理，統(tǒng)一存放。7）要注意安全用電、注意防火等。10.2檢測期內服務承諾1）質量目標：確保檢測結果真實、詳細、準確。2）安全生產目標：確保無重大工程事故發(fā)生。3）文明檢測目標：創(chuàng)文明檢測現(xiàn)場。4）社會效益目標：各方評價良好，讓業(yè)主放心滿意。5）項目總體目標：按合同要求按時足量完成。6）為順利實現(xiàn)以上目標，我單位采取