柳林灘黃河大橋東引橋右幅動靜載試驗方案

1、準格爾至興和運煤高速公路準興黃河大橋東引橋（右幅）靜動載試驗方案西安長大公路工程檢測中心二一三年十月目 錄1 工程概況12 試驗跨孔的確定13 荷載試驗?zāi)康?4 試驗依據(jù)與準則25 試驗內(nèi)容25.1靜載試驗測試內(nèi)容25.2動載試驗測試內(nèi)容36 儀器設(shè)備37 靜載試驗37.1測試截面的確定37.2測點布置57.3試驗荷載67.4試驗工況及加載位置77.5試驗過程97.6靜力數(shù)據(jù)分析108 動載試驗109 項目組織機構(gòu)1310 實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量保證措施、工作和管理制度1310.1實驗數(shù)據(jù)管理制度1310.2加載車輛移放方案1411附圖15準興黃河大橋主橋東引橋右幅靜動載試驗方案1 工程概況準興黃河大橋

2、東引橋位于準格爾至興和煤炭運輸高速公路的控制性工程，大橋位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，起點樁號為K2+105.775，終點樁號K2+830.080，橋長724.305米，橋型布置為2聯(lián)4×50m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁+2聯(lián)4×40m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁。橋面布置為0.5米（防撞欄）+ 13.25米(行車道)+0.5米（防撞欄）。參照外觀檢測結(jié)果及橋位地形情況，選取右幅東引橋第二聯(lián)的第一、二孔為試驗孔。設(shè)計荷載為公路級。試驗聯(lián)總體布置示意如圖1所示，主梁橫斷面示意如圖2所示。圖1 總體布置示意圖（單位：cm）圖2 右幅引橋梁橫斷面示意圖（單位：cm）2 試驗跨孔的確定（1）試驗跨孔確

3、定的原則試驗跨孔主要依據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果確定。（2）橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析利用橋梁空間分析程序MIDAS/CIVIL對橋梁結(jié)構(gòu)進行分析計算，依據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)的活載內(nèi)力包絡(luò)圖和位移包絡(luò)圖，確定結(jié)構(gòu)的最大彎矩截面和最大撓度截面，即控制斷面。根據(jù)對本橋的分析結(jié)果（詳見7.1），初步選定橋梁測試截面為第一跨0.4L截面（I-I）、18#墩墩頂附近截面（II-II）、第二跨跨中截面（III-III）。3 荷載試驗?zāi)康模?）檢驗設(shè)計、施工質(zhì)量，確定工程的可靠性，為交（竣）工驗收提供技術(shù)依據(jù)；（2）驗證橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，為設(shè)計積累科學(xué)資料；（3）直接了解橋跨結(jié)構(gòu)在試驗荷載下的實際工作狀態(tài)，判斷實際承載能力，評價其

4、在設(shè)計使用荷載下的工作性能；（4）通過動載試驗了解橋跨結(jié)構(gòu)的固有振動特性以及在長期使用荷載階段的動載性能。4 試驗依據(jù)與準則（1）公路工程技術(shù)標準（JTG B01-2003）（2）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004）（3）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D622004）（4）公路工程質(zhì)量檢驗評定標準（JTG F80/1-2004）（5）公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準（GB/T 50283-1999）（6）公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程（JTG/T J21-2011）（7）大跨徑混凝土橋梁的試驗方法（1982年）（8）內(nèi)蒙古準興重載高速公路柳林灘黃河公路大橋設(shè)計圖紙5

5、 試驗內(nèi)容5.1靜載試驗測試內(nèi)容靜載試驗測試內(nèi)容主要包括：（1）主梁控制截面在試驗荷載下的應(yīng)變；（2）主梁控制截面在試驗荷載下豎向撓度。以上試驗用于確定：應(yīng)變校驗系數(shù)、撓度校驗系數(shù)以評定大橋的承受設(shè)計荷載的能力及橋梁剛度。5.2動載試驗測試內(nèi)容對本橋分別在橋面有、無障礙兩種情況下，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(jié)構(gòu)的動力特性，即橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的自振頻率；（2）測定橋梁結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的強迫振動回應(yīng)，即橋梁結(jié)構(gòu)動應(yīng)變、沖擊系數(shù)等。6 儀器設(shè)備主要儀器及設(shè)備如表1所示。表1 主要檢測儀器及設(shè)備一覽表序號儀器產(chǎn) 地用途主要參數(shù)1DEWE-2010

6、數(shù)據(jù)采集儀奧地利動態(tài)測試分辨率0.1µ2ARF-A加速度傳感器日本動態(tài)信號響應(yīng)量程：10500m/S23TDS-303多通道靜態(tài)測試儀日本靜態(tài)應(yīng)變測量分辨率0.1µ測量精度：±0.05%；4ASW-50C數(shù)據(jù)采集儀日本動態(tài)應(yīng)變測量分辨率0.1µ測量精度：±0.05%；5應(yīng)變片國產(chǎn)靜、動態(tài)應(yīng)變測量靜應(yīng)變靈敏度為1µ6精密水準儀國產(chǎn)撓度測量每公里往返測標準差為0.2mm7橋梁檢測車國產(chǎn)外觀檢測及布點8塞尺國產(chǎn)裂縫寬度測量9數(shù)碼相機日本 損傷及現(xiàn)場資料記錄10IBM筆記本電腦國產(chǎn)數(shù)據(jù)處理7 靜載試驗7.1測試截面的確定利用橋梁空間分析程序M

7、idas進行建模分析，依據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)所得的活載內(nèi)力包絡(luò)圖和位移包絡(luò)圖，選擇測試截面為第一跨0.4L截面（I-I）、18#墩墩頂附近截面（II-II）、第二跨跨中截面（III-III）。大橋數(shù)值分析模型如圖3所示，內(nèi)力和位移包絡(luò)圖如圖4圖7所示，測試截面示意如圖8所示。圖3 Midas空間分析模型圖圖4 活載彎矩包絡(luò)圖圖5 活載剪力包絡(luò)圖圖6 活載撓度最大值圖圖7 活載撓度最小值圖圖8 測試截面示意圖 (單位：cm) 7.2測點布置（1）應(yīng)變測點T梁應(yīng)變測點布置：選擇在T梁梁底及腹板上緣布置應(yīng)變測點，沿縱橋向布置于I-I、II-II、III-III截面。每個截面布置12個應(yīng)變（應(yīng)力）測點，測點布置

8、如圖9所示。 在每個測試斷面的位置布置一個溫度補償片，用于抵消溫度變化對測試應(yīng)變（應(yīng)力）的影響。圖9 截面應(yīng)變測點布置 (單位：cm) 全橋上部結(jié)構(gòu)共布置應(yīng)變（應(yīng)力）測點36個（不含溫度補償片）。（2）撓度測點撓度測點設(shè)在橋面上，采用精密水準儀觀測結(jié)構(gòu)豎向變位。選擇第一跨0.4L截面、第二跨跨中截面17#、18#和19#墩頂作為撓度測試斷面，如圖10所示。每個斷面撓度測點布置如圖11所示。圖10 撓度測點縱橋向布置示意圖（單位：cm）圖11 撓度測點橫斷面布置示意圖7.3試驗荷載根據(jù)公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程的規(guī)定，靜力試驗荷載的效率系數(shù)取值范圍為0.95 1.05。這里式中:試驗荷載作用下

9、，檢測部位變位或力的計算值；S設(shè)計標準活荷載作用下，檢測部位變位或力的計算值；設(shè)計取用的動力系數(shù)。為了保證試驗的有效性，根據(jù)各測試截面的內(nèi)力與撓度影響線，按最不利位置加載，在保證各測試截面試驗荷載效率系數(shù)至少達到0.95以上的條件下，經(jīng)計算確定靜載試驗最多需用400kN（車重+荷重）載重汽車6輛。試驗加載重車車型如圖12所示。圖12 試驗加載重車車型圖（單位：cm）7.4試驗工況及加載位置（1）加載工況按各測試截面的最不利效應(yīng)進行布載，共分為6種試驗荷載工況，分別為：工況1：縱橋向按I-I截面彎矩、撓度最不利位置布載，橫橋向為中載布置。工況2：縱橋向按I-I截面彎矩、撓度最不利位置布載，橫橋向

10、為偏載布置。工況3：縱橋向按II-II截面負彎矩最不利位置布載，橫橋向為中載布置。工況4：縱橋向按II-II截面負彎矩最不利位置布載，橫橋向為偏載布置。工況5：縱橋向按III-III截面彎矩、撓度最不利位置布載，橫橋向為中載布置。工況6：縱橋向按III-III截面彎矩、撓度最不利位置布載，橫橋向為偏載布置。以上各工況車輛縱向布置如圖13所示，橫向布置圖見14圖15，平面布置見附圖。圖13 試驗荷載縱橋向位置布置示意圖（單位：cm）圖14 橫橋向中載示意圖（單位：cm）圖15 橫橋向中載示意圖（單位：cm）圖16 橫橋向偏載示意圖（單位：cm）圖17 橫橋向偏載示意圖（單位：cm）（2）加載效率

11、上述各工況中試驗荷載對測試截面產(chǎn)生的荷載效應(yīng)和標準活載效應(yīng)的最大值及加載效率匯總?cè)绫?所示。表2 各工況加載效率工況項 目試驗荷載效應(yīng)M1設(shè)計荷載效應(yīng)M2加載效率1I-I截面中載最大正彎矩（kN·m）2800.72720.21.032I-I截面偏載最大正彎矩（kN·m）3133.83159.20.993II-II截面中載最大負彎矩（kN·m）-4721.9-4693.31.014II-II截面偏載最大負彎矩（kN·m）-4966.0-4855.41.025III-III截面中載最大正彎矩（kN·m）2181.02092.51.046III-II

12、I截面偏載最大正彎矩（kN·m）2532.92468.71.037.5試驗過程（1）準備過程試驗前應(yīng)對橋跨結(jié)構(gòu)進行全面檢查，在正式加載試驗之前完成如下準備工作：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(shè)位置。按前述的應(yīng)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(yīng)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(shè)處于同一溫度場的溫度補償應(yīng)變片。同時布設(shè)撓度測點。布設(shè)測試儀器及傳感器連接導(dǎo)線，聯(lián)機調(diào)試儀器。檢查各個應(yīng)變片及機電百分表，確保電路暢通，并處于良好的工作

13、狀態(tài)。進行預(yù)加載，進一步檢查應(yīng)變片、全站儀及精密水準儀，反應(yīng)正常靈敏，一切無誤后，按工況位置進行加載試驗。（2）荷載試驗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510min，以儀器讀數(shù)實時監(jiān)控為準。對每一工況的每一次加載，載重汽車加載到位后，關(guān)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(fù)加載，以便使結(jié)構(gòu)恢復(fù)彈性變形，減小塑性殘余變形。現(xiàn)場試驗中各工況保證有兩個平行試驗，即重復(fù)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。（3）實時監(jiān)控在整個靜力加載過程中，全程監(jiān)控控制截面最大應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度。如出現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常，應(yīng)立即反饋給

14、現(xiàn)場加載總指揮，并及時采取應(yīng)急措施，確保加載試驗安全。7.6靜力數(shù)據(jù)分析（1）通過同一測點在荷載作用下的應(yīng)變（及撓度）實測數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)比較，計算加載試驗主要測點（即控制測點或加載試驗效率最大部位測點）的應(yīng)變（及撓度）校驗系數(shù)；（2）根據(jù)應(yīng)變（及撓度）校驗系數(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)進行實際工作安全狀況評定分析。8 動載試驗橋梁結(jié)構(gòu)在移動車輛荷載作用下會產(chǎn)生振動、沖擊等動力反應(yīng)，此時橋梁各部位除產(chǎn)生靜態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)變形外，還產(chǎn)生動態(tài)應(yīng)力和動態(tài)變形。（1）測點布置 動應(yīng)變測點在III-III截面（第二跨跨中）梁底上布置一個動應(yīng)變測點。動應(yīng)變測試截面布置如圖18。 振動特性測點在III-III截面（第二跨跨中

15、）布設(shè)加速傳感器，分析主梁在跳車或載重車輛均速通過時的振動響應(yīng)，識別大橋前2階豎向振動的動力特性參數(shù)。動態(tài)測點橫向布置如圖19所示。圖18 動應(yīng)變測點布置示意圖圖19 傳感器測點橫橋向布置示意圖(2) 試驗荷載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或兩輛載重汽車（與靜載試驗荷載相同）進行跳車及勻速駛過全橋，對橋橋梁激振，以測取振動回應(yīng)信號。(3) 結(jié)構(gòu)動力分析采用結(jié)構(gòu)分析有限元通用程序進行空間結(jié)構(gòu)建模分析。結(jié)構(gòu)離散模型見圖20所示，分析計算成果列于表3和圖21圖22所示。圖20 動力分析模型示意圖表3 前二階自振頻率（單位H z）振型序列計算值振型特征第一階2

16、.55豎向振動第二階3.87豎向振動圖21 一階振型圖（f1=2.55Hz）圖22 二階振型圖（f2=3.87Hz）(4) 試驗工況行車試驗工況：擬采用載重汽車在無障礙條件下勻速通過試驗橋跨，對動應(yīng)變進行測試。為了確保橋上行車安全，本次擬定：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。跳車激振試驗工況：擬采用載重汽車的后輪在指定位置從高度為15cm的三角形墊木突然下落對橋梁產(chǎn)生沖擊作用，在指定位置拾取結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。工況4：一輛試驗車進行跳車激振。 (5) 試驗過程試驗前首先清理橋面，確保試驗車滿足行

17、駛要求，安裝動態(tài)傳感器并調(diào)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(fù)23次。9 項目組織機構(gòu)為了保證本次荷載試驗的順利實施和試驗結(jié)果的科學(xué)性、可靠性，本項目將成立工程荷載試驗項目部。包括外協(xié)組、外業(yè)檢測組、安全監(jiān)督組、內(nèi)業(yè)分析組，分別從事相關(guān)項目的組織和實施。10 實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量保證措施、工作和管理制度10.1實驗數(shù)據(jù)管理制度為了保證荷載試驗的順利實施，檢測單位將本著精心組織、熱情服務(wù)、一絲不茍的原則，根據(jù)合同的各項規(guī)定，嚴格執(zhí)行國家和行業(yè)現(xiàn)行標準、規(guī)范、規(guī)程和設(shè)計圖紙，加強質(zhì)量控制，履行荷載試驗服務(wù)，認真做到：（1）建立嚴密、

18、完善、運行有效的質(zhì)量保證體系，按照有關(guān)規(guī)定對儀器設(shè)備進行正常維護，定期檢定與校準；（2）重視科技進步，及時更新試驗檢測儀器設(shè)備，不斷提高業(yè)務(wù)水平，建立完善的檔案制度，保證檔案齊備，原始記錄和試驗報告內(nèi)容清晰、完整、規(guī)范；（3）加載前合理計劃試驗工況，提高工作效率。加載期間安全員必須嚴密注視車輛行駛安全，避免事故發(fā)生。（4）荷載試驗過程中，隨時分析各種檢測數(shù)據(jù)，動態(tài)掌握各試驗階段的情況，避免對大橋結(jié)構(gòu)的損傷和破壞，如發(fā)現(xiàn)任何異常數(shù)據(jù)或現(xiàn)象，及時通知業(yè)主，并進行書面記錄；（5）荷載試驗結(jié)束后，按照合同要求及時提交各種監(jiān)測數(shù)據(jù)和符合業(yè)主要求的試驗報告；（6）對全部外業(yè)檢測人員購買人身意外傷害保險，并對從事高空作業(yè)的人員進行體檢，凡有高血壓等不適應(yīng)高處作業(yè)的人員，禁止攀高作業(yè)。現(xiàn)場人員應(yīng)戴安全帽，并設(shè)專人全天巡視負責檢測人員工作安全。（7）在外業(yè)試驗實施過程當中，為確保人員安全及采集數(shù)據(jù)的可靠性，當遇風(fēng)速大于4級、能見度小于500米的霧天及中雨以上天氣，將暫停外業(yè)工作。（8）試驗數(shù)據(jù)由專人保管，撰寫報告期間