橋梁荷載試驗(yàn)方案

1、附件一：參考試驗(yàn)方案吉祥路中橋荷載試驗(yàn)方案一、橋梁概述吉祥路中橋?yàn)?25m正交預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁橋。橋?qū)?8m，橫斷面布置：6.75m（人行道）+14.5m（機(jī)動車道）+6.75m（人行道），橫斷面布置如圖1所示，全橋共21片小箱梁。設(shè)計荷載：城A級。圖1 橋梁上部橫斷面布置圖（尺寸單位：cm）二、荷載試驗(yàn)（一）試驗(yàn)?zāi)康募霸囼?yàn)依據(jù)1、試驗(yàn)?zāi)康?）檢驗(yàn)該橋整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的可靠性；2）判斷橋跨結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)際受力狀態(tài)和工作狀態(tài)，評價結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和工作性能，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的承載能力是否能滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：3）通過動荷載試驗(yàn)以及結(jié)構(gòu)固有模態(tài)參數(shù)的實(shí)橋測試，了解橋跨結(jié)構(gòu)的動力特性，以及各控制

2、部位在使用荷載下的動力性能；4）進(jìn)行梁的強(qiáng)度、剛度及承載能力評估。 2、試驗(yàn)依據(jù)：1）公路舊橋承載能力鑒定方法（以下簡稱方法）；2）城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)（CJJ 77-98）；3）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 D62-2004）；4）吉祥路中橋施工圖（二）試驗(yàn)內(nèi)容1、試驗(yàn)部位1）動載試驗(yàn)：試驗(yàn)項(xiàng)目為跑車、剎車和跳車。2）靜載試驗(yàn)：左輻和右幅主梁跨中最大彎矩加載。2、主要試驗(yàn)設(shè)備1）變形檢測設(shè)備精密水準(zhǔn)儀（瑞士徠卡）二套，最小讀數(shù)0.01mm，精度0.4mm/km2）應(yīng)變檢測設(shè)備JMZX-2001綜合測試儀（長沙金碼高科）

3、一套，精度為13）動載試驗(yàn)設(shè)備INV306動態(tài)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)一套（東方振動研究所）（三）結(jié)構(gòu)理論分析原理及試驗(yàn)加載方案1、 結(jié)構(gòu)理論分析原理吉祥路中橋，為125m正交預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋。橋橫斷面由21片小箱梁組成，4車道。動載試驗(yàn)求動力增大系數(shù)時，將荷載布設(shè)在第2車道，求解第3車道拾振器處的靜載理論撓度值f st 。根據(jù)實(shí)測動撓度幅值，計算動力增大系數(shù)：11/f st設(shè)計荷載：用鉸接板梁法計算跨中荷載橫向分布系數(shù)，利用試驗(yàn)斷面的彎矩影響線進(jìn)行縱向加載，求解設(shè)計荷載作用下最不利荷載位置，求得設(shè)計活荷載效應(yīng)（控制荷載模式）。試驗(yàn)荷載：在影響線上布設(shè)試驗(yàn)荷載，致使布載結(jié)果與設(shè)計荷載效應(yīng)之比接

4、近于所希望的加載效率，并求解試驗(yàn)荷載下的內(nèi)力。此內(nèi)力與設(shè)計活荷載效應(yīng)之比為加載效率。2、試驗(yàn)加載方法1）動載試驗(yàn)動載試驗(yàn)是采用一輛重量約為350kN的汽車，按如下4種工況進(jìn)行動載試驗(yàn)： 在橋面上，汽車分別以20km/h、30km/h和40km/h的行駛速度進(jìn)行跑車使橋梁產(chǎn)生受迫振動，量測橋梁的振動頻率和振幅。 在橋面上，汽車分別以20km/h和30km/h的行駛速度進(jìn)行跑車，在簡支梁橋跨中緊急剎車使橋梁產(chǎn)生受迫振動，量測橋梁的振動頻率和振幅。 試驗(yàn)跨的跨中位置，汽車從約15cm高的墊木上后輪自由下落對橋梁進(jìn)行的激勵振動，量測橋梁的固有振動頻率和阻尼。 在橋梁無車輛通行時，橋梁受環(huán)境自然激勵，量

5、測橋梁的固有振動頻率。動態(tài)測試的測點(diǎn)沿橋跨布置3個，即在L/4，L/2，3L/4位置布置測點(diǎn)（見圖2），橫斷面上第2車道跑車，第3車道安裝傳感器。大橋的振動信號通過加速度傳感器予以測量，并由計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和記錄，然后在通過動態(tài)信號分析軟件進(jìn)行分析，給出橋梁動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果。圖2 動載試驗(yàn)傳感器測點(diǎn)布置圖（尺寸單位：cm）2）靜載試驗(yàn) 試驗(yàn)荷載根據(jù)方法中的規(guī)定，靜載試驗(yàn)荷載一方面應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的安全性，另一方面又應(yīng)能充分暴露結(jié)構(gòu)承載能力問題，加載效率系數(shù)取為：， 在設(shè)計荷載城A級和人群荷載作用下，計算獲得跨中最大正彎矩，設(shè)計最大彎矩為732.5kN.m?？紤]現(xiàn)場組織標(biāo)準(zhǔn)車隊(duì)困難，采用彎矩等效原則，試

6、驗(yàn)選用4臺約330kN加載車輛，按圖3所示的試驗(yàn)載位進(jìn)行加載，則計算在該試驗(yàn)荷載作用下，空心板跨中控制截面的試驗(yàn)彎矩和試驗(yàn)荷載效率如表1所示。表1 試驗(yàn)彎矩和效率系數(shù)試驗(yàn)載位控制截面設(shè)計彎矩(kN.m)試驗(yàn)荷載車載布置試驗(yàn)彎矩(kN.m)試驗(yàn)荷載效率A跨中644.54臺330kN圖36170.957本次試驗(yàn)加載采用偏置加載。加載分為四級加載。注：di為加載分級距離，d1550，d2400，d3300，d4200圖3 A載位跨中位置車輛布置圖（單位：cm） 測點(diǎn)布置和觀測方法A. 應(yīng)力（應(yīng)變）觀測應(yīng)變測點(diǎn)布置在1#21梁跨中梁底，彎矩較大的10#梁、11號梁和12#梁在梁底沿縱向布置3個測點(diǎn)（一

7、個測點(diǎn)在跨中截面，另兩個測點(diǎn)對稱跨中測點(diǎn)布置，凈距10cm），其余各梁在梁底布置1個測點(diǎn)，11號梁兩側(cè)分別沿梁高布置3個測點(diǎn)，12號梁一側(cè)沿梁高布置3個測點(diǎn)，全橋共30個測點(diǎn)，采用粘貼弓形應(yīng)變計的方法觀測混凝土的應(yīng)變，用JMZX-2001綜合測試儀量測各片梁測試斷面的混凝土的應(yīng)變。應(yīng)變測點(diǎn)位置見圖4。圖4 應(yīng)變測點(diǎn)布置和測試斷面圖（單位：cm）B變形觀測對于簡支梁橋，依據(jù)試驗(yàn)方法要求，本次試驗(yàn)沿試驗(yàn)橋跨跨中截面每片小箱梁、彎矩最大的三片梁（10#、11#和12#梁）1/4跨、3/4跨和支點(diǎn)的位置布置撓度測點(diǎn)，共計33個測點(diǎn)，具體測點(diǎn)布置見圖5。采用精密水準(zhǔn)儀測量。（四）試驗(yàn)步驟1、動載試驗(yàn)1）

8、載位及測點(diǎn)布設(shè)選擇試驗(yàn)橋跨的第3車道為動載加載車道。在第2車道的L/4、L/2、3L/4處各安裝拾振儀一個。2）跑車試驗(yàn)選擇一輛載重30t的汽車為試驗(yàn)車輛，分別以20km/h，30km/h，40km/h的車速在試驗(yàn)車道上行使。測得引橋的振動頻率，最大動撓度。3）剎車試驗(yàn)選擇一輛載重30t的汽車為試驗(yàn)車輛，分別以20km/h，30km/h的車速在試驗(yàn)車道上行駛試驗(yàn)橋跨，并在引橋的跨中位置緊急制動。分別測得引橋的振動頻率，最大動撓度。4）跳車試驗(yàn) 選擇一輛載重30t的汽車為試驗(yàn)車輛，將15cm高跳板放在試驗(yàn)橋跨第3車道跨中，令試驗(yàn)車緩慢駛上跳板，待穩(wěn)定后，使前輪從跳板上自由滑下，同時測得引橋的振動

9、頻率及動撓度。5）在橋梁無車輛通行時，橋梁受環(huán)境自然激勵，量測橋梁的固有振動頻率。圖5 撓度觀測點(diǎn)的測點(diǎn)布置圖（尺寸單位：cm）2、靜載試驗(yàn)（1）將加載汽車過地磅稱重后，排列于被測試橋跨外20米以上。 （2）正式加載前，兩排四輛加載車輛并排緩慢地來回二次對全橋進(jìn)行預(yù)壓，然后非工作人員退場，待一切工作安排就緒，各試驗(yàn)量測儀表讀數(shù)調(diào)零，進(jìn)行第一次空載讀數(shù)，同時記錄試驗(yàn)的氣候溫度。 （3）正式實(shí)施試驗(yàn)加載，每個試驗(yàn)載位采用偏置進(jìn)行加載。試驗(yàn)加載分五級進(jìn)行。每個載位滿載后，記錄該時間的氣候溫度。每級汽車荷載駛?cè)胫付ǖ膮^(qū)域就位后，穩(wěn)定15分鐘記錄加載后開始試驗(yàn)觀測第一次讀數(shù)，間隔10分鐘再記錄加載的第二

10、次讀數(shù)，兩次讀數(shù)差均小于前次讀數(shù)增量的10時，認(rèn)為結(jié)構(gòu)變形已趨穩(wěn)定。此時所記錄的數(shù)據(jù)為試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)。（4）該橋試驗(yàn)的載位滿載完成后進(jìn)行一次卸載，穩(wěn)定20分鐘后觀測應(yīng)變數(shù)據(jù)，待應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，量測撓度。測量完成后，記錄該時間的氣候溫度。 隨著公路運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，公路建設(shè)進(jìn)入一個前所未有的大發(fā)展階段，我國依靠自己的力量，建成了不同結(jié)構(gòu)形式的大跨度懸索橋、斜拉橋、拱橋、連續(xù)剛構(gòu)橋等等，這些橋梁技術(shù)復(fù)雜，科技含量高，施工難度大，表明我國橋梁建設(shè)技術(shù)水平已經(jīng)邁入世界先進(jìn)行列。這些大量新建橋梁，尤其是新型結(jié)構(gòu)特大橋，檢驗(yàn)其施工質(zhì)量最有效、最直接的方法就是進(jìn)行荷載試驗(yàn)。同時隨著大量低等級公路市政橋梁被改

11、建或者擴(kuò)建，這些服役幾十年的橋梁能否繼續(xù)使用已經(jīng)成為管理決策部門關(guān)注的一件大事。據(jù)統(tǒng)計，上世紀(jì)70年代以前修建的大量低標(biāo)準(zhǔn)橋梁已達(dá)到或者接近設(shè)計基準(zhǔn)期，在各種不利因素的長期影響下橋梁結(jié)構(gòu)性能可能發(fā)生巨大的變化，有些橋梁已出現(xiàn)不同程度的損傷，甚至其承載能力已大大降低而逐漸演變成為危橋，對這類橋梁急需加以綜合評定，以便采取相應(yīng)的技術(shù)改造措施或拆除重建等處理方案，而對現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力評定最有效最直接的方法也就是橋梁荷載試驗(yàn)。 概念 橋梁荷載試驗(yàn)按荷載性質(zhì)分為靜載和動載試驗(yàn)兩個部分： 橋梁靜載試驗(yàn)是將靜止的荷載作用在橋梁的指定位置上，檢測橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫、沉降等靜態(tài)參量的試驗(yàn)

12、項(xiàng)目，然后根據(jù)相關(guān)規(guī)范和規(guī)程的指標(biāo)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力以及在荷載作用下的工作性能。橋梁動載試驗(yàn)則是利用某種激振方法激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，測定橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比、動力沖擊系數(shù)、動力響應(yīng)（加速度、動撓度）等動態(tài)參量的試驗(yàn)項(xiàng)目，從而宏觀的判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度與運(yùn)營性能 橋梁荷載試驗(yàn)又可根據(jù)測試對象的不同，分為現(xiàn)場橋梁試驗(yàn)和室內(nèi)橋梁模型（或部件）試驗(yàn)，前者多用于既有橋梁檢定，后者多用于重要的或新型橋梁的設(shè)計階段，必要時還可做模型或部件的破壞性試驗(yàn)。目的 1）檢驗(yàn)橋梁設(shè)計與施工質(zhì)量 對于一些新建的大、中型橋梁或者具有特殊設(shè)計的橋梁，在設(shè)計施工過程中必然會遇到許多新的問題，為保證橋梁建設(shè)質(zhì)量，

13、施工過程中往往要求作施工監(jiān)控。在竣工后一般還要求進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以檢驗(yàn)橋梁整體受力性能和承載能力是否達(dá)到設(shè)計文件和規(guī)范的要求，并把試驗(yàn)結(jié)果作為評定工程質(zhì)量優(yōu)劣的主要技術(shù)資料和依據(jù)。 2）判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力 舊橋由于構(gòu)件局部發(fā)生意外損傷，使用過程中產(chǎn)生明顯病害，設(shè)計荷載等級偏低、原有設(shè)計資料遺失以及需要通過特種車輛等原因，都有必要通過荷載試驗(yàn)判定構(gòu)件損傷程度及其承載力、受力性能的下降幅度，確定其運(yùn)營荷載等級。同時，荷載試驗(yàn)也是改建、加固設(shè)計的重要依據(jù)。 3）驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和設(shè)計方法 對于橋梁工程中的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝，應(yīng)通過荷載試驗(yàn)驗(yàn)證橋梁的計算圖式是否正確，材料性能是否與理論相

14、符，施工工藝是否達(dá)到預(yù)期目的。對相關(guān)理論問題的深入研究，往往也需要大量荷載試驗(yàn)的實(shí)測數(shù)據(jù)。 主要內(nèi)容第一階段 考察和準(zhǔn)備階段 第二階段 加載試驗(yàn)和觀測階段 第三階段 分析及總結(jié)階段 第一階段1、試驗(yàn)孔（墩）的選擇 對于多孔橋梁，一般同一跨徑選擇一孔（或墩）進(jìn)行加載試驗(yàn)。選擇時應(yīng)綜合考慮以下因素：（1）該孔（或墩）計算受力最不利；（2）該孔（或墩）施工質(zhì)量較差、缺陷較多或病害較為嚴(yán)重；（3）該孔（或墩）便于搭設(shè)腳手架，便于設(shè)置測點(diǎn)或便于實(shí)施加載。 選擇試驗(yàn)孔的工作與制定計劃前的調(diào)查工作結(jié)合進(jìn)行。2、加載方案的制定 在選擇了加載孔（或墩）后，需進(jìn)行具體加載方案的分析和計算，這是荷載試驗(yàn)前期準(zhǔn)備中最

15、重要，也是最核心的部分。方案的制定主要包含如下的幾個方面：（1）荷載試驗(yàn)工況的確定 a）簡支梁橋 跨中正彎矩工況 1/4L最大正彎矩工況 支點(diǎn)最大剪力工況 橋墩最大豎向反力工況b）連續(xù)梁橋 主跨跨中最大正彎矩工況 主跨支點(diǎn)負(fù)彎矩工況 主跨橋墩最大豎向反力工況 主跨支點(diǎn)最大剪力工況 邊跨最大正彎矩工況c）懸臂梁橋（T型剛構(gòu)橋） 支點(diǎn)（墩頂）最大負(fù)彎矩工況 錨固孔跨中最大正彎矩工況 支點(diǎn)（墩頂）最大剪力工況 掛孔跨中正彎矩工況d）無鉸拱橋 跨中最大正彎矩工況 拱腳最大負(fù)彎矩工況 拱腳最大推力工況 正負(fù)撓度絕對值之和最大工況e）剛架橋（包括斜腿剛架和剛構(gòu)- 拱式組合體系） 跨中截面最大彎矩工況 柱腿

16、截面最大應(yīng)力工況 支點(diǎn)附近截面最大應(yīng)力工況（2）試驗(yàn)荷載等級的確定 控制荷載的確定 為了保證試驗(yàn)的效果，必須先確定試驗(yàn)的控制荷載，控制橋梁設(shè)計的荷載有下列幾種： a. 汽車和人群（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計荷載） b. 掛車或履帶車（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計荷載） c. 需通行的特殊重型車輛 分別計算以上幾種荷載對結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生的內(nèi)力（或變形）的最不利值，進(jìn)行比較，取其最不利者對應(yīng)的荷載為控制荷載。 靜載試驗(yàn)效率的確定 為了達(dá)到理想的試驗(yàn)效果，一般要求加載試驗(yàn)所用荷載根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載的最不利效應(yīng)值進(jìn)行等效換算，使試驗(yàn)荷載在主要控制截面產(chǎn)生的計算效應(yīng)與其相近，其接近程度一般用靜載試驗(yàn)效率q來表示： 交通部公路舊橋承載能力鑒定方

17、法（試行）要求靜載試驗(yàn)效率q一般在0.801.05范圍內(nèi)，試驗(yàn)效率一般不宜小于0.95。 對于病害比較明顯的舊橋，為確保荷載試驗(yàn)過程中的安全，需按照相關(guān)規(guī)范對舊橋的承載能力進(jìn)行檢算，初步確定當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，保證試驗(yàn)荷載效應(yīng)不超過結(jié)構(gòu)承載力，進(jìn)而合理確定荷載試驗(yàn)的靜載試驗(yàn)效率系數(shù)。 靜載加載分級與控制 為了加載的安全和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變位隨荷載增加的變化關(guān)系，對橋梁荷載試驗(yàn)的各試驗(yàn)工況的加載應(yīng)分級進(jìn)行。一般可按最大控制截面內(nèi)力荷載工況均分為45級，對橋梁的調(diào)查和驗(yàn)算工作不充分或橋況較差，應(yīng)盡量增多加載分級，必要可在加載車輛未到達(dá)預(yù)定加載位置前分次對控制測點(diǎn)進(jìn)行讀數(shù)監(jiān)控，以確保試驗(yàn)的安全。 3

18、、搭設(shè)腳手架和測試支架 腳手架和測試支架應(yīng)該分開搭設(shè)互不影響，腳手架和測試支架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。腳手架應(yīng)保證工作人員的安全、方便操作。測試支架要滿足儀表安裝的需要，且保證在試驗(yàn)時不受干擾。橋下凈空較高，不易搭設(shè)腳手架時可采用輕便活動吊架。如有需要還須設(shè)置遮擋陽光的設(shè)備，雨季還須采取措施防雨防水。 4、靜載試驗(yàn)加載位置的放樣和卸載位置的安排 靜載試驗(yàn)前應(yīng)在橋面上對加載位置進(jìn)行放樣，以便于加載試驗(yàn)的順利進(jìn)行。如加載工況較多，可預(yù)先放樣，且標(biāo)識工況名稱以區(qū)分不同加載工況時的荷載位置。 靜載試驗(yàn)荷載卸載的安放位置應(yīng)預(yù)先安排。卸載位置的選擇既要考慮加卸載方便，離加載位置近些，又要使安放的荷載

19、不影響試驗(yàn)孔（或墩）的受力，一般可將荷載安放在橋臺后一段距離處。對于多孔橋，如有必要可將荷載停放在橋孔上，一般應(yīng)停放在距試驗(yàn)孔較遠(yuǎn)處以不影響試驗(yàn)觀測為度。 5、試驗(yàn)人員組織和分工 橋梁的荷載試驗(yàn)是一項(xiàng)技術(shù)性較強(qiáng)的工作，應(yīng)組織專門的橋梁試驗(yàn)隊(duì)伍來承擔(dān)，根據(jù)各試驗(yàn)人員的特長進(jìn)行分工，每人分管的儀表數(shù)目除考慮便于進(jìn)行觀測外，應(yīng)盡量使每人對分管儀表進(jìn)行一次觀測所需時間大致相同。在試驗(yàn)前，應(yīng)對各儀器進(jìn)行演練和調(diào)試，試驗(yàn)中，設(shè)試驗(yàn)總指揮1人，其它人員的配備可根據(jù)具體情況而定 6、其它準(zhǔn)備工作 加載試驗(yàn)的安全設(shè)施、供電照明設(shè)施、通訊聯(lián)絡(luò)設(shè)施、橋面交通管制等工作應(yīng)根據(jù)荷載試驗(yàn)的需要進(jìn)行準(zhǔn)備。 第二階段 在完成

20、準(zhǔn)備工作后，即可進(jìn)行試驗(yàn)加載和觀測。加載試驗(yàn)應(yīng)在現(xiàn)場指揮的統(tǒng)一指揮下有秩序進(jìn)行，現(xiàn)場總指揮應(yīng)檢查不同分工的測試人員是否各司其職，交通管理、加載（或司機(jī)）和聯(lián)絡(luò)人員是否到位，加載設(shè)備、通訊設(shè)備和電源（包括備用電源）是否準(zhǔn)備妥當(dāng)，加載位置測點(diǎn)放樣和測試儀器安裝是否正確。然后利用過往車輛對各測點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先演練，觀察其規(guī)律性，使整個測試系進(jìn)入正常工作狀態(tài)。然后記錄氣候天氣情況和試驗(yàn)開始時間，進(jìn)行正式試驗(yàn)。 第三階段通過靜載試驗(yàn)得到的原始數(shù)據(jù)、文字和圖像描述材料是荷載試驗(yàn)最重要的資料。雖然它們是可靠的，但這些原始資料數(shù)量龐大，不直觀，不能直接用于評定承載能力，故進(jìn)行承載能力評定前必須對它們進(jìn)行分析處理，得出直接進(jìn)行承載能力評定的指標(biāo)，以滿足承載力評定的需要。動載試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的動力荷載試驗(yàn)是研究橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和車輛動力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動特性。這些測試結(jié)果是判斷橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營狀況和承載特性的重要指標(biāo)。主要試驗(yàn)項(xiàng)目包括： （1）橋梁結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)的測定，包括動位移、動應(yīng)力和沖擊系數(shù)等； （2）測定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性，包括自振頻率、振型和阻尼特性等； （3）測定動荷載本身的動力特性，包括動力荷載的大小、頻率及作用規(guī)律等；（4）疲勞性能試驗(yàn)：主要測試結(jié)構(gòu)和