20190304西林大桥荷载试验方案

西林大桥荷载试验方案XXX公司二一九年二月目 录1概况12试验目的33试验依据34荷载试验内容34.1静载试验34.2动载试验55结构有限元静力分析66试验计算及试验荷载86.1静载试验86.1.1静载试验荷载86.1.2加载方式与分级加载96.1.3静载加载位置与加载工况96.1.4试验加载程序166.2动载试验166.2.1动载试验荷载166.2.2动载加载方式167试验设备及试验方法167.1试验设备167.2静载试验测试方法177.3动载试验测试方法178试验数据分析188.1静载试验188.2动载试验209控制措施2110试验配合工作及试验实施注意事项2210.1试验配合工作2210.2试验实施注意事项2211安全保障措施、质量保证措施2311.1安全保障措施2311.2质量保证措施2311.3进度保证措施24西林大桥荷载试验方案1 概况西林大桥位于内江市西林大道，跨越沱江，是一座空腹式钢筋混凝土箱型拱桥。桥梁全长484.25m，总宽16.5m。桥面布置为：3m（栏杆及人行道）+10.5m（行车道）+3m（栏杆及人行道）。桥梁上部结构为673m+20m空腹式钢筋混凝土箱型拱桥，第2跨第7跨主拱圈为等截面悬链线拱轴，采用密排封闭箱形断面，矢跨比为1/7，拱轴系数m=2.514。腹拱拱圈为等截面悬链线混凝土拱板，拱轴系数m=4.324，矢跨比1/6。主拱圈横向由8片300号钢筋混凝土拱箱组成，每片拱箱分三段预制吊装。拱圈为200号钢筋混凝土预制块，用75号水泥砂浆砌筑而成，采用无支架施工。第2跨第7跨每孔主拱圈拱上设置8个实腹拱圆弧小拱，拱跨5m，矢跨比1/6，腹拱圈由分片预制的拱圈块件吊装拼组而成，腹拱圈安砌对缺角处的伸出钢筋进行焊接和浇筑混凝土，以增强横向整体性。下部结构为重力式桥台，台身采用150号片石混凝土修筑；桥墩均采用钢筋混凝土结构；其中2#、3#桥墩基础为桩基础。地基材料上层为砂卵石，下层为砂岩；1#、4#、5#桥墩基础为重力式基础，地基材料上层为砂岩，下层为泥质砂岩；6#桥墩为重力式基础，地基材料上层为砂质泥岩，下层为砂岩。桥面铺装采用沥青混凝土；两侧栏杆均设置钢筋混凝土栏杆；本桥依靠泄水孔进行排水；人行道由混凝土预制块件和现浇路缘石组成；伸缩缝采用型钢伸缩缝，全桥共设置12道，伸缩缝宽2cm，为防止被堵塞，封内用沥青蔴絮填充；桥面设置照明设施和交通标志线，桥面设有路线指示牌。此外，全桥腹拱铰上方的侧墙、栏杆、缘石、人行道及桥面均设置贯通桥宽的伸缩缝及变形缝，变形缝不设缝宽，设缝处以油毛毡隔开。主要技术标准设计荷载：汽车-20级、挂-100，人群3.5KN/；通航标准：五级航道；设计洪水频率：1/100。本桥立面布置图详见图1.1，横断面布置图详见图1.2。第 24 页图1.1西林大桥立面布置图（单位：cm）图1.2 西林大桥横断面布置图（单位：cm）为了解结构的实际受力状况和工作性能，检验该桥桥跨结构的承载能力和使用性能是否满足设计要求，受委托，我单位对西林大桥进行荷载试验。为科学、有序地完成试验工作，特制定本试验方案。2 试验目的荷载试验工作，包括试验准备、理论计算、现场试验、对试验结果分析整理等一系列内容。根据相关试验准则、试验依据以及线路条件，确定本次试验的具体目的如下：1)通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力，检验桥梁结构实际性能，评价桥梁结构的实际工作状态及其与设计期望值的符合性；2)测定桥跨结构的固有频率、阻尼比，了解桥跨结构的自振特性和动力性能；3)检验桥梁在使用荷载汽车不同运行速度条件下的实际工作状态，测量在汽车活载作用下桥跨结构构件控制截面的动应变，分析评价桥梁的动力系数和桥梁的刚度是否满足有关要求；4)评价桥梁运行的安全性，桥梁是否满足设计及运营要求，为桥梁的管理、养护维修，积累技术资料；3 试验依据1) 公路桥梁荷载试验规程(JTG/T J21-01-2015)；2) 公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011)；3) 公路桥涵设计通用规范(JTJ 021-89)；4) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ 023-85)；5) 工程测量规范(GB50026-2007)；6) 相关设计资料。4 荷载试验内容根据委托内容，对673+20m空腹式钢筋混凝土箱型拱桥，现选择第三跨进行静、动载试验，针对该桥分别进行偏载加载和正载加载，先进行正载试验，再进行偏载。试验试验内容包括如下：4.1静载试验1、静载试验内容1) 第2跨拱脚附近梁体截面(A-A-2)最大负弯矩Mmin加载试验（中、偏载）；2) 第2跨拱肋L/4附近梁体截面(B-B-2)最大正弯矩Mmax加载试验（中、偏载）；3) 第2跨拱顶附近梁体截面(C-C-2)最大正弯矩Mmax加载试验（中、偏载）；4) 第3跨拱脚附近梁体截面(A-A-3)最大负弯矩Mmin加载试验（中、偏载）；5) 第3跨拱肋L/4附近梁体截面(B-B-3)最大正弯矩Mmax加载试验（中、偏载）；6) 第3跨拱顶附近梁体截面(C-C-3)最大正弯矩Mmax加载试验（中、偏载）；图4.1(a) 西林大桥第二跨试验断面布置（单位：cm）图4.1(b) 西林大桥第三跨试验断面布置（单位：cm）2、静载试验工况测试项目1) 加载截面的应力测试；2) 加载截面的挠度及支点挠度测试；3) 试验过程中，控制截面的裂缝及其它异常情况观测。3、横断面测点布置(1)横断面静应变测点布置图4.2(a) 第二、三跨A-A/B-B断面静应力测点布置示意图（单位：cm）图4.2(b) 第二、三跨C-C断面静应力测点布置示意图（单位：cm） (2)横断面挠度测点布置图4.3 第二、三跨试验截面横向挠度测点布置示意图（单位：cm）4.2动载试验1、动载试验内容1) 脉动试验，用于测定结构固有振动特性，包括试验跨的频率、振型及临界阻尼比；2) 行车试验，用于测定桥面铺装层完好时，桥跨结构跨中截面(C-C)处在运行车辆荷载作用下桥跨结构的动力反应；3) 跳车试验，模拟在桥面铺装局部损伤情况下，桥跨结构跨中截面(C-C)处在运行车辆荷载作用下的动力反应。2、动载试验工况测试项目1) 试验跨桥跨结构固有振动频率、临界阻尼比；2) 试验跨行车速度为5、10、20（直至设计时速）的行车冲击系数；3) 试验跨跳车速度为5、10、15、20km/h的跳车冲击系数。3、动载试验测点布置图4.5 第二、三跨C-C试验断面动应力测点布置示意图（单位：cm）5 结构有限元静力分析对西林大桥进行建模分析得出内力包络图和试验弯矩图如下图所示：图5.1 西林大桥活载弯矩包络图图5.2 西林大桥活载轴力包络图图5.3 西林大桥A-A-2工况弯矩图图5.4 西林大桥B-B-2工况弯矩图图5.5 西林大桥C-C-2工况弯矩图图5.6 西林大桥A-A-3工况弯矩图图5.7 西林大桥B-B-3工况弯矩图图5.8 西林大桥C-C-3工况弯矩图6 试验计算及试验荷载6.1静载试验6.1.1静载试验荷载本次静力试验荷载拟采用400kN载重汽车充当，就某一检验项目而言，所需车辆荷载的数量，根据设计控制荷载产生的该检验项目(内力和位移等)的最不利效应值，宜满足下式所定原则等效换算而得： (6.1)式中，Ss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；S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；m按规范取用的冲击系数值；hq静力试验荷载效率。对该桥而言，根据设计控制荷载计算各控制截面的内力或变形，并依此进行试验荷载设计，本桥选定400kN的载重汽车为加载车辆。各桥试验加载的效率系数见表6.1，从表中可以看出，各工况荷载效率系数介于0.971.05之间，处于规范规定的0.851.05的范围。加载车辆立面及平面图见图6.1所示。 (a)加载汽车车辆立面（单位：cm） (b)加载汽车车辆平面图（单位：m）图6.1 汽车荷载分布(长度单位：m) 表6.1 各桥跨静力加载工况的计算弯矩、试验弯矩及相应的荷载效率系数试验截面计算弯矩（kN.m）试验弯矩（kN.m）效率系数第2跨拱脚附近梁体截面(A-A-2)最大负弯矩Mmin加载试验-4985-48140.97第2跨拱肋L/4附近梁体截面(B-B-2)最大正弯矩Mmax加载试验448447211.05第2跨拱顶附近梁体截面(C-C-2)最大正弯矩Mmax加载试验419843421.03第3跨拱脚附近梁体截面(A-A-3)最大负弯矩Mmin加载试验-4949 -47950.97第3跨拱肋L/4附近梁体截面(B-B-3)最大正弯矩Mmax加载试验4582 46871.02第3跨拱顶附近梁体截面(C-C-3)最大正弯矩Mmax加载试验407642331.046.1.2加载方式与分级加载为了获得结构试验荷载与变位关系的连续曲线和防止结构意外损伤，针对不同检验项目，静力试验荷载分别按23级加载，2级卸零；加载方式为单次逐级递增到最大荷载，然后卸到零级荷载。静力试验荷载的加载分级，主要依据试验加载车在检验项目(主要为内力)影响面内纵横向位置的不同以及加载车数量多少而分成设计控制荷载产生的该检验项目最不利效应值的50%、75%、90%和100%。6.1.3静载加载位置与加载工况加载位置与加载工况的确定主要依据的原则是：尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率，同时应考虑简化加载工况，缩短试验时间，并在满足试验荷载效率的前提下对加载工况进行适当合并，每一加载工况依据控制检验项目设置，同时兼顾其他检验项目。详细加载位置如下图所示，编号为的车辆为第一级加载，编号为的车辆为第二级加载。1、第二跨加载图图1 A-A-2工况中载加载车辆平面布置图（单位：cm）图2 A-A-2工况偏载加载车辆平面布置图（单位：cm）图3 B-B-2工况中载加载车辆平面布置图（单位：cm）图4 B-B-2工况偏载加载车辆平面布置图（单位：cm）图5 C-C-2工况中载加载车辆平面布置图（单位：cm）图6 C-C-2工况偏载加载车辆平面布置图（单位：cm）2、第三跨加载图图1 A-A-3工况中载加载车辆平面布置图（单位：cm）图2 A-A-3工况偏载加载车辆平面布置图（单位：cm）图3 B-B-3工况中载加载车辆平面布置图（单位：cm）图4 B-B-3工况偏载加载车辆平面布置图（单位：cm）图5 C-C-3工况中载加载车辆平面布置图（单位：cm）图6 C-C-3工况偏载加载车辆平面布置图（单位：cm）6.1.4试验加载程序1、工况A-1工况A-2工况A-3工况A-4回0；2、重复工况A回0；3、其他工况加载程序同上。6.2动载试验6.2.1动载试验荷载动载试验加载采用静载试验中的载重货车。6.2.2动载加载方式1、脉动试验在桥面无任何交通荷载以及桥梁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幅振动响应。脉动试验主要测定桥跨结构固有模态频率和临界阻尼比。2、行车试验动载试验包括行车试验和跳车试验，先进行无障碍行车试验，再进行跳车试验。(1)无障碍行车试验在桥面无任何障碍的情况下，用1辆载重汽车沿桥梁车道中心线，依次按5、10、20（直至设计时速）的速度往返通过桥跨结构，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动力响应和冲击系数。(2)跳车试验荷载及其作用方法与无障碍行车试验相同。不同的是，需在桥跨结构选取的典型试验截面处桥面上设置高7.5cm、底宽30cm(弓形木板制作)的障碍物，模拟桥面铺装局部损伤状态，以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力响应和冲击系数。跳车速度依次为5、10、15、20km/h。7 试验设备及试验方法7.1试验设备据试验方法及测试内容，并根据其测量的精度要求选用的主要设备见表6.1。表7.1 试验仪器设备表序号仪器设备名称数量用途1静态数据记录系统2静载试验数据测试2数字应变仪1静载试验数据测试3动态数据采集系统2动载试验数据测试4百分表(30)若干挠度测试5百分表(50)若干挠度测试6笔记本电脑4数据存储、处理7红外测温仪2温度测试850m钢卷尺4轮位确定9钢卷尺4轮位确定10便携型测微显微镜2裂缝宽度测试注：应变片、打磨机、屏蔽线等小型仪器设备未列入上表。7.2静载试验测试方法1、应力测试，采用在试验截面粘贴应变片(阻值120W)测试应变/应力，并通过不同位置补偿点实现对环境温度等因素的补偿，应变采用数字应变仪自动采集存储。2、变形测试，采用采用百分表或水准仪对桥跨结构的变位进行测试。3、温度测量，采用红外温度测试仪测量试验截面表面的温度及环境温度。7.3动载试验测试方法1、脉动试验在桥面无任何交通荷载以及桥梁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幅振动响应。脉动试验主要测定桥跨结构下列固有模态频率及临界阻尼比。2、无障碍行车试验在桥面无任何障碍的情况下，用1辆重载汽车(重约400kN)沿桥梁中心线左右一定间距同向行驶，以5km/h、10km/h的速度往返通过桥跨结构，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动力响应及冲击系数。动应力测点图7.1 行车试验示意图3、跳车试验动载试验荷载及其作用方法与无障碍行车试验相同。不同的是，需在桥跨结构试验截面处桥面上设置障碍物(其横截面为弓形，底宽30cm，矢高7cm)模拟桥面铺装局部损伤状态，以测定桥跨结构在不良桥面状态下运行车辆荷载作用的动载反应，行车速度为5、10、15、20km/h，具体方法见图7.2。图7.2 有障碍行车试验示意图4、结构冲击系数：利用动应力曲线推求梁体断面的冲击系数。8 试验数据分析8.1静载试验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： (8.1.1)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。 (8.1.2)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。2、 各测点变位(挠度，位移，沉降)与应变的计算1) 总变位(或总应变)： (8.1.3)2) 弹性变位(或弹性应变)： (8.1.4)3) 残余变位(或残余应变)： (8.1.5)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。3、 测点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： (8.1.6)式中，测点应力；构件材料的弹性模量；测点实测应变值。4、 主要测点的校验系数及相对残余变形的计算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： (8.1.7)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)： (8.1.8)式中，相对残余变位(或应变)，、意义同前。5、 裂缝发展情况若结构存在既有裂缝，加载过程中应对裂缝发展情况进行观测、记录。对于可能出现裂缝的截面，当截面拉应力较大时也应进行检查裂缝的出现情况。1) 当裂缝数量较少时可根据试验前后观测情况及裂缝观测表对裂缝状况进行描述。2) 当裂缝发展较多时应选择结构有代表性部位描绘裂缝展开图，图上应注明各加载程序裂缝长度和宽度的发展。6、 变形结果分析将实测变形与理论计算值进行比较，计算各工况实测竖向结果的平均值、理论计算值及结构校验系数。按照公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011)规定，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。7、 应力结果分析按照公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011)规定，实测值与计算值进行对照，如满足规范限值，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。8.2动载试验1、 动载试验资料的整理分析1) 行车试验的动力试验荷载效率可按下式计算： (8.2.1)式中，动力试验荷载作用下控制截面最大内力或变位计算值；标准汽车荷载作用下控制截面最大内力或变位计算值(不计汽车荷载冲击系数)。2) 实测的活载动力增大系数，可根据测记的测点动挠度或动应变时间历程曲线进行整理分析，按下式计算： (8.2.2)式中，在动力荷载作用下该测点最大挠度(或应变)值；根据动力响应时程曲线分析得到该测点在最大冲击状态下的平均值。 (8.2.3)式中，为与相对应的最小挠度(或应变)值。3) 实测的活载冲击系数可按下式计算： (8.2.4)式中，、的意义同上。4) 根据不同车速的活载冲击系数或动力增大系数，绘制活载冲击系数或动力增大系数与车速的关系曲线，并求出活载冲击系数的最大值。5) 结构自振频率，根据脉动试验测记的测点随机振动响应信号分析而得。6) 桥梁结构阻尼比根据频谱分析得出的测点自功率谱图，用半功率点带宽按下式计算： (8.2.5)式中，第i阶自振频率相应的半功率点带宽，即0.707倍功率谱峰值所对应的频率差；第i阶自振频率。2、 动载试验结论1) 用动应变分析得到的桥梁冲击系数，判定结构在荷载作用下的冲击响应；2) 实测桥梁的频率与理论计算频率进行比较，判定桥梁动力特性。9 控制措施1、试验指挥人员在加载试验过程中应随时掌握各方面情况，对加载进行控制。既要取得良好的试验效果，又要确保人员、仪表设备及桥梁的安全，避免不应有的损失。应严格按设计的加载程序进行加载，荷载的大小，截面内力的大小都应由小到大逐渐增加，并随时作好停止加载和卸载的准备。2、对加载试验的控制点应随时观测，随时分析并将试验结果报告试验指挥人员，如试验值超过计算值较多，则应暂停加载，待查明原因再决定是否继续加载。试验人员如发现其它测点的测试值有较大的反常变化也应查找原因，并及时向试验指挥人员报告。3、加载过程中应指定人员随时观察结构各部位可能产生的新裂缝，注意观察构件薄弱部位是否有开裂、破损，组合构件的结合面是否有开裂错位，支座附近混凝土是否开裂，横隔板的接头是否拉裂，结构是否产生不正常的响声，加载时墩台及桥塔是否发生摇晃现象等等。如发生这些情况应报告试验指挥人员，以便采取相应的措施。4、终止加载控制条件。发生下列情况应中途终止加载：1)控制测点应力值已达到或超过理论计算的控制应力值时；2)控制测点变位(或挠度)超过规范允许值时；3)由于加载，使结构裂缝的长度，裂缝宽度急剧增加，新裂缝大量出现，裂缝宽度超过允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时；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时；5)发生其它损坏，影响桥梁承载能力或正常使用时。10 试验配合工作及试验实施注意事项在正式试验期间，试验桥跨的材料强度要达到设计强度等级；在试验期间，需注意以下各款项：10.1试验配合工作试验准备及试验实施期间要求建设单位提供其它的配合工作：1)在现场仪器安放位置搭设雨蓬，对仪器进行防护；2)对于所安装仪器设备，试验单位需安排专人进行守卫；3)必须确保供电稳定，同时为保证正常供电，要求配备电工随时候用。10.2试验实施注意事项试验期间要求配合单位共同完成以下工作：1)与试验无关人员不得进入桥梁，高空作业人员在岗必须系安全带；2)正式试验期间，不得使用与试验无关的具有电磁干扰作用的电子设备，如与试验无关的相同频率对讲机、移动电话等；3)要求加载货车车辆驾驶员行车平稳，听从试验指挥小组指挥；4)试验加载货车车辆在桥梁外等待