XXXX斜拉桥荷载试验方案.docx

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XXXX斜拉桥荷载试验方案

××斜拉桥

成桥荷载试验方案

××××××××××××××

2012年6月18日

第1章概况

1.1桥梁概况

******大桥位于*****，跨越******。

该桥位于滕州市两河治理关键景观节点位置，是当地标志性景观建筑。

大桥分为主桥和引桥两部分。

主桥桥梁结构为40m+36m+34m+175m跨径布置的独塔单索面斜拉桥，墩塔梁固结。

两侧引桥为2*30m预应力混凝土连续箱梁。

主桥总体布置如图1.1.1。

图1.1.1主桥总体布置图（单位：

cm）

主桥主梁采用钢与混凝土组合结构，主跨164.5米范围内采用钢箱梁结构（包含3.2m的钢混结合段），小部分主跨（距离主墩10.5m）及边跨采用预应力混凝土箱梁结构，钢箱梁段长164.5m，预应力混凝土箱梁段长120.5m。

梁高均为2.8m，边跨内设置压重混凝土。

桥塔为钢管混凝土结构，桥面以上90米。

塔墩高7.5m，桥塔和斜拉索布置在中央分隔带内，横向每个位置布置两根。

桥梁横截面布置为3.0m人行道+3.5m非机动车道+8.5m机动车道+4m中央分隔带（布置桥塔和斜拉索）+8.5m机动车道+3.5m非机动车道+3.0m人行道，全宽34m。

钢箱梁采用了大悬臂扁平钢箱梁结构。

钢箱梁悬臂翼缘处至钢箱梁底高度为2.8m，桥梁中心线处梁高3.055m，钢箱梁顶板设置1.5%的双向横坡，底板不设置坡度。

钢箱梁全宽34m，梁顶宽34m，梁底宽23.6m，两侧悬臂各3.0m。

梁体断面为单箱五室截面，通长设置两道边腹板、两道中腹板及两道锚腹板。

预应力箱梁为单箱五室断面，梁底宽23.6m，箱顶宽34m。

锚固箱室顶板和腹板厚度均进行了加厚。

斜拉索采用扇形布置，主塔两侧各布置13对斜拉索。

斜拉索塔上锚固与中塔内部的斜拉索锚槽，梁上锚固区位于中央分隔带。

塔上间距为2m和3m两种。

在横桥方向上斜拉索锚点距塔横向中心线0.5m。

主梁上主跨侧的水平方向间距为12m，斜拉索通过钢锚箱与梁体连接。

主梁边跨侧索距为由桥塔起为5*9m+7*4.5m，边跨斜拉索通过锚块与预应力混凝土梁连接。

1.2试验目的

（1）检验设计、施工质量，确定工程的可靠性，为交工验收提供技术依据；

（2）直接了解桥跨结构在静载试验下的实际工作状态，判断实际承载能力，评价其在设计使用荷载下的工作性能；

（3）通过动载试验了解桥跨结构的固有振动特性以及在长期使用荷载阶段的动载性能，为论证其抗风、抗震性能提供依据，确定其使用条件和注意事项；

（4）通过检测、试验获取桥梁结构静动载试验参数，为桥梁养护管理档案的建立提供初始数据。

1.3试验依据

（1）中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

（2）中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

（3）中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）

（4）中华人民共和国行业标准《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《公路工程竣（交）工验收办法》（2004年）

（6）中华人民共和国行业标准《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）

（7）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）

（8）《滕州市政工程桥梁施工图设计》（中国市政工程华北设计总院）

1.4项目实施内容

本次主桥交工验收荷载试验包括以下主要项目内容：

（1）结构初始状态的检查；

（2）结构静力荷载试验；

（3）结构动力荷载试验。

第2章结构初始状态检查

2.1检查目的

通过试验前对桥梁结构的外观检查和对有关资料的搜集分析，以求达到如下的两个目的：

1）全面了解结构的初始状态，为编制切实可行的试验方案、合理评价试验测试结果和正确解释试验现象奠定基础。

2）为桥梁结构的交工验收工作提供部分实桥技术资料。

2.2检查主要内容

2.2.1桥梁有关资料的搜集

试验前，试验人员应视试验实施的具体需要向业主、设计、施工和监理等有关方面搜集以下相关技术资料。

（1）设计资料，包括设计图纸、变更设计和作为设计依据的原始资料等。

（2）施工和监理资料，包括施工和监理日记、材料性能试验报告、施工观测记录、隐蔽工程验收记录、各分项或分部工程验收报告、工程质量事故及其处理情况等。

2.2.2主桥跨结构外观质量检查

混凝土外观质量检查的主要内容为：

（1）结构各部件几何尺寸和线形等的测定

（2）结构各部件安装情况的调查

（3）结构各部件内在施工质量的调查

（4）结构各部件表面缺损状况和构件变形情况的检查

主桥跨结构外观质量检查的要点为：

（1）钢箱梁表面有无凹陷、划痕、焊疤等缺陷，构件是否扭曲变形、局部损伤；

（2）焊缝是否平滑，有无裂纹、未溶合、夹渣、等外观缺陷，预制件的焊接符合要求；

（3）油漆层有无裂纹、起皮、脱落，构件有无锈蚀；

（4）斜拉索表面是否平整密实，有无划痕，颜色一致。

2.2.3桥面标高测量

对大桥已有测量控制点进行复测，布设二级控制点、测量支点等，然后测量大桥结构的几何状态。

主要测量主梁的标高及线形。

具体布置见图2.2.1所示。

图2.2.1主桥线形测点布置示意图

2.2.4恒载作用下斜拉索索力的测定　

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一。

恒载作用下斜拉索的索力状态基本反映了整座斜拉桥恒载作用下的内力状态。

对于主梁和索塔来说恒载索力可以看作是一种长期作用的外力，如果斜拉桥的实际索力与设计索力不相符合时会引起梁和塔的附加内力，直接影响上部结构的变形状态。

因此，桥梁竣工以后的斜拉索的实际恒载索力，是桥梁设计者最关心的问题之一，其也就成为竣工试验的一个重要组成部分。

（1）索力测定方法

用环境随机振动法测定斜拉索的索力。

实际采用专用夹具将加速度计固定在斜拉索上，以测定拉索的横向振动.测量时不必对被测索进行人为激励，加速度计将索的随机振动信号转变成电信号经放大器放大后送到FFT信号分析仪中进行谱分析，得到拉索的横向振动频率，再经分析得到索力。

（2）测试仪器

索力测试采用长沙金码索力动测仪JMM-268，配带有两个压电式加速度传感器。

第3章静力荷载试验方案

静载试验主要是通过测量桥梁结构在静力荷载作用下各控制截面的应力及结构变形，从而确定桥梁结构实际工作状态，这是检验桥梁的结构性能及工作状态最直接、最有效的方法。

3.1测试截面的确定

利用桥梁博士进行分析建模，用MidasCivil进行复核，依据桥跨结构所得的活载内力包络图和位移包络图，确定结构的最大弯矩截面和最大挠度截面。

根据分析选定桥梁测试截面为Ⅰ-Ⅰ（边跨第1孔0.45L处）截面、Ⅱ-Ⅱ（主墩墩顶处，距墩中心线9m）截面、Ⅲ-Ⅲ（主跨3L/4）截面、Ⅳ-Ⅳ（桥塔根部，距桥面0.4m）截面。

主梁测试截面如图3.1.1所示。

图3.1.1主梁控制断面测点布置图

3.2测点布置

3.2.1应变测点

箱梁应变测点布置：

选择在箱梁内布置应变测点，连续梁沿纵桥向布置于Ⅰ～Ⅳ断面布置正应变（应力）测点，分别布置于箱梁顶板下缘、腹板内测以及底板上缘，如图3.2.1所示。

桥塔应变测点布置在桥塔根部，如图3.2.2所示。

图3.2.1钢箱梁和混凝土箱梁应变测点布置图

图3.2.2桥塔应变测量断面和测点布置图

3.2.2主梁、主塔变位测点

主塔变位测点设在中塔顶部，主梁挠度测点具体布置见图3.2.3所示。

每个断面在上下游布置2个挠度测点，分别位于桥面两侧，如图3.2.4所示。

图3.2.3主梁、主塔变位测点纵向布置示意

图3.2.4横桥向变位测点布置示意

3.2.3索力测试

在开始正式加载前和全部试验完毕后测量全桥索力一次。

在中间工况加载时，测量加载部位附近3～5对索的索力。

3.3试验荷载

（1）试验荷载效率

实桥静载试验的目的是检验桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）中的规定，静力试验荷载的效率

取值范围为0.95≤

≤1.05。

这里：

式中：

——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、应力或变位的最大计算效应值；

——检算荷载产生的同一加载控制截面内力、应力或者变位的最不利效应计算值；

——按规范取用的冲击系数值。

（2）试验加载车辆

为了保证试验的有效性，应根据各测试截面的内力与挠度影响线，按最不利位置加载，保证各测试截面试验荷载效率系数在0.95～1.05之间，经计算确定，本次静载试验需要300kN（车重+荷重）载重车14辆。

试验前对每辆车都严格过磅，记录每辆车的实际总重、轴重和轴间距。

试验加载重车车型如图3.3.1所示。

图3.3.1试验用重车加载车型（单位：

cm）

3.4试验工况及加载位置确定

3.4.1试验工况

按各测试截面相应最不利效应布载，共分为5种试验荷载工况，分别为：

表3.4.1荷载试验工况

工况

项目

测试项目

1

Ⅰ-Ⅰ截面正弯矩最不利位置（对称）

挠度、Ⅰ-Ⅰ截面应变、索力

2

Ⅱ-Ⅱ截面负弯矩最不利位置（对称）

Ⅱ-Ⅱ截面应变、索力

3

Ⅲ-Ⅲ截面正弯矩最不利位置（对称）

挠度、Ⅲ-Ⅲ截面应变、索力

4

Ⅲ-Ⅲ截面正弯矩最不利位置（偏载）

挠度、Ⅲ-Ⅲ截面应变、索力

5

Ⅳ-Ⅳ截面塔根部最大弯矩（对称）

挠度、Ⅳ-Ⅳ截面应变、

塔顶变位、索力

H7#索索力增量最大（对称）

主跨最大挠度距6#墩60m（对称）

塔顶最大偏位（对称）

3.4.2试验荷载布置

采用对称和偏载两种方式进行加载，各个加载工况具体车辆的布置如图3.4.1~3.4.7所示。

图3.4.1横桥向对称布置示意图（单位：

cm）

图3.4.2横桥向偏载布置示意图（单位：

cm）

图3.4.3工况1加载车位示意图

图3.4.4工况2加载车位示意图

图3.4.5工况3加载车位示意图

图3.4.6工况4加载车位示意图

图3.4.7工况5加载车位示意图

3.5加载效率

上述各工况作用下试验荷载在测试截面处产生的荷载效应与标准活载效应的最大值对比如表3.5.1所示。

表3.5.1静力荷载加载效率

工况

项目

试验荷载效应M1

设计荷载效应M2

加载效率η

①

②

①/②

1

Ⅰ-Ⅰ截面正弯矩（对称）（kN·m）

12681

12124

1.04

2

Ⅱ-Ⅱ截面负弯矩（对称）（kN·m）

-33844

-33282

1.02

3

Ⅲ-Ⅲ截面正弯矩（对称）（kN·m）

34954

35201

0.99

4

Ⅲ-Ⅲ截面正弯矩（偏载）（kN·m）

40197

40481

0.99

5

Ⅳ-Ⅳ截面西侧塔根部弯矩（对称）（kN·m）

8892

9350

0.95

H7#索索力增量最大（kN）

546

518

1.05

主跨挠度（对称）（mm）

79.2

82.3

0.96

塔顶偏位（对称）（mm）

17.4

18.6

0.97

3.6加载分级

本次试验的对称加载分为三级加载，偏载一次加满，一次卸零。

每工况加（卸）载分级和顺序见表3.6.1。

表3.6.1加载分级

工况

加载分级

1

2

3

1

A2A3

A1A4

A2A3

全部

2

A1A2A3A4

B1B2B3B4A1A2A3A4

全部

3

A1A2A3

A1A2A3

A4B2B3

全部

4

全部

—

—

5

A1A2A3A4

B1B2B3B4A1A2A3A4

全部

3.7测试方法

3.7.1应变测试方法

分别监控预先埋设的钢弦式应变计作为传感元件，用数据采集仪进行测试。

3.7.2位移测试方法

（1）主梁挠度的测量：

采用精密水准仪测量，各测点必须固定在相应的位置处，后视点分别置于墩顶和塔柱处的桥面上并在岸边布置基准点；

（2）塔顶偏位测量：

采用精密全站仪测量；

（3）结构温度：

结构表面温度可以采用长沙金码212型智能振弦计测读.

3.7.3索力测试方法

用索力测试仪基于弦振法原理测量索力。

3.8加载程序及试验规定

3.8.1加载程序

（1）在进行正式加载试验前，宜用四辆载重加载车在各跨跨中进行横桥向对称预加载试验，预加载试验每一加载位置持荷时间以不小于45分钟为宜。

预加载的目的在于，一方面是使结构进入正常工作状态，另一方面可以检查测试系统和试验组织是否工作正常。

在确认测试系统和试验组织工作正常后，预加载试验宜反复进行2～3次。

（2）预加载卸到零荷载并在结构得到充分的零荷恢复后，才可进入正式加载试验，正式加载试验按附表一所列的加载工况序号逐一进行，完成一个序号的加载工况后，应使结构得到充分的零荷恢复，方可进入下一个序号的加载工况。

结构零荷充分恢复的标志是加载试验实测的结构最大变位测点在卸零荷载后变位恢复最后一个10分钟增量小于第1个10分钟增量的15%。

3.8.2试验规则

（1）静力试验应选择在气温变化不大于2℃和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行。

试验过程中在量测试验荷载作用下结构响应的同时应相应地测量结构表面温度。

（2）静力试验荷载持续时间，原则上取决于结构变位达到相对稳定所需要的时间，只有结构变位达到相对稳定后，才能进入下一荷载阶段。

同一级荷载内，若结构变位最大的测点在最后5分钟内的变位增量小于第一个5分钟变位增量的15%，或小于所用量测仪器的最小分辨值，即认为结构变位达到相对稳定。

（3）全部测点在正式加载试验前均应进行零级荷载读数，以后每次加载或卸载后应即读数一次，并在结构变位达到相对稳定后，进入下一级荷载之前再读数一次。

只有对结构变位较大的测点，宜每隔5分钟观测一次，以观测结构变位是否达到相对稳定。

由于裂缝观测花费时间较长，可不变化约束，加载或卸载后应立即进行裂缝的观测。

（4）若在加载试验过程中发生下列情况之一应立即终止加载试验：

①控制测点应力超过计算值且达到或者超过按规范规定的允许控制应力时；

②控制测点变位超过规范规定算允许值时；

③由于加载试验使结构出现非正常的受力损伤和局部发生损坏，影响桥梁承载能力和今后正常使用时。

第4章动力荷载试验实施方案

4.1动力荷载试验原则

4.1.1试验目的

动力荷载试验的主要目的是测试桥跨结构的动力特性指标（自振特性指标和动荷载作用下的振动特性指标），以检验这些指标能否满足设计或规范规定，并对桥跨结构健康建立初始动力特性基准参数。

4.1.2测试项目与测试方法

主桥动力荷载试验拟进行脉动试验、无障碍行车试验两项内容。

（1）脉动试验

脉动试验是指在桥面无任何交通荷载以及附近无规则振动源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激励而引起的桥跨结构的微小振动响应（脉动响应）。

测试方法为：

采用在选定测点上安装加速度传感器，配置DH5920/22动态分析仪一台，DHDAS模态分析软件，电荷调理器等进行信号的采集和分析。

（2）无障碍行车试验

选取主跨跨中截面的动应力和竖向动挠度作为测试项目，在桥面无任何障碍的情况下，用一辆载重汽车（总重约300kN）沿桥面轴线，分别以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h和60km/h的速度驶过桥跨结构，测定桥跨结构在行车车辆荷载作用下的动力反应。

测试方法为：

主梁的动应力，采用在钢箱梁下表面粘贴由阻值为120Ω、标距为100mm或标距为120mm的弓型应变计，由DH5920/22动态分析仪及动态数据采集分析系统采集和记录。

主梁的竖向动挠度，采用BJQN-4型桥梁光电挠度仪测记。

4.2动力试验测试内容

4.2.1脉动试验

主要测定主梁的固有振动频率、振型和阻尼比。

4.2.2无障碍行车试验

主要测定主梁控制截面应力和竖向挠度的动态增大效应。

4.3动力试验的测点布置

4.3.1脉动试验

主梁脉动试验测试断面及测点布置如图4.3.1~4.3.2所示。

图4.3.1主梁振动特性测试纵桥向传感器布置示意图（单位：

cm）

图4.3.2振动特性测试横桥向传感器布置示意图

4.3.2.无障碍行车试验

主梁动应力测点布设在主跨的3L/4处，即图3.1.1中的Ⅲ-Ⅲ截面；动挠度测点布置在距6#墩60m处，如图3.2.3所示。

第5章试验分工协作、实施细则与计划安排

5.1分工协作

5.1.1试验现场准备工作

该部分工作内容主要包括工作脚手架平台（或吊架）搭设、现场用电照明及部分试验辅助材料的准备等，主要由施工单位和业主负责落实，具体有：

（1）提供各测试工作点用电（220V单相交流电源）和试验现场照明。

（2）施工单位抽调技术人员2名，与试验测试方共同完成试验前结构初始状态的检查工作。

（3）在试验测试单位现场工作期间，施工单位应提供技术辅助工4名、电工1名，并负责维护试验现场秩序以及试验测试现场的安全保卫工作。

5.1.2试验测试准备工作

试验测试准备工作主要由试验方负责实施，业主和施工单位配合。

（1）测试仪器与测试用材料的准备以及测试仪器的安装、调试工作，由试验测试方负责落实。

（2）试验期间，静动载试验的测试工作由试验测试方负责，施工单位和业主配合；试验加载车辆的调动、现场加载实施以及试验期间的后勤保障由测试方、施工单位和业主负责。

5.1.3试验加载测试车辆的准备工作

（1）加载车数量、车型及基本要求

加载车考虑采用单辆总重（满载）约300kN的三轴载重车辆，主桥最多需加载车辆14辆，加载测试车辆按如下要求负责落实：

①车型统一（轴距、标准轴重等）、车况良好。

②车辆确定后，即将车辆的轴距、标准轴重（总重300kN）参数提供试验方，以便于试验方根据实际情况决定是否调整试验加载方案。

③试验加载车辆应在试验加载的当日下午装载并一一称出总重和中后轴（之和）轴重提交试验方，车辆总重误差在±1吨。

装载称重完毕后，按要求停放在预定位置。

④加载车应一一编号并将编号粘贴至前风挡玻璃。

（2）加载车计划安排

整个试验加载测试计划预计在4日内完成，具体开始日期视现场准备和天气情况经试验领导小组确定。

5.2试验进度计划及人员安排

5.2.1试验进度计划安排

1）施工单位的有关试验现场准备工作须在试验开始之前完成，其中箱梁内外照明及供电设施须提前1天完成。

2）试验方的试验测试准备工作提前完成。

试验仪器设备清单详见附表。

5.2.2人员安排

建议由业主、施工单位和试验测试方有关人员组成试验领导小组，在试验前负责协调各项试验准备工作，试验时负责指导和指挥等工作，并对试验过程中临时需要变更的事项做出决策。

现场试验测试工作由试验工作小组具体实施，直接接受试验领导小组指挥。

试验主要参加人员为：

姓名

学历/职称

本试验分工

研究员

技术负责

研究员

项目负责

高级工程师

测试

硕士、工程师

计算、测试

硕士、工程师

计算、测试

工程师

测试

助工

测试

附表：

静动载试验所需主要仪器

序号

名称

规格

数量

备注

1

金码综合测试仪

JMZX-2006

2套

2

振弦传感器

JMZX-212BT

若干

部分前期已布置

3

振弦传感器

若干

4

智能信号采集处理分析仪

DH3815

1套

5

精密水准仪

B20Ⅱ

2套

6

拾震器

891-4

若干

7

激光挠度仪

BJD-3

1套

8

计算机

IBM

2台

9

对讲机

若干

10

全站仪

GTS-701

1台

11

1m水平尺、裂缝观测仪、万用表其它常规检查用工具等