海尔路人行天桥还建工程荷载试验方案.docx
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海尔路人行天桥还建工程荷载试验方案
海尔路人行天桥
荷载试验方案
重庆市建设工程质量检验测试验中心
2011年7月
目录
1、工程概述1
1.1结构设计1
1.2主要材料1
1.3设计标准1
2、试验依据2
3、试验目的4
4、试验仪器4
5、表观检测4
6、静载试验内容5
6.1理论分析计算5
6.2加载系统5
6.3静力试验加载工况5
6.4测点布置6
6.5静载试验数据分析方法8
7、动载试验12
7.1试验内容12
7.2试验数据处理方法13
8、试验步骤13
8.1试验前准备工作13
8.2试验过程安排14
8.3终止加载条件14
9、安全措施15
10、时间安排15
1、工程概述
海尔路还建天桥位于原有天桥寸滩侧，平面间距约200m，天桥采用1x31m的简支钢箱梁形式。
1.1结构设计
天桥桥面宽4.0m，梁体采用等截面斜腹板钢箱梁形式。
箱梁梁高1.4m，顶宽4.0m，底宽1.6m。
天桥下部为钢筋混凝土花瓶墩，顺桥向厚0.7m。
横桥向花瓶墩顶宽1.6m，在墩顶2.4m范围内通过圆弧渐变到1.0m，其余位置保持1.0m不变。
桥墩基础为人工挖孔桩，桩基直径1.5m。
天桥梯道宽2.5m，梯道及平台采用钢箱梁式，梯道上端与天桥箱梁焊接连接。
梯道墩柱采用矩形截面，其尺寸为0.4×0.4m，基础采用人工挖孔桩，桩基直径1.2m。
天桥钢箱梁跨中设置30mm预拱度，钢梯道梁跨中设置20mm预拱度，其余位置均按抛物线进行分配。
1.2主要材料
1）混凝土
C30混凝土：
桥墩、梯柱、桩基、预制梯踏板及桥面铺装；C25混凝土：
梯脚处梯踏步及桩基护壁；C20混凝土：
混凝土垫层。
2）普通钢筋
采用的钢筋应符合GB1499－98和GB13014-1991国家标准的相关规定，直径≥12mm者采用HRB335热轧带肋钢筋；直径＜12mm者采用R235热轧光圆钢筋。
3）钢材
钢箱梁采用Q235-B.Z和Q345-B.Z两种钢材。
各钢材的使用部位如下所示：
天桥钢箱梁除顶板、底板、腹板和墩顶横隔板采用Q345钢外，其余均采用Q235钢。
钢梯道及平台除顶板、底板及梯道腹板采用Q345钢外，其余均采用Q235钢。
4）焊接材料
焊接Q345钢和Q235钢分别按下表选用焊条丝。
焊接方法
钢号
焊接材料
备注
手工焊
Q235
Q345
E4301，E4303
E5015，E5016
埋弧自动焊
Q235
Q345
HJ431，H08A
HT431
镀铜H10Mn2
5）支座
人行天桥采用GJZ板式橡胶支座，支座应满足交通部现行相关行业标准要求。
6）伸缩缝
采用GQF型伸缩缝，伸缩缝的材料及其成品的技术要求应符合交通行业标准《公路桥梁橡胶伸缩装置》（JT/T3271）的有关规定。
1.3主要技术标准
1）人群荷载
人行桥面板及梯道面板的人群荷载按5kPa或1.5kN竖向集中力作用在一块构件上计算。
作用在钢箱梁或桁架上的人群荷载，采用下列公式计算：
当加载长度为20m以下（包括20m）时：
W=5x（20-B）/20（kPa）；当加载长度为21~100m时：
W=[5-2x（L-20）/80]x（20-B）/20（kPa）。
式中：
W-单位面积的人群荷载，kPa；L-加载长度，m；B-半桥宽度，m。
大于4m时仍按4m计。
2）栏杆水平推力：
水平荷载为2.5kN/m，竖向荷载为1.2kN/m。
3）3天桥净空：
桥下车行道净高≥5.0m。
4）桥面宽：
4.0m。
5）梯道宽：
2.5m。
6）横坡：
双向排水，坡度为1%。
7）栏杆扶手高度：
≥1.2m。
8）地震设防类别：
根据《中国地震烈度区划图（1990）》、《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），场地地震基本烈度为6°（7°构造设防）。
设计基本地震加速度值为0.05g。
图1-1：
天桥立面图
图1-2：
天桥横截面图
2、试验依据
1）试验桥梁的相关设计文件。
2）《公路旧桥承载能力鉴定方法》（1988）；
3）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）；
4）《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）；
5）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
6）《建筑变形测量规程》（JGJ8－2007）；
7）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025）；
8）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205_2001）；
9）《城市桥梁养护技术规范》（CJJ99-2003）；
10）《重庆市城市桥梁养护技术规程》（DB50/231-2006）；
11）国家及各部委颁布的其他相关标准。
3、试验目的
1）测试桥梁在运行荷载作用下的结构变形、强度及裂缝是否满足设计和规范的要求；
2）测定桥梁结构的自振特性以及动力响应，以评估实际结构的动力性能；
3）检验桥梁的施工质量，判断实际承载能力，评价桥跨结构的工作性能，为竣工验收提供科学的依据；
4）探求结构受力规律，为日后营运、养护和管理提供科学依据；为桥梁设计和施工进一步积累科学资料。
4、试验仪器
本次试验所用到的主要仪器设备见表4-1。
表4-1:
检测仪器设备表
序号
名称
型号规格参数
编号
用途、能力
1
静态应变数据采集分析系统
XL3403B2
Q-110
应变（力）测试
2
桥梁模态测试系统
DH5907
-
桥梁竖向自振频率测试
3
裂缝宽度测试仪
DJGW-2A
-
裂缝宽度测试
4
水准仪
拓普康DL-111c型
Q-005/1
线形测试
5
数码照相机
-
-
专业拍照
5、表观检测
试验前应对桥梁结构和构件进行表观检查,以确定桥梁能否正常进行荷载试验。
1）上部结构检查
该项主要检查钢结构节点板及连接螺栓、铆钉是否损坏、钢箱梁是否开焊、构件有无扭曲、变形、失稳现象，防锈漆剥落程度、钢构件锈蚀是否严重等。
2）下部结构检查
下部结构检查包括桥台、桥墩及其基础的检查；对支座主要检查功能是否完好，组件是否完整、清洁，有无裂纹、错位、过大剪切变形、不正常凹凸变形和脱空现象等。
3）桥面系及附属设施检查
桥面系及附属设施的外观检查，按照桥面系组成的五部分：
桥面铺装、伸缩缝、桥面排水设施、栏杆扶手人行道、照明和标志设施、梯道各组成部分等依次检查。
6、静载试验内容
6.1理论分析计算
检测方在广泛收集相关资料、现场考察后，提出相应的检测方案和内容，完成结构数值分析及相关理论工作。
6.2加载系统
根据该桥梁的实际情况选用水袋或砂袋进行加载，试验荷载效率η取1.0。
6.3静力试验加载工况
该天桥为连续钢箱梁，根据该天桥的实际特点，控制截面见图6-1，其中II为跨中控制截面，测试跨中最大正距；I为近支座控制截面，测试箱梁剪应力；III为支座控制截面，测试支座墩顶负弯距。
静力荷载试验主要加载工况如表6-1。
各工况荷载示意图见图6-2。
图6-1：
主要控制截面
表6-1：
静力工况表
工况
内力
加载位置
控制截面
A
近1#支座箱梁剪应力、1#～2#跨最大正弯距和挠度
1#～2#跨满载
I、II
图6-2：
荷载工况A荷载示意图
6.4测点布置
6.4.1挠度测点布置
挠度测试根据现场实际情况,采用电子百分表或高精度电子水准仪测试，挠度测试分辨率为±0.01mm。
选定1#～2#跨的L/2截面，桥墩截面为测试截面，各测试截面横向测点见图6-3，纵向测点布置见图6-4。
图6-3：
挠度测点横向布置图
图6-4：
挠度测点顺桥向布置图
6.4.2应变测点布置
1）近1#墩控制截面剪应力采用应变花量测，测点见图6-5。
图6-5：
支座应变花测点布置图
2）跨中控制截面应力采用应变片测试，应变片布置在钢板表面上，应变测试分辨率为±1。
根据材料的弹性模量换算为测点应力。
各测试截面横向测点见图6-6，纵向测点布置见图6-7。
图6-6：
应变测点截面布置图
图6-7：
应变测点顺桥向布置图
6.5静载试验数据分析方法
6.5.1静载试验资料的修正
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，如机械式仪表的校正系数，电测仪表的率定系数，灵敏系数，电阻应变观测的导线电阻影响等等。
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。
由于温度对测试的影响比较复杂，通常采取缩短加载时间，选择温度稳定性较好的时间进行试验等办法，尽量减小温度对测试精度的影响。
需要时，一般可采用综合分析的方法来进行温度影响修正，即利用加载试验前进行的温度稳定观测数据，建立温度变化（测点处构件表面温度或空气温度）和测点测值（应变和挠度）变化的线性关系（温飘试验），然后按下式进行温度修正计算：
（式6-1）
式中，
—温度修正后的测点加载测值变化；
—温度修正前的测点加载测值变化；
—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；
—空载时温度上升l℃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。
（式6-2）
式中，
—空载时某一时间区段内测点测值变化量；
—相应于△S同一时间区段内温度变化量。
温飘试验方法：
桥梁结构在空载状态下，对测试断面应力测定进行数据采集，并记录采集时刻的温度，采集时间间隔可为10分钟，通过数据处理，建立温度与时间、温度与测定应变之间的关系。
试验中的应变数据根据温飘试验结果进行温度修正。
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按下式计算：
（式6-3）
式中，
—测点的支点沉降影响修正量：
—A支点到B支点的距离；
—挠度测点到A支点的距离；
—A支点沉降量；
—B支点沉降量。
6.5.2变位与应变的计算
1）总变位（或总应变）：
（式6-4）
2）弹性变位（或弹性应变）：
（式6-5）
3）残余变位（或残余应变）：
（式6-6）
式中，
—加载前测值；
—加载达到稳定时测值；
—卸载后达到稳定时测值。
6.5.3实测应力计算
在单向应力状态下，测点应力可按下式进行计算：
（式6-7）
式中，
—测点应力；
—构件材料的弹性模量；
—测点实测应变值。
在主应力方向已知的平面应力状态下，测点应力可按下述公式进行计算：
（式6-8）
（式6-9）
式中，
—构件材料的弹性模量；
—构件材料的泊松比；
、
—相互垂直方向的主应变；
、
—相互垂直方向的主应力。
6.5.4校验系数及相对残余变形计算
1）对加载试验的主要测点（即控制测点或加载试验效率最大部位测点）可按下式计算校验系数ξ：
（式6-10）
式中，
—试验荷载作用下量测的弹性变位（或应变）值；
—试验荷载作用下的理论计算变位（或应变）值。
2）Se与Ss的比较，可用实测的横截面平均值与计算值比较，也可考虑荷载横向不均分布而选用实测最大值与考虑横向增大系数的计算值进行比较。
横向增大系数最好采用实测值，如无实测值也可采用理论计算值。
3）对加载试验的主要测点，应按下式计算其相对残余变位（或应变）：
（式6-11）
式中，
—相对残余变位（或应变），
、
意义同前。
6.5.5试验曲线的整理
1）列出各加载工况下主要测点实测变位（或应变）与相应的理论计算值的对照表，并绘制出其关系曲线。
2）绘制各加载工况下主要控制点的变位（或应变等）与荷载的关系曲线。
3）绘制各加载工况下控制截面应变（或挠度）分布图、沿纵桥向挠度分布图、截面应变沿高度分布图等。
6.5.6挠度结果分析
竖向及横向实测位移与理论计算的比较，计算各工况加载实测竖向结果、理论计算值及结构校验系数。
按照《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（YC4-4/1982），实测值与计算值进行对照，如满足规范限值要求，表明本桥的静载试验结果满足桥梁设计及检定规范的要求。
6.5.7应力结果分析
按照《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（YC4-4/1982），实测值与计算值进行对照，如满足规范限值，表明试验结果满足桥梁设计及检定规范的要求。
实测的结构或构件主要控制截面应变沿高度分布图符合平截面假定，实测的控制点变位或应变与荷载的关系曲线接近于直线，说明桥梁结构或构件处于良好的弹性工作状况。
7、动载试验
桥梁结构的动力特性包括自振频率、振型、阻尼比和冲击系数等。
由于影响桥梁结构动力特性的因素复杂繁多，对其进行分析仅仅依靠理论方法是远远不够的，往往需要将理论分析与实验测试同时进行。
桥梁结构动力试验得到的数据是桥梁承载力评定的重要参数，是识别桥梁结构工作性能和桥梁抗震分析的重要参数。
7.1试验内容
动力试验中部分加载工况需要根据现场条件确定。
1）自振频率测试
采用脉动法测试人行天桥在竖向平面内振动时的自振频率。
在1#～2#跨跨中截面分别设置高灵敏度竖向、横向速度传感器，具体测点设置如图7-1所示，测点为一点两向传感器。
图7-1：
传感器位置示意图
2）天桥动载试验
动载试验采用与脉动试验相同的传感器布置，对动挠度进行测试。
按以下三个测试工况进行：
工况一：
1人有规律齐步跑过天桥，对天桥进行激振；
工况二：
2人有规律齐步跑过天桥，对天桥进行激振；
工况三：
3人有规律齐步跑过天桥，对天桥进行激振。
7.2试验数据处理方法
1）自振特性测试
自振测试系统如图7-2所示。
图7-2：
测试系统组成框图
2）频率分析
采用分析系统对测试数据进行谱分析，根据相关自相关谱、互相关谱、各点相位及相干系数确定各阶频率。
3）阻尼分析
结构阻尼系数用阻尼比Dn表示为：
（其中：
An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Dn：
（其中：
表示第n阶频率，
表示第n阶半功率带宽频率）。
4）动挠度测试
桥梁动挠度测试位置选择在跨中截面，试验中能过采集仪配速度型传感器测试跨中测点在时域中的变化，利用动力挠度时程曲线来计算挠度动态增大系数。
8、试验步骤
8.1试验前准备工作
8.1.1仪器设备安装
各测试截面的下方需搭设落地支架或吊蓝用以安放测试仪器，支架或吊蓝的位置为结构分析完成后确定的测试截面的位置。
8.1.2现场供电照明
1）测试现场需提供220V直流电源，简易插线板若干，供测试仪器使用。
2）根据天气和试验进展情况，准备照明灯具若干，以备夜间安装仪器设备或荷载试验用。
8.1.3荷载施加
1）选用水袋进行加载，试验荷载中应扣除水箱和钢管架等的重量，试验荷载总重量误差控制在±5%以内，并在天桥上均匀布置。
2）现场试验时间：
约3～5小时（持续时间）。
3）预载：
正式加载前，在有控制的条件下，对结构进行预载，使结构进入正常工作状态；
4）根据试验方案在桥面画线确定荷载施加位置；
8.2试验过程安排
1）读初始值；
2）按试验要求逐步分级分左右幅施加荷载，每级荷载施加完毕5～10分钟后读数，再施加下一级荷载。
每工况完成后进行下一工况荷载的施加。
8.3终止加载条件
如试验过程中出现以下情况，则终止加载。
1）控制截面测点的应变（应力）值已达到或超过理论计算的控制应变（应力）值；
2）控制测点挠度（变形）超过规范允许值；
3）由于加载引起的结构裂隙宽度超过规范允许值；
4）加载时沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测挠度超过计算值过多。
5）桥梁结构发生其它损坏，影响桥梁承载能力或正常使用。
9、安全措施
1）仪器设备安装过程中应保证有必要的安全防护措施，高空作业的人员必须系安全带；
2）为防发生漏电伤人事故，为试验布置的电源、照明线路和其他原有线路要保证安全可靠；
3）加载试验期间安排人员进行交通管制，提前通知车辆绕行；
4）动载前应疏散桥上非相关的试验人员；
5）加载过程中随时观测测试数据的变化情况，当出现终止荷载条件时应立即停止试验，以保证试人员、设备及大桥的安全。
10、时间安排
1）测试设备安装时间约需1～2天，试验时间1天。
以上共计需要1～2天。
2）荷载试验完成后，一周内完成初步结论，两周内完成正式试验报告。
荷载试验报告内容包括主要测试验数据、相关图表及对桥梁工程承载能力的评定。
重庆市建设工程质量检验测试验中心
2011.7
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