彝岔路K18+810中桥荷载试验方案王俊新.docx
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彝岔路K18+810中桥荷载试验方案王俊新
昭通市昭通至彝良二级公路（彝良至岔河联络线）工程K18+810中桥
荷
载
试
验
方
案
2012-3-21
目录
一、静载试验方案1
1、试验对象概况1
2、试验依据2
3、试验目的2
4、试验内容及方法3
5、加载等级及加载位置的确定4
5.1计算参数4
5.2测试截面5
5.3控制荷载6
5.4试验加载6
5.5各测点处的应力和挠度计算理论值9
二、现场准备工作10
1、搭设工作脚手架10
2、搭测量仪表支架10
3、测试元件布置10
4、电阻应变计的粘贴及防护10
4.1电阻应变计的粘贴和防护的工艺流程10
4.2电阻应变计粘贴的工艺方法10
5、人员组织11
6、作业安全11
一、静载试验方案
1、试验对象概况
彝良至岔河二级公路为昭通至彝良二级公路的联络线，地处昭通市东北彝良、大关两县境内，公路起于彝良县城西红石岩，经大关县天星镇，终点与麻水线高等级公路相接，昭通市昭通至彝良二级公路（彝良至岔河联络线）全长40.474千米，公路等级为二级，本桥全长40.08m（中心里程K18＋810），桥梁全宽10.00m，其布置形式为0.50m（防撞护栏）＋9.00m（车行道）＋0.50m（防撞护栏）。
本桥上部结构采用1×30m先简支后桥面连续预应力混凝土T梁的结构形式，T梁标准预制梁长29.92m，计算跨径28.90m，裸梁梁高2.00m，最大吊装重74吨，横桥向由5片梁组成，标准主梁间距2.075m，梁顶宽均为1.70m，翼缘板间设0.375m现浇湿接缝，T梁梁片间设置5道横隔板，桥梁立面布置如图1.1，主梁跨中断面布置如图1.2。
本桥设计荷载为公路-
级。
图1.1彝岔路K18+810中桥立面布置图
图1.2彝岔路K18+810中桥主梁跨中断面布置图
桥梁概况及现场调查缺陷情况
2、试验依据
（1）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
（3）《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）
（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
（5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）
（6）《公路工程抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）
（7）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）
（8）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）
（9）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（YC4-4/1982）；
3、试验目的
通过试验加载，测试桥梁主体结构控制截面控制应力、挠度和开裂状况等指标，以达到以下目的：
（1）检验桥梁主体结构的承载能力是否满足设计要求；
（2）了解桥梁结构在正常使用荷载作用下的实际工作状态，为桥梁运营、养护和管理提供依据；
（3）为同类桥梁积累科学资料。
4、试验内容及方法
4.1试验内容
（1）试验加载截面
根据简支梁桥的受力特点，跨中截面最大弯矩控制设计，因此该桥选择两个试验桥跨的跨中截面为静力试验控制截面
（2）检测项目：
跨中截面应变（应力）；跨中截面挠度；裂缝的出现和扩展以及卸载后的闭合情况。
（3）测试截面及测点位置示意图
图4.1试验截面纵向布置图
图4.2试验截面横向布置图
图中为应变测点，为挠度测点
4.2试验方法
观测方法与测试仪器系统
（1）挠度观测：
采用数字式位移传感器进行观测；
（2）应变观测：
在梁体试验截面底部粘贴应变片，所有应力测点均以静态电阻应变仪自动扫描观测结构的应变，再根据混凝土弹性模量换算为相应应力；
（3）裂缝观测：
对出现的裂缝用裂缝观测仪进行裂缝宽度变化情况观测，并在可能开裂的部位进行监测。
（4）应力测试系统：
应变片接口箱电源适配箱笔记本电脑
（5）挠度测试系统：
数显位移传感器记录
（6）试验主要仪器设备表
序号
仪器设备名称
规格型号
数量
备注
1
静态应变测试系统
DH3815N
1
国产
2
数显位移传感器
30
国产
3
裂缝观测仪
1
国产
4
笔记本电脑
1
国产
5、加载等级及加载位置的确定
5.1计算参数
通过Midas结构分析软件对桥梁进行计算，以设计正常使用荷载作为控制荷载，按荷载等效原则进行布载，并使试验荷载效率系数
达到结构承载力检验范围。
各项计算参数见表5.1，该桥计算模型见图5.1，恒载内力见图5.2，最不利活载内力见图5.3。
表5.1彝岔路K18+810中桥计算参数
序号
参数名称
参数值
备注
1
设计荷载等级
公路
级
2
混凝土强度等级
C50
主梁
3
计算跨径（m）
28.90m
计算跨径
4
桥面净宽（m）及车道数
9m,2车道
5
冲击系数
0.267
新规范
6
直桥/弯桥（曲线参数）
直线桥梁
按直桥建模
图5.1彝岔路K18+810中桥MIDAS计算模型
图5.2彝岔路K18+810中桥恒载弯矩图
图5.3彝岔路K18+810中桥最不利活载弯矩图（考虑冲击系数）
5.2测试截面
K18+810中桥测试截面为跨中J1截面，其测试内容为J1截面的应力与挠度，K18+810中桥控制截面如图5.4。
图5.4K18+810中桥控制截面布置图
5.3控制荷载
本次试验所用试验荷载根据设计标准活载产生的该试验工况内力的最不利效应值进行等效换算而得，确定静力荷载试验各测试项目的荷载大小和加载位置时，采用静力荷载试验效率ηq进行控制。
为保证静力试验荷载效率ηq应介于0.95～1.05之间（根据JTG/TJ21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程8.1.2规定）。
静力荷载试验效率按下式计算：
式中：
静力试验荷载作用下，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、应力或变位的最不利效应计算值；
按规范取用的冲击系数值；
静力试验荷载效率，应介于0.95～1.05之间。
根据荷载横向分布计算结果确定设计控制梁号，用设计荷载公路
级进行控制梁跨中截面弯矩的最不利加载分析，并按规范规定计入汽车冲击系数，计算得到控制梁的设计弯矩及试验弯矩，见表5.2。
表5.2试验加载工况及试验荷载效率表
编号
工况名称
控制
部位
用车量
（台）
设计弯矩
（kN•m）
试验弯矩
（kN•m）
荷载效率
系数
1
跨中截面最大正弯矩偏载
1#梁
4
1741.4
1703.9
0.978
2
跨中截面最大正弯矩正载
全截面
4
5921.1
5857.6
0.989
注：
表中设计控制弯矩已计入冲击系数
5.4试验加载
（1）加载方法：
以设计正常使用荷载作为控制荷载，按荷载等效原则（即控制截面控制内力等效）进行布载，并使控制截面的试验荷载效率满足检测规程的要求。
加载车辆规格以及数量根据结构分析以及荷载等效计算结果确定。
正式试验前，对所有加载车辆均进行过磅称重，根据加载车辆的实际称重结果对车辆进行编组，确定各加载工况车辆的加载位置，以保证试验荷载效率在合理的范围之内。
根据荷载等效计算结果，确定采用4台双轴重车作为加载车辆，加载车辆如图5.5所示，各项参数见表5.3。
图5.5加载车辆参数示意图
表5.3加载车辆规格、数量要求
车辆
规格
用车量
（台）
前-后轴距a（m）
总重t
（含自重）
前轴重t
后轴重t
后轴距车尾距离c（m）
横向轮距（m）
双轴车
4
4.00
28.0
6.0
22.0
<2.00
1.80
（2）加载工况：
对K18+810中桥跨中试验控制截面进行横向偏、正载考查（本桥前进方向以彝良往岔河方向），共2种加载工况，即：
1）J1截面最大正弯矩左侧偏载；
2）J1截面最大正弯矩正载；
试验加载前先以50%满载进行预载，加载时采用分级控制的加载方式，分为四级加载，一级加载时1#车布置到位，二级加载时2#车布置到位，以此类推，并对主要工况进行必要的重复加载。
各试验加载工况车辆布置见图5.6～图5.10。
在试验加载下，各工况控制截面内力（弯矩）及荷载效率系数见表5.2。
图5.6J1截面最大正弯矩偏、正载车辆纵向布置图（单位：
cm）
图5.7跨中截面最大弯矩偏载车辆横向布置图（单位：
cm）
图5.8跨中截面最大弯矩正载车辆横向布置图（单位：
cm）
图5.9跨中截面最大弯矩偏载车辆平面布置图（单位：
cm）
图5.10跨中截面最大弯矩正载车辆平面布置图（单位：
cm）
5.5各测点处的应力和挠度计算理论值
表5.4各测点处的应变和挠度计算理论值
梁号
1#
2#
3#
4#
5#
左侧
偏载
一级加载
应变（10-6）
27
30
28
30
27
挠度（mm）
1.87
1.91
1.92
1.91
1.87
二级加载
应变（10-6）
88
78
56
43
24
挠度（mm）
5.83
4.83
3.81
2.77
1.72
三级加载
应变（10-6）
111
102
78
68
48
挠度（mm）
7.49
6.50
5.49
4.44
3.37
满载
应变（10-6）
159
140
101
79
45
挠度（mm）
10.94
9.05
7.15
5.20
3.25
正载
一级加载
应变（10-6）
11
22
29
38
44
挠度（mm）
0.85
1.38
1.91
2.42
2.91
二级加载
应变（10-6）
56
60
58
60
56
挠度（mm）
3.76
3.81
3.82
3.81
3.76
三级加载
应变（10-6）
66
78
80
90
92
挠度（mm）
4.52
5.02
5.49
5.92
6.31
满载
应变（10-6）
102
108
102
108
102
挠度（mm）
7.07
7.14
7.16
7.14
7.07
二、现场准备工作
1、搭设工作脚手架
本次测试需观察的内容包括裂缝的出现及扩展情况，及卸载后闭合情况，特别是卸载后的裂缝观测不能受外荷影响，因此需搭设工作脚手架。
2、搭测量仪表支架
跨中截面挠度观测采用钢丝悬挂重物，用钢丝的升降来带动百分表转动的方法进行观测；支点沉降观测采用精密水准仪进行观测，应变采用静态应变采集系统进行收集。
3、测试元件布置
本次采用浙江黄岩应变计厂生产的BHF120-80AA大标距应变计，用于测控制截面下缘混凝土应变。
粘贴时每测点贴一片工作片，一片补偿片，采用半桥方式连接，可自动补偿温度变化引起的微应变。
4、电阻应变计的粘贴及防护
4.1电阻应变计的粘贴和防护的工艺流程
应变计选择→胶粘剂选择→构件打磨→表面清洗→画线定位→涂敷底胶→应变计粘贴→固化→贴片质量检查→引线连接→性能测试→防护处理
4.2电阻应变计粘贴的工艺方法
（1）应变计准备
贴片前，将待用的应变计进行外观检查和阻值测量。
外观检查可凭肉眼或借助放大镜进行，目的在于观察敏感栅有无锈斑，缺陷，是否排列整齐，基底和覆盖层有无损坏，引线是否完好。
阻值测量JM3840四分之一桥测量电阻。
目的在于检查敏感栅是否有断路、短路，并进行阻值分选，对于共用温度补偿的一组应变计，阻值相差不得超过±0.5。
同一次测量的应变计，灵敏系数必须相同。
（2）构件表面处理
对于钢铁等金属构件，首先是清除表面油漆、氧化层和污垢，然后磨平或锉平，并用细砂布磨光，通常称此工艺为“打磨”。
打磨光洁度应达▽5左右。
对非常光滑的构件，则需用细砂布沿45°方向交叉磨出一些纹路，以增强粘结力，打磨面积约为应变计面积的5倍左右。
打磨完毕后，用划针轻轻划出贴片的准确方位。
表面处理的最后一道工序是清洗，即用洁净棉纱或脱脂棉球蘸丙酮或其它挥发性溶剂对贴片部位进行反复擦洗，直至棉球上见不到污垢为止。
（3）贴片
贴片工艺随所用粘结剂不同而异，用502胶贴片的过程是，待清洗剂挥发后，先在贴片位置滴一点502胶，用应变计背面将胶水涂匀，然后用镊子拨动应变计，调整位置和角度。
定位后，在应变计上垫一层聚乙烯或四氟乙烯薄膜，用手指轻轻挤压出多余的胶水和气泡待胶水初步固化后即可松开。
粘贴好的应变计应保证位置准确，粘结牢固、胶层均匀、泡和整洁干净。
（4）导线的焊接与固定
粘结剂初步固化后，即可进行焊线。
常温静态测量可使用双芯多股铜质塑料线作导线，动态测量使用三芯或四芯屏蔽电缆作导线。
应变计和导线间的连接最好通过接线端子，焊点确保无虚焊，导线最好与试件绑扎固定，导线两端根据测点的编号作好标记。
（5）贴片质量检查
贴片质量检查包括外观检查、电阻和绝缘电阻测量。
外观检查主要观察贴片方位是否正确，变计有无损伤，粘贴是否牢固和有无气泡等。
测量电阻值可以检查有无断路、回路，绝缘电阻是最重要的受检指标，绝缘好坏取决于应变计的基底，粘贴不良或固化不充分的应变计往往绝缘电阻低。
（6）应变计及导线的防护
应变计受潮会降低绝缘电阻和粘结强度，严重时会使敏感栅锈蚀，酸，碱及油类浸入甚至会改变基底和粘结剂的物理性能。
为了防止大气中游离水分和雨水、露水的浸入，在特殊环境下防止酸、碱、油等杂质侵入，对已充分干燥、固化，并已焊好导线的应变计，立即涂上防护层，常用室温防护剂有凡士林、石灰、炮油和松香混合物、环氧树脂等。
（7）桥路连接
所有底部应变测点均采用半桥自补偿，数据修正时考虑应变片灵敏度系数、横向补偿片泊松比系数、导线电阻的影响。
5、人员组织
加载观测过程中，工作人员共8名，分工如下：
跨中截面挠度观测1人，支点沉降观测1人，应变采集系统操作1人，指挥加载车辆1人，交通管制2人。
6、作业安全
加载时，每一观测项目的人均应有一份该观测项的各工况每级荷载作用控制指标，一旦超限，应立即停止加载，一起讨论原因，弄清原因并确保安全后，才能进行下一级加载。
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