连续梁桥荷载试验技术建议书.docx
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连续梁桥荷载试验技术建议书
五、技术建议书
1、项目组织机构及人员组成
1.1项目组织机构
收到本项目中标通知书后，我方根据项目需要及投标文件承诺选配具备相应资质、现场经验丰富的精干人员，组建项目经理部。
项目经理部设项目负责人1人，项目技术负责人1人，设后勤安全组、现场检测组、内业组等3个组，分别负责项目的后勤安全工作、现场试验检测工作、内业资料处理工作。
项目组织机构框架见图1.1-1。
图1.1-1项目组织机构框架图
1.2主要岗位职责范围
1.2.1项目负责人职责
项目负责人是公司在该项目中的代理人，代表公司在该项目中履行合同中的有关技术、进度、现场管理、质量等方面的工作；
严格执行国家、地方相关法律、法规与工程建设标准强制性条文、规范、规程及公司的规章制度和指令；
做好项目实施的组织管理工作，安排下属各部门的工作任务及分工，并检查其工作进度和任务完成情况；
保证下属各部门间、项目部与公司间各文件、资料、数据等信息准确及时地传递和反馈；
确保安全生产，保障职工人身、财产安全。
1.2.2技术负责人岗位职责
负责领导全项目部的检测技术管理工作，并领导有关的技术业务工作。
组织贯彻执行国家有关政策和技术标准、规范、规程、决定及各项管理制度，研究解决检测过程中的技术问题，并经常深入检测项目现场，对重大的关键部位进行指导，发现问题及时处理。
主持编制检测方案，审核检测报告。
组织项目部的规范、技术文件学习，工程项目的检测前准备工作。
负责协调解决检测配合协作中的技术问题。
组织对检测质量、安全和进度的定期检查，掌握质量、安全动态，负责处理一般质量、安全和设备事故。
主持和领导检测过程中的技术监督工作，督促检测组组长及检测员遵守规范，规程，及时发现处理检测中的技术问题。
1.2.3现场检测组岗位职责
严格按规定对现场采集数据进行处理，对数据的准确性和其它由本人负责的检测工作的质量负责；
严格按照行业规范、操作规程、安全生产制度工作；
反映仪器设备的检定、维修意见，有权拒绝使用不合格或超过检定周期的仪器设备；
及时填写检测原始记录及检测报告等；
有权越级向上反映违反检测规程或对检测数据弄虚作假的现象和行为；
服从分配，努力工作。
1.2.4内业组岗位职责
资料整理、计算分析以检测人员的原始记录为依据，不随意更改检测数据；
及时处理检测组提供的检测数据；
严格按照国家颁布的新标准、规范对数据进行分析、处理；
定期学习国家颁布的新的行业标准及与自身工作相关的知识；
服从领导的安排，积极进取。
1.2.5后勤安全组岗位职责
严格贯彻执行劳动保护、安全生产的方针政策、法令法规、规范标准，做好安全生产的宣传和监督工作；
安全员有权参加检测方案和安全技术措施计划的审查工作，并对措施的实施进行监督；
安全员应做好日常安全巡视检查工作，掌握安全生产的动态；
遵守职业道德，树立良好的工作品质和工作作风；
负责仪器设备的管理，保证仪器设备供应及时；
认真做好后勤服务工作；
严格执行购置程序，严防盲购；
保障人员的日常生活。
2、桥梁荷载试验方案与试验计划
2.1工程概况
2.1.1自然条件
1.地理位置
武汉城市圈环线高速公路咸宁西段起点位于咸宁市嘉鱼县新街镇港东村，接拟建的嘉鱼长江公路大桥南岸跨堤引桥。
终点位于咸宁市咸安区官埠桥镇与京港澳高速十字交叉，修建咸宁西枢纽互通，并与咸宁至通山高速公路项目对接。
2.地形、地貌
项目区总体地形属平原微丘地貌，东、南部以微丘地貌为主，属幕阜山北麓余脉尽头，其间有“嘉南第一峰”大岩山，海拔高程243米，西、北部以平原地貌为主，海拔高程15~30米之间，在平原与丘陵交接处以及平原低洼地带，形成湖泊水网地貌。
3.气象
项目区地处华中地区亚热带季风气候区，主要具有大陆气候特点：
热量丰富，光照适宜，雨水充沛，光温水配合协调；一年四季分明，春季冷暖多变、阴雨连绵，夏季酷热多雨，秋季气候干燥、凉爽，冬季寒冷干燥。
区域年平均气温16.9摄氏度，年均日照1863小时。
气温的季节性变化很明显，一月份气温最低，极端最低气温-12摄氏度，七月份气温最高，极端最高气温39.7摄氏度，月平均最低气温1.2摄氏度，月平均最高气温33.3摄氏度。
根据嘉鱼、咸安气象站资料分析，项目区多年平均降雨量1400.3毫米，年内降水分配很不均匀，多集中在每年的5~8月间，历年最大降雨量1812.8毫米，历年最大日降雨量212.5毫米。
无霜期从3月至11月约250天。
桥位处雾罩多发生在冬季，年平均有雾日为16天。
2.1.2技术标准
本项目采用设计速度100km/h，路基宽度33.5m、26m。
主要技术指标见下表。
主要技术指标表
序号
项目
单位
指标
1
公路等级
高速公路
2
计算行车速度
100km/h
3
停车视距
m
160
4
平面线形
一般最小平曲线半径
m
4277.6
不设超高平曲线最小半径
m
4277.6
5
纵断面线形
最大纵坡
%
2.134
最小纵长
m
600
竖曲线一般最小半径
凸形
m
40000
凹形
m
12000
6
路基宽度
m
33.5、26
7
设计水位频率
特大桥：
1/300大、中桥、涵洞、路基：
1/100
8
桥涵汽车荷载
公路—Ⅰ级
2.1.3标段划分
本次招标范围为本项目桥梁荷载试验，本次招标共划分为1个合同段（合同段划分详下表）。
每座桥任选左幅或右幅一联进行荷载试验。
合同段划分表
序号
桥名
桩号
桥梁全长
荷载试验桥跨
1
幸福河大桥
K203+116
157
5*30m先简支后结构连续小箱梁
2
西凉湖特大桥
K213+875
4897
163*30m先简支后结构连续小箱梁
3
下澥4#大桥
K221+141
937
31*30m先简支后结构连续小箱梁
4
新街互通C匝道桥
CK0+297.575
213
9*30m预应力砼连续箱梁
5
新街互通主线桥
K200+991
1383
45*30m先简支后结构连续小箱梁
6
斧头湖特大桥
K221+156
3787
先简支后结构连续小箱梁
7
跨329省道分离式立交桥
K217+991.385
499.25
4*30m+3*30m+（40+40+55+40）+（35+37.25+35）预应力砼连续箱梁
8
向阳湖互通E匝道桥
EK0+230.41
86
4*20m现浇连续箱梁
2.1.4荷载试验技术要求
2.1.4.1荷载（动静载）试验的目的
1.检验桥梁结构的承载能力及其工作状态是否满足设计要求及有关规范要求，保证
桥梁运营的可靠性。
2.通过桥梁荷载试验，对桥梁的静动力刚度做出评价，为桥梁的交竣工验收和质量
评定、运营管养等提供技术依据；
3.通过测试在荷载直接作用下桥梁各结构部位以及整体的响应参数，从而反应和揭
示其桥跨结构的实际受力和工作状态，以检验其是否符合国家相关标准和设计要求；
4.通过动载试验了解桥梁结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力
性能，确定其运营使用条件和注意事项；
5.通过桥梁荷载试验，检验施工质量，为即将投入使用的桥梁的运行和养护提供依
据。
2.1.4.2荷载试验的主要依据
1.设计图纸
2.交通运输部公路科学研究所《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（1982）
3.交通运输部《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
4.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2012）
5.交通运输部《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）
6.交通运输部《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTGTJ21-2011）
7.《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）
8.交通运输部《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）
9.交通运输部《工程测量规范》（GB50026-2007）
10.国家现行的其它桥涵工程试验标准、规范、规程
11.业主审批的承包人提交的成桥检测试验计划与试验方案
2.1.4.3荷载试验服务内容
检测内容如下：
1.测定成桥恒载状态下主梁的线形；
2.桥梁结构静载试验：
通过不同试验工况，对桥梁结构进行全面检验。
主要包括：
主梁的位移、主梁控制截面的应力等变化，以及裂缝监测。
主要控制断面至少包括：
主梁跨中、梁端、主梁根部最大负弯矩区等断面。
验证设计理论、检验施工质量是否满足相关规范及质量标准。
3.桥梁结构动载试验（包括脉动试验和强迫振动试验）：
测定桥梁结构动力特性，包
括自振频率、阻尼比和振型等结构模态参数；测定各试验桥跨结构在正常运行车辆荷载作用下的动力响应、考查桥梁的冲击系数，振幅等是否满足规范要求，确定桥梁的运营条件；在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动载反应、在运行车辆紧急制动时的动载反应等。
4.偏载作用下，检查支座是否脱空。
2.2试验内容
检测内容如下：
1.测定成桥恒载状态下主梁的线形；
2.桥梁结构静载试验：
通过不同试验工况，对桥梁结构进行全面检验。
主要包括：
主梁的位移、主梁控制截面的应力等变化，以及裂缝监测。
主要控制断面至少包括：
主梁跨中、梁端、主梁根部最大负弯矩区等断面。
验证设计理论、检验施工质量是否满足相关规范及质量标准。
（1）通过在静载试验的汽车加载，了解桥跨结构在试验荷载下的实际工作状态，主要包括试验桥跨结构测试断面的应力效应、变形、位移、裂缝情况。
（2）通过静载试验的测量数据，考核结构的强度、刚度和整体受力性能。
评定其实际使用功能，考核结构安全度，对桥梁结构实际承载能力做出评价。
（3）测试参数：
①主要受力构件控制截面在试验荷载下的应变（应力）；②主要受力构件控制截面在试验荷载下的挠度；③试验荷载作用下主要受力构件裂缝等缺陷发展情况；
3.桥梁结构动载试验（包括脉动试验和强迫振动试验）：
测定桥梁结构动力特性，包括自振频率、阻尼比和振型等结构模态参数；测定各试验桥跨结构在正常运行车辆荷载作用下的动力响应、考查桥梁的冲击系数，振幅等是否满足规范要求，确定桥梁的运营条件；在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动载反应、在运行车辆紧急制动时的动载反应等。
（1）通过汽车动载，了解桥跨结构在试验荷载下的实际工作状态，主要包括试验桥跨结构测试断面的加速度响应、动应力响应、动位移响应情况。
（2）通过动载试验的测量数据，评定其实际使用功能，对桥梁动力性能做出评价。
（3）测试参数：
①不同车速行驶下主要受力构件动应力及动挠度；②不同车速行驶下跳车或制动力引起的主要受力构件动应力及动挠度；③结构自振频率和振型。
4.偏载作用下，检查支座是否脱空。
2.3方法手段
2.3.1检测程序
检测工作程序框图如下图所示。
检测工作程序框图
2.3.2试验方法
2.3.2.1桥面线形测量
采用全站仪，分别在主桥的16分点处，路缘侧布置观测点，利用已有的控制测点坐标，进而测量出成恒载作用下，桥跨结构线形。
2.3.2.2静载试验
（1）概念
桥梁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，从而确定桥梁实际工作状态与设计期望值是否相符，它是检验桥梁性能及工作状态（如结构的强度、刚度）最直接、最有效的办法。
（2）试验步骤
桥梁静载试验一般步骤包括：
1）对实桥进行现场勘察和调查，初步了解桥梁当前工作状况，测试得出主桥成桥恒载状态下主梁的线形和控制界面应力，测试得出主桥成桥恒载状态下悬索桥的索力；
2）建立桥梁计算模型，进行设计活载分析并结合桥梁调查结果，与测试所得出主桥成桥恒载状态下主梁的线形和控制界面应力进行比较分析，确定桥梁测试控制截面和应力（应变）、挠度（变形）测点布置；
3）选取试验荷载类型，根据桥梁设计荷载等级和目前实际运营状况，确定试验荷载等级；
4）确定加载工况、加载位置和加载步骤；
5）在每一个工况下测试悬索桥索力增量；
6）比较试验荷载下测点的理论值与实测值，对实桥的实际工作状况进行评定。
2.3.2.3动载试验
（1）脉动试验
1）概念
试验模态分析（EMA，ExperimentalModalAnalysis）又称为模态分析的试验过程。
即首先，试验测得激励和响应的时间历程，运用数字信号处理技术求得频响函数（传递函数）或脉冲响应函数，得到系统的非参数模型；其次，运用参数识别方法，求得系统模态参数；最后，如有必要，进一步确定系统的物理参数。
对于桥梁结构而言，传统的通过测定结构的频率响应函数（FRF）来识别模态参数的频域法，由于试验所需设备复杂，且激励信号难以实施和测定，因此受到限制；而且普通的信号谱分析只能得到结构的低频率特性，无法确定结构全部频率成份及阻尼特性，其精度受到怀疑。
环境随机激振法，也称脉动法，在目前逐渐成为桥梁模态测试的主要方法。
结构在环境扰动作用下，例如自然风、地脉动，水流或车辆引起的扰动等，虽然引起结构振动的振幅极为微小，但脉动响应所包含的频率成份相当丰富，它不需要任何激励设备，又不受结构形式和大小的限制，特别适用于测量结构整体的自振特性。
2）基本原理及试验过程
利用脉动法测试桥梁结构的固有模态，测试原理简述如下：
首先，根据测试需要，在桥梁上布置拾振器（如加速度、速度或位移传感器），同步采集信号。
将环境中的各种扰动视为输入信号；大桥被视为放大器，它对输入信号中，接近其固有频率的分量作出响应，并阻尼其它分量；传感器采集到的信号被视为大桥输出信号，将其变换到频域。
峰值将对应于桥梁的固有频率。
由于采用环境随机激励测试，无法控制和测量输入信号。
为防止输入信号中某些过大的频率分量造成伪峰，选取一个参考点，将各采集点的信号频率上各点分别除以参考点频域上对应各点，得到相对幅值和相位差。
这样就消除了伪峰的干扰，可以根据尺度化后的频谱上的峰值确定固有频率。
各采集点信号在固有频率上的幅值构成了该频率的振型。
幅值的方向由相位差确定，小于180°的，振型方向与参考点相同，大于180°的，振型方向与参考点相反。
（2）强迫振动试验
1）概念
桥梁结构在实际的行车动荷载作用下，结构各部位的动力响应，如振幅、应力、位移、加速度以及反映结构整体动力作用的冲击系数等，不仅反映了桥梁结构在动荷载作用下的受力状态、也反映了动力作用对司机、乘客舒适性的影响、桥梁结构的成桥强迫振动试验，就是要从大量的实测数据信号中揭示桥梁结构振动的内在规律，综合评价桥梁结构的动力性能。
强迫振动试验是利用试验车辆对桥梁施以动力荷载，测量桥梁动力响应，即桥梁的响应频率、振幅、动应变等，并对测得的桥梁动力响应值进行分析，获得桥梁的动力响应特性。
桥梁的强迫振动具有以下特点：
a．强迫振动是在外界周期性干扰力的作用下产生的，强迫振动的频率总
与外界干扰力的频率相同或成倍数关系；
b．强迫振动振幅的大小在很大程度上取决于干扰力的频率与桥梁结构固有频率
的比值
，当
时，振幅达到最大值，此现象称“共振”；
c.强迫振动振幅的大小除了与
有关外，还与干扰力、结构刚度及阻尼系数有关：
干扰力越大、系统刚度和阻尼系数越小，则振幅越大。
d.强迫振动的位移变化总是比干扰力在相位上滞后一个相位角
，其值与结构的动力特性及干扰力频率有关。
目前，桥梁强迫振动试验一般分为跑车试验、刹车试验和跳车试验三种工况。
2）试验流程
通过分布在桥面不同位置的加速度传感器采集加速度信号，通过分布在桥梁不同位置的应变片采集应变信号，利用屏蔽导线输入信号采集系统进行采集、储存，然后对储存的信号进行处理，选择其中的有效信号进行分析，得到桥梁结构的自振频率、振型、阻尼比和冲击系数等参数的实测值。
动载试验流程分析如下图。
桥梁动载试验流程分析图
3）试验资料的整理
动载试验数据采用计算机软件进行分析。
应进行下述相关内容的分析计算和资料整理：
a.结构刚度比；
b.典型工况下主要测点的实测时程曲线；
c.典型的自振频谱图；
d.冲击系数-车速相关曲线图或列表；
①自振频率：
可采用频谱分析法、波形分析法或模态分析法得到桥梁结构自振频率。
可截取典型工况下主要部位强迫振动响应波形段，进行频谱分析，结合车辆自振频率测试结果，对车桥耦合等强迫振动特征进行分析。
自振频率取用多次试验、不同分析方法所得结果的均值。
②冲击系数：
计算时应优先采用动挠度信号计算。
取同截面（或部位）多个测点的均值；进行多次试验时取该车速工况下的最大值。
③结构刚度比:
按照下式进行计算结构刚度比:
式中:
—主要测点的实测残余变位或残余应变；
实测—实测自振动频率；
计算—计算自振动频率；
实测—结构实际刚度；
计算—结构计算刚度。
（4）试验结果的评定
1）将桥梁结构的实测自振频率与计算频率进行比较。
如实测频率大于计算频率，可认为结构实际刚度大于理论刚度，反之则实际刚度偏小。
2）当结构静力性能与动力性能的主要判据相互矛盾的情形下，可采用β（η，μ）参数进行结构性能综合评价：
式中：
—静、动力综合评价指标；
—静载试验主要测点校验系数均值；
—实测冲击系数；
—冲击系数规范取值；
若
，则说明结构承载能力小于设计所考虑的安全储备。
2.3.3建模分析
拟采用MIDAS/CIVIL2010版结构设计有限元分析软件进行建模分析。
（建模分析结果暂略）。
根据模型，分析对测试项目的控制截面内力（或挠度、变形）影响线，分别布置标准设计荷载和试验荷载，确定试验荷载效率，调整试验荷载的布置。
2.3.4应变测点粘贴程序
应变测点粘贴工艺的好坏直接影响到动静载试验测量结果的准确性。
一般采用电阻应变片来作为测量应变的传感器，其粘贴的工序应严格按照如下程序进行：
1）应变测点传感器的选择：
根据测试要求所选择的电阻应变片应符合试验要求，外观应无破损，无锈斑，无皱折，无短路，电阻值与标称值误差应小于0.5%（如120Ω±0.6Ω）；
2）电阻应变片表面处理：
电阻应变片在使用前，应使用脱脂棉蘸无水乙醇擦洗（除油、杂物），用微热烘干装置烘干（灯泡、红外线、电吹风）；
3）被测物表面处理：
要使电阻应变片粘贴牢固，需要对被测结构的表面进行处理（机械或化学），处理的范围约为应变计面积的3～5倍；
4）底胶处理：
在粘贴电阻应变片之前，需要在贴片处刮涂底胶。
一般使用环氧打底。
需要注意的是，在保证粘接效果好并绝缘阻值足够的前提下，底胶越薄越好；
5）电阻应变片粘贴：
根据粘贴环境、条件选用不同粘贴剂（环氧、聚按酯、硫化硅橡胶、502等），粘贴电阻应变片之前应放线，然后再做清洗。
贴片后盖上聚四氟乙烯薄膜（通常使用蜡纸），用手指沿应变计轴线方向均匀滚压应变计，以排除多余胶液和气泡，一般以3～4个来回为宜，并注意应变计位置不能移动；
6）固化：
电阻应变片粘贴好以后，根据所使用粘胶剂选择合适的固化时间。
不宜粘贴好以后立即开始测试；
7）粘贴检查：
贴片结束，待粘贴剂固化以后，对电阻应变片应进行检查，如阻值是否正确，绝缘是否合格等；
8）电阻应变片焊接及粘贴后的防护：
焊线引线尽量选择柔软导线，并配合接线端子焊线。
安装好的应变计可用703硅胶覆盖，以防止雨水及空气中有害气体侵蚀。
2.3.4.1载位布置
各试验工况加载车辆的具体布载位置应该通过有限元仿真计算得出，并且保证试验荷载效率应该在0.95-1.05之间。
（各工况载位布置图暂略）
2.3.4.2加载原则
各工况下试验所需加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得：
式中：
—静力试验荷载效率系数；
—试验荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；
—设计标准活荷载作用下，检测部位变位或力的计算值（不计冲击作用时）；
—设计取用的冲击系数
。
2.3.4.3资料整理
1）试验资料的修正
①测值修正。
根据各类仪表的标定结果进行测试数据的修正，当这类因素对测值的影响小于1%时可不予修正。
②温度影响修正。
按下式进行温度修正计算：
S=S’−Δt×Kt
式中：
S—温度修正后的测点加载测值变化；
S'—温度修正前的测点加载测值变化；
Δt—相应于S'观测时间段内的温度变化（℃）。
对应变宜采用构件表面温度，对挠度宜采用气温；
Kt—空载时温度上升1℃时测点测值变化量。
如测值变化与温度变化关系较明显时，可采用多次观测的平均值。
Kt=ΔS/Δt1其中：
ΔS为空载时某一时间区段内测点测值变化量；Δt1为相应于ΔS同一时间区段内温度变化量。
③支点沉降影响的修正。
当支点沉降量较大时，应修正其对挠度值的影响，
修正量C可按下式计算：
C=（l−x）×a/l+x×b/l
式中：
C—测点的支点沉降影响修正量；
l—A支点到B支点的距离；
x—挠度测点到A支点的距离；
a—A支点沉降量；
b—B支点沉降量。
2）各测点变形（挠度，变形，沉降）与应变可按以下公式计算。
总变形（或总应变）：
St=Sl−Si
弹性变形（或弹性应变）：
Se=Sl−Su
残余变形（或残余应变）：
SP=St−Se=Su−Si
式中：
Si—加载前测值；
Sl—加载达到稳定时测值；
Su—卸载后达到稳定时测值。
3）对静力加载试验的主要测点，应按下式计算其相对残余变形（或应变）：
a.主要测点静力荷载试验结构检验系数
，应按下式计算
式中：
—试验荷载作用下主要测点的实测弹性变位或应变值；
—试验荷载作用下主要测点的理论计算变位或应变值；
静力荷载试验结构检验系数
，是试验荷载作用下测点的实测弹性变位或应变值与相应的理论计算值的比值。
值小于1时，代表桥梁的实际状况要好于理论状况。
b.主要测点相对残余变位或相对残余应变
，应按下式计算
式中:
—主要测点的实测残余变位或残余应变；
—试验荷载作用下主要测点的实测总变位或总应变。
相对残余变位或相对残余应变
，是测点实测残余变位或残余应变与对应的实测总变位或总应变的比值。
越小，说明结构越接近弹性工作状况。
2.3.5桥面线形测量
按要求测量主梁纵桥向各跨16分点截面的桥面标高。
每个截面横桥向测点布置在主梁上下游两侧及中央分隔带两侧，进而测量出成桥恒载状态下桥跨结构初始线型。
每座桥任选左幅或右幅一联进行线形测量。
桥面高程测量方法
方法一：
采用几何二等水准测量放大。
选择风力＜3级的凌晨1点至4点沿桥面往返实施观测，观测时采用电子水准仪配套水准尺，测量视距控制在＜30m内，若方法一部分测点往返测量的数据无法满足要求是，需择日进行补测。
方法二：
如方法一无法实施，拟采用测距三角高程法实施观测，分别由两台电子全站仪在梁端的加密控制点上设站实施观测。
观测时依据测点间距不同确定测回数和组数。
在临近的控制点或加密控制点设站，使用全站仪，采用三角高程法对其高程进行测量。
测量时，各测点均设置棱镜，依据测点距离测站的间距确定测角和测回数。
2.3.6动载试验
2.3.6.1动力特性计算
自振频率及振型应该通过有限元仿真计算得出。
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