二环西路简支空心板荷载试验方案定稿.docx
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二环西路简支空心板荷载试验方案定稿
湖州市二环西路2号桥
荷载试验方案
湖州正通交通工程试验检测有限公司
长安大学
2011年5月
目录
一、荷载试验依据、目的及内容1
1.1工程概况1
1.2试验依据、试验目的2
1.3试验内容及方法2
二、荷载试验准备工作5
2.1静载试验测点的布设5
2.2动载试验测点的布设6
2.3加载位置的放样及停车场地安排6
2.4有关数据的准备6
2.5试验保障与协调6
三、荷载试验实施流程7
3.1试验荷载的确定原则7
3.2理论计算7
3.3加载工况8
3.4静载试验效率8
3.5分级加载控制9
3.6动载试验理论计算10
3.7人员安排10
3.8各工况工作流程11
3.9试验时间安排12
3.10试验注意事项12
四、主要仪器设备及耗材15
4.1主要仪器设备15
4.2其他设备及耗材16
五、项目参加人员表17
六、紧急情况处理预案18
6.1总则18
6.2组织体系及相关机构职责18
七、荷载试验用表21
八、主要业绩表25
附图：
27
一、荷载试验依据、目的及内容
1.1工程概况
湖州市二环西路2号桥位于湖州城区二环路与104国道交汇地段。
该桥为标准跨径16+25+25+16m的预应力混凝土简支空心板，桥面连续构造。
桥梁位于道路弯道上，边板翼缘连续变化，弯桥正做。
桥台处桥面总宽7.00m+12.25m即0.25m（护栏）+2.75m（人行道）+5.5m（行车道）+1.50m（硬路肩）+0.5m（护栏）+0.5m（路肩）+11.25m（行车道）+0.5m（路肩）+0.5m（护栏）。
设1.5%单向横坡.。
空心板分为中板和边板两种类型，其中16m空心板中板宽1.00m,边板宽（包括翼缘）159.6~212.1m,板高0.80m；25m空心板中板宽1.00m,边板宽（包括翼缘）180.2~211.5m,板高1.15m。
上部结构预制空心板及铰缝均采用C40混凝土，桥面铺装采用10cm厚的沥青混凝土，防撞护栏采用C30混凝土。
下部结构桥墩均采用柱式墩、桩基础。
桥梁原设计荷载为汽-20级，挂-100，人群-3.5kN/m2。
目前，二环路计划进行改扩建，本桥梁拟老桥利用，改扩建后桥梁须达到现有公路规范公路Ⅰ级。
为对桥梁加固改造前的状况有一确切了解，为后期的加固改造提供可靠依据，计划对本桥进行荷载试验。
湖州市二环西路2号桥
图1.1二环西路2号桥立面布置图
图1.2二环西路2号桥平面布置图
1.2试验依据、试验目的
试验依据：
1．中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》JTJ001-97
2．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
3．中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89
4．中华人民共和国交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023-85
5．《大跨径混凝土桥梁的试验方法》1982
6．《湖州市二环西路2号桥施工图变更设计》2009
试验目的：
1．检验结构主要构件在设计荷载作用下的工作状态及承载能力。
2．通过动力试验了解桥梁结构的固有振动特性及其动力性能，确定其使用条件。
3．通过荷载试验确定桥梁目前状况，为下一步的加固改造提供依据。
1.3试验内容及方法
1.3.1调查桥梁结构的现有状况
在试验前对桥梁结构的现有状况进行调查，可全面地了解结构初始状态，以便于编制切实可行的试验方案，同时达到合理评价试验测试结果、正确解释试验现象的目的。
主要内容包括：
（1）线形测量，主要是标高测量；
（2）结构各部件几何尺寸和主要构件的细部尺寸；
（3）结构表面损缺情况以及构件变形情况。
1.3.2桥梁荷载试验
（一）静载试验
1、空心板正应力及其各板正应力沿横向的分布规律
测试试验荷载作用下应变沿桥宽的分布情况。
由静态应变测试仪DH3815N采集信息，通过电脑自动记录。
为排除测试过程中大气温度变化带来的影响，采用搁置在测点附近事先贴好应变计的混凝土块件，实现温度补偿。
2、空心板竖向挠度及其各板挠度沿横向横向的分布规律
（二）动载试验
1、动载试验项目
（1）无障碍行车试验
动载是以给定的不同车速，匀速通过桥跨结构，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动载反应。
工况Ⅰ：
无障碍行车，汽车以20km/h匀速通过；
工况Ⅱ：
无障碍行车，汽车以30km/h匀速通过；
工况Ⅲ：
无障碍行车，汽车以40km/h匀速通过；
工况Ⅳ：
无障碍行车，汽车以50km/h匀速通过。
（2）有障碍行车试验
在无障碍行车测量效果不理想的时候，采用有障碍行车试验作为备选方案。
有障碍行车试验方案如下：
在桥跨结构的L/2截面处桥面上设置高度分别为5cm和7.5cm的障碍物，模拟桥面铺装局部损伤状态，用一辆载重汽车（重350kN），以不同的速度通过桥跨结构，测定桥跨结构在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动载反应。
工况Ⅴ：
有障碍行车，汽车以5km/h匀速通过；
工况Ⅵ：
有障碍行车，汽车以10km/h匀速通过；
工况Ⅶ：
有障碍行车，汽车以20km/h匀速通过；
工况Ⅷ：
有障碍行车，汽车以30km/h匀速通过。
2、动载试验测试内容及处理方法
（1）动力特性测试
采用重车激振余振法进行自振测试，利用DH610高精度超低频加速度传感器作拾振器，在频域和时域中进行谱分析和时程分析。
①自振特性测试
拟采用重车激振余振法进行自振测试，由加速度传感器作拾振器，通过数据线传送到电脑中储存，在程序界面窗口即时显示，然后进行信号回放处理，在频域和时域中进行谱分析和时程分析，测试实施中采用DH610高精度超低频加速度传感器进行测量，用D-P低频加速度传感器作校核。
②频率分析对回放信号进行谱分析，根据自相关谱、互相关谱、各点相位及相干系数确定各阶频率。
③阻尼分析
结构阻尼系数可用阻尼比
表示为：
其中：
表示第n次振动时的振幅。
试验中采用频谱图中的半功率谱带宽来计算阻尼比
：
其中：
fn表示第n阶频率，
表示第n阶半功率带宽频率。
振型分析主要采用信号回放在频域和时域中寻找相位差、幅值比和相干系数来确定各测点的幅值大小和相位从而得到结构的振型。
（2）动应变测试
主梁动应变测试位置选择在桥梁跨中截面，试验中由动态数据采集仪器（DH5922）配便携计算机测试测点变位在时域中的变化，并根据应力影响线和动应变时程曲线波动来计算应变动态效应增大系数。
式中：
εdmax:
最大应变值；
εsmax:
应变平均值。
二、荷载试验准备工作
2.1静载试验测点的布设
1、应变测点的布设
桥梁应变测试断面见附图1，即S1～S2，共两个断面，即距支座中心约6.65m处（约L/4处）、断面跨中（L/2）断面，应变测点布置在各空心板底面，详见附图一。
主要荷载试验工况分别测试中载工况及偏载工况，进而分析空心板的横向连接强度。
2、挠度测点的布设
该桥空心板挠度测试断面布置在S1、S2断面，即L/4断面和跨中断面，在空心板顶面、布设挠度测点用精密水准仪测量桥梁在荷载作用下的变形。
2.2动载试验测点的布设
桥梁动应变测点布置在中跨跨中截面处。
测点布置参见附图1。
在桥跨中位置底板设置应变片测试空心板的动应变，同时把拾振器安放在空中空心板顶面，详见附图1。
2.3加载位置的放样及停车场地安排
所有加载车统一编号，并将号码贴于风挡玻璃上，以便统一调度。
在两侧行车道护栏上用显著标志标明加载位置，各个工况下，桥面上的加载车辆位置均以标志定位。
在大桥两岸的加载车停放场地规划停车位置。
2.4有关数据的准备
完成有关计算，准备好荷载试验需要的相关数据，以便试验人员正确掌握有关参数，保证试验顺利进行。
2.5试验保障与协调
为了保证试验的各项工作能够顺利进行，各参加单位要进行协调联系，对荷载试验承担单位提出的协调要求积极给予配合。
1、业主负责提供试验期间的天气预报；负责联系加载车辆；
2、业主负责安排大桥两桥头的加载车辆停车、调度场地，协助指挥加载车辆；
3、业主负责提供桥梁设计、竣工资料，配合试验单位进行结构实际状况的调查；
4、施工单位协助进行几何测量等测试项目；
5、试验过程中多处需要使用电源，同时有可能进行夜间操作，桥面已有电源需要全部打开；
6、业主和施工单位负责维护现场秩序，确保已安装好的测试仪器的安全。
对于试验过程中出现的临时情况和要求，各个参加单位应全力配合，通力合作，保证试验不因此而中断或出现失误。
三、荷载试验实施流程
3.1试验荷载的确定原则
静力试验荷载采用载重汽车进行等效加载。
就某一检验项目而言，根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定，桥梁荷载试验一般采用基本荷载，其中静力试验荷载的效率系数η取值范围为1.05≥η≥0.8。
在实际加载过程中，为了减少试验时间及简化工况的目的，在保证主要检验项目荷载系数满足要求的前提下，可适当减小某些项目的荷载效率系数。
3.2理论计算
为准确进行荷载试验，试验前先进行理论计算。
本桥采用MIDAS2006程序进行了结构静力计算、活载效应计算及相应的加载效率的计算。
MIDAS2006程序结构计算简图见图3.1：
图3.1湖州市二环西路2号桥计算模型
试验共需加载车3辆，加载车辆总重为30吨，轴重分配为12T,12T,6T。
加载车辆需逐一称重、编号，单车总重误差不得超过±1吨。
图3.2加载车加载、轴重车型图（30吨）（尺寸单位：
cm）
3.3加载工况
湖州市二环西路2号桥建各工况的加载车详细位置与试验内容对应，共分为四种工况，其一是试验跨跨中处（S2断面）最不利正弯矩布载（中载）；其二是试验跨跨中处（S2断面）最不利正弯矩布载（偏载）；其三是按距墩支点6.65m处L/4截面（S1断面）最不利正弯矩布载（中载）；其四是按墩支点6.65m处L/4截面（S1断面）最不利正弯矩布载（偏载）；具体工况为：
（1）工况一：
S2断面最不利正弯矩布载（中载），3车；
（2）工况二：
S2断面最不利正弯矩布载（偏载），3车；
（3）工况三：
S1断面最不利正弯矩和挠度布载（中载），3车；
（4）工况四：
S1断面最不利正弯矩和挠度布载（偏载），3车；
3.4静载试验效率
静载试验各工况最终加载效率见表3-1、3-2：
静载试验各工况加载效率表3-1
工况名称
实际汽车
加载内力
kN·m（kN）
理论
荷载内力
kN·m（kN）
荷载
效率
工况一、二
S1断面最不利正弯矩布载
384.7
495.4
0.78
工况三、四
S2断面最不利正弯矩布载
311.2
360.1
0.86
附注：
表中的内力值为最不利单板的内力值。
挠度加载效率表3-2
名称
6.49
6.43
1.01
工况三
4.19
4.80
0.87
3.5分级加载控制
在正式加载前进行了分级加载，即进行各个工况时以50%左右的实试验荷载预压，再以80%左右的试验预压，发现左右读数正常，一切反映良好，在将试验荷载加载至100%，分级加载内力效率见表3-3，分级加载挠度效率见表3-4。
分级加载内力加载效率表3-3
工况名称
分级加载车辆数
内力
加载效率
分级加载内力
（KN•m）
设计荷载内力
（KN•m）
工况一、二
1
117.6
495.4
0.24
2
265.1
495.4
0.54
3
384.7
495.4
0.78
工况三、四
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