3030米简支T梁荷载试验方案.docx

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3030米简支T梁荷载试验方案

***高速公路南流江大桥

30-30米先简支后连续T梁桥

荷载试验方案

***试验检测中心

二O一一年七月

1工程概况

1.130-30米连续T型梁桥概况

南流江大桥位于G75线***境内K2153+740处，跨越南流江。

全桥长907.86m，桥面全宽28.00m，左右幅分离。

桥梁上部结构：

10×30m+10×30m+10×30m先简支后结构连续预应力混凝土T梁；下部结构：

柱式桥台，双柱式墩，墩台均为钻孔灌注桩基础（摩擦桩）。

桥面为混凝土铺装层，两幅两侧均设有钢筋混凝土防撞墙。

该桥于2000年8月建成通车。

图1桥跨立面布置示意图

1.2主要技术标准

（1）设计行车速度：

120km/h；

（2）设计荷载等级：

汽-超20、挂-120，试验荷载等级：

公路-Ⅰ级；

（3）桥面净空：

0.50m（防撞墙）+12.50m（左幅行车道）+2.00m（中央隔离带）+12.50m（右幅行车道）+0.50m（防撞墙）。

2试验目的

根据该项目工可的要求，采用两侧拼宽、老桥加固利用的方案对该桥进行改扩建，本次荷载试验检测的目的是对桥梁的质量和工作性能是否与能满足现行设计标准，并对现行桥梁的运营情况符出检验与评价。

基于这一根本目的，本次荷载试验检测力求达到如下之具体目的：

（1）通过对桥梁构件的外观检测，了解桥梁构件的常规病害情况。

（2）通过测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度，并与理论计算值比较，拟检验实际结构控制截面应力与挠度值是否与概扩建后的设计要求相符。

（3）通过测定桥跨结构在试验动荷载作用下的动力反应，拟评定实际结构的动力性能。

（4）通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，对实际结构的运营现状作出总体评价，为后续加固设计提供依据。

3试验依据

（1）中华人民共和国交通部颁《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》，1988；

（2）中华人民共和国交通部颁《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（YC4-4/1982）；

（3）中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计规范》（1989年合订本）；

（4）中华人民共和国交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；

（5）中华人民共和国交通部颁《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ022-85）；

（6）中华人民共和国交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；

（7）中华人民共和国交通部颁《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）；

（8）中华人民共和国行业标准《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）；

（9）桥梁竣工图纸、加固设计施工图纸及相关技术资料。

4项目实施的主要内容

（1）外观检测；需对结构的外观进行检查，主要包括主梁、下部结构、桥面铺装、栏杆、排水设施等其它附属设施，对常见的病害应进行拍照和记录。

（2）结构静力荷载试验；

（3）结构动力荷载试验。

荷载试验过程中，应对加载车辆加载、仪器操作、传感器的埋设位置及其它相关工序（包括贴片、打磨、接线、桥检车工作等）进行拍照。

4.1静载试验

桥梁静力荷载试验主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力，比较桥梁结构的实际工作状态能否满足设计荷载作用下正常使用要求。

测定项目及内容为桥面线形以及主梁控制截面应变或应力等。

4.1.1理论计算

4.1.1.1计算依据

（1）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）；

（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）《桥梁竣工设计图纸》。

4.1.1.2试验参数选取

静力试验荷载加载方式是采用单辆重约360kN的三轴载重汽车作为等效荷载，在试验过程中模拟设计活载所产生的内力值。

因此就具体某一测试项目（截面）而言，其所需加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的在该项目（截面）最不利内力或变位值，按下式所确定的原则等效换算而得，不同截面其荷载效率将随加载位置不同而不同，

介于0.85~1.05之间。

式中：

—静力试验荷载效率；

—试验荷载作用下，某一加载试验项目（截面）对控制截面内力或变位等的最大计算效应值；

—设计标准活载不计冲击荷载作用时产生的该加载试验项目（截面）对应的控制截面内力或变位等的最不利计算效应值；

—设计计算取用的冲击系数。

4.1.2试验跨选择与断面测点布置

根据现场情况，本次静载试验分别选取边跨和中跨作为试验跨。

详细测试断面和测点布置见附录I。

4.1.3加载工况确定

工况Ⅰ：

第1跨跨中截面（1－1截面）在最不利汽车中载作用下的最大正弯矩效应；

工况Ⅱ：

第1#墩墩顶截面（2－2截面）在最不利汽车中载作用下的最大负弯矩效应；

工况Ⅲ：

第2跨跨中截面（3－3截面）在最不利汽车中载作用下的最大正弯矩效应；

工况Ⅳ：

第1跨跨中截面（1－1截面）在最不利汽车偏载作用下的最大正弯矩效应；

工况Ⅴ：

第1#墩墩顶截面（2－2截面）在最不利汽车偏载作用下的最大负弯矩效应；

工况Ⅵ：

第2跨跨中截面（3－3截面）在最不利汽车偏载作用下的最大正弯矩效应；

以上为本次荷载试验工况，共分为6个大的工况。

4.1.4横向分布计算、试验荷载效率及载位布置

通过计算，各片梁影响线数值见表1，得出1#、2#、3#、4#、5#、6#梁横向分布系数分别为：

0.710、0.542、0.474、0.474、0.540、0.708。

表1各梁影响线数值

坐标X

1#梁

2#梁

3#梁

4#梁

5#梁

6#梁

0

0.917

0.228

-0.024

-0.068

-0.043

-0.01

1.25

0.702

0.294

0.065

-0.017

-0.027

-0.017

2.35

0.483

0.354

0.159

0.037

-0.01

-0.024

3.45

0.301

0.369

0.246

0.098

0.014

-0.028

4.55

0.16

0.327

0.325

0.17

0.047

-0.028

5.65

0.067

0.246

0.356

0.25

0.098

-0.017

6.75

0.01

0.165

0.325

0.325

0.165

0.01

7.85

-0.017

0.098

0.25

0.356

0.246

0.067

8.95

-0.028

0.047

0.17

0.325

0.327

0.16

10.05

-0.028

0.014

0.098

0.246

0.369

0.301

11.15

-0.024

-0.01

0.037

0.159

0.354

0.483

12.25

-0.017

-0.027

-0.017

0.065

0.294

0.702

13.5

-0.01

-0.043

-0.068

-0.024

0.228

0.917

根据各片梁的影响线数值，计算得到边梁最大横向分布系数为0.710、中梁最大横向分布系数为0.542。

试验中根据试验项目的不同要求，试验车辆横桥向布置分为中载布置及偏载布置。

荷载试验方案确定由公路I级的设计荷载控制，由此计算得到荷载效率如表2。

详细载位布置见附录Ⅱ。

表1试验主要工况荷载效应

工况

公路一级汽车荷载效应（kN.m）

试验荷载效应（kN.m）

试验荷载效率

边梁

（偏载）

Ⅰ

2275

2167

0.95

Ⅱ

-1740

-1686

1.03

Ⅲ

1723

1920

0.90

主梁在各工况荷载作用下的理论计算值如表2所示：

表2理论计算值

工况

弯矩（kN.m）

对应位移

（mm）

对应截面应力（Mpa）

对应应变

（με）

边梁

（偏载）

Ⅰ

2167

-17.28

10.2

295

Ⅱ

-1686

-15.12；0.59

-5.41

157

Ⅲ

1920

-13.35

8.45

245

4.1.5加载车辆参数

本桥试验车辆载重均为36吨，共需要5辆车，其试验车辆参数如下图3所示：

图1试验拟采用加载车辆示意图（单位：

m）

4.1.6测试内容与测试方法

（1）应力（应变）测试

主梁应力控制截面混凝土表面应力（应变），拟采用在混凝土表面粘贴标距为100mm、阻值为120Ω的应变片，匹配DH3815N数据采集分析系统进行测量。

（2）挠度测试

主梁控制断面桥面挠度的测量拟采用精密水准仪和全站仪进行测试。

4.1.7试验加载过程控制

（1）试验加载程序控制

在进行正式加载试验前，用两辆载重加载车分别测试对象各跨跨中进行横桥向对称的预加载，预加载试验每一加载载位的持荷间为20分钟。

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

预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷恢复后，才可进入正式加载试验。

正式加载试验分别按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后变位恢复最后一个10分钟的增量小于第1个10分钟增量的15%。

（2）静力试验规则

静力试验原则上宜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。

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。

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。

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。

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：

（a）控制测点应力或力值超过计算值并且达到或超过按规范安全条件反算的控制应力或力值时；

（b）控制测点变位超过规范允许值时；

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

另外，在施加试验荷载过程中，当某一加载工况接近满载时（大于满载量的80%），应将该工况后续加载车在试验测试桥跨的行车速度控制在10Km/h以下；在卸载过程中，禁止多辆加载车同时启动。

4.2动载试验

4.2.1动载试验的主要内容

动荷载试验是为了测定桥梁结构在动力荷载作用下的受迫振动特性。

（1）动荷载本身动力特性：

动荷载大小、方向、频率及作用规律；

（2）桥梁结构在动力荷载下的强迫振动响应、振幅、动应力（挠度）、冲击系数。

4.2.2动载试验荷载及其作用方式

（1）脉动试验，在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微小振动响应。

采用先进的分析技术得到桥梁结构固有的振动特性,如固有频率、振型和临界阻尼比。

（2）无障碍行车试验：

在桥面无任何障碍的情况下，用2辆载重汽车（每辆总重约360kN）按对称情形，以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h的速度驶过桥跨结构，以测定桥梁在各种行车速度下测试断面的响应动力时程曲线和最大动位移值。

（3）有障碍行车试验：

在测点位置的桥面上放置一块厚约为10cm的木板作为障碍，用1辆载重汽车（总重约360KN）以10km/h、20km/h的速度驶过桥跨结构，以测定桥梁在各种行车速度下测试断面的响应动力时程曲线和最大动位移值。

（4）刹车试验：

采用接近于检算荷载（标准荷载）重车的单辆载重汽车来充当，以20km/h、30km/h速度在预定的截面位置进行实行刹车，以测定桥梁在各种行车速度下测试断面的响应动力时程曲线和最大动位移值。

4.2.3动载试验测试项目及其测试方法

（1）桥跨结构的振动响应（位移），采用在选定测点上安装拾震器，匹配DH5920数据采集分析系统测量并同时记录其输出信号。

（2）桥跨结构的动力反应，主要选取桥跨结构控制截面的竖向动挠度作为主要测记项目。

在测记桥跨结构振动响应要注意保证信号完整，信号测记长度应足够，并需照顾到各测记通道的动态范围，小信号足够灵敏，大信号不饱和，测记时应配有示波器监视振动响应信号的质量。

4.2.4测试项目及测点布置

（1）行车试验

①测试的项目内容

主要通过测试桥跨结构在动荷载作用下的的时程应变曲线，并通过分析得出桥跨结构的冲击系数。

②测试断面及测点布置

行车试验测试截面布置在，边跨和中跨跨中截面（即2－2和3－3截面）上，测点布置如附录图Ⅲ-1。

4.2.5加载工况的确定

表2动载试验工况表

工况

项目

测试项目及其荷载位置

Ⅰ

脉动试验

无任何交通荷载及桥址附近无规则振源情况下进行测定

Ⅱ

无障碍行车试验

结构振动响应、动应变、动态增量车速20km/h

Ⅲ

无障碍行车试验

结构振动响应、动应变、动态增量车速30km/h

Ⅳ

无障碍行车试验

结构振动响应、动应变、动态增量车速40km/h

Ⅴ

无障碍行车试验

结构振动响应、动应变、动态增量车速50km/h

有障碍行车试验

结构振动响应、动应变、动态增量车速10km/h

Ⅶ

有障碍行车试验

结构振动响应、动应变、动态增量车速20km/h

Ⅷ

刹车试验

结构振动响应、动应变、动态增量车速20km/h

Ⅸ

刹车试验

结构振动响应、动应变、动态增量车速30km/h

附录Ⅰ静力荷载试验测试断面及测点布置

图

-1静载试验控制截面图（单位：

cm）

图

-2截面应变测点布置图

图

-3挠度测试平面布置图示意图（单位：

cm）

附录Ⅱ静力荷载试验载位示意图

图

-1工况1、4荷载布置示意图（单位：

cm）

图

-2工况2、5荷载布置示意图（单位：

cm）

图

-3工况3、6荷载布置示意图（单位：

cm）

附录Ⅲ动力试验测点布置

图

-11-13-3号截面动应变测点布置示意图（单位：

cm）

附录Ⅳ理论计算振型图示

图Ⅳ-1结构基频率（f=3.99HZ）