2012.检测的白屈港桥

浅谈白屈港桥荷载试验实施方案（无锡路桥集团股份有限公司）摘要：论述了白屈港桥荷载试验实施方案中应注意的一些问题，总结了桥梁荷载试验对桥梁技术状况及承载能力评定的重要性，为类似的桥梁荷载试验提供参考。关键词：白屈港桥；桥梁评定；静力荷载；动力荷载。.1桥梁概况白屈港桥位于惠山区堰新路其里程桩号为K3+520米K3+580米，跨白屈港河道，该桥与河道斜交，斜交角度为23。桥梁全宽34m，桥梁全长94.91m。该桥上部结构为13+3x20+13米跨径布置的简支板梁桥，横断面宽为34米。每孔有27块板梁，全桥共有20米板梁81块；全桥共有13米板梁54块；20米梁采用先张法预应力混凝土板梁，预制梁高度0.85米，预制板宽中板0.99米、边板1.37米，吊装重量中板21.2吨、边板25.7吨；13米梁采用普通钢筋混凝土板梁，预制梁高度0.7米，预制板宽中板0.99米、边板1.37米，吊装重量中板13.9吨、边板17.2吨。板梁间浇筑铰缝连接。桥梁全宽34m，2.5米（人行道）+4.0米（非机动车道）+3.0米（机非分隔带）+15.0米（机动车道）+3.0（机非分隔带）+4.0（非机动车道）+2.5（人行道）=34米。该桥下部结构为桥墩为分离式单排桩柱式桥墩，每个桥墩设8根1.2米的钻孔灌注桩基础。桥台为重力式U型桥台，桥台在分隔带处设沉降缝，缝宽2厘米，缝内塞沥青木板。该桥桥面铺装：采用8厘米钢筋混凝土铺装和4厘米沥青混凝土面层。人行道外侧设置锻铁栏杆。支座：20米梁支座采用TCYB200x42mm的球冠圆板式橡胶支座，13米梁支座采用TCYB150x42mm的球冠圆板式橡胶支座。伸缩缝采用CJX-959-40型伸缩缝装置 。设计荷载：汽-20，挂-100，人群-3.5kN/m2。修建年代：2003年。.2试验目的为了准确判断堰新路白屈港桥技术状况及承载能力，为制定合理可靠的处治方案提供详细的资料，本公司对白屈港桥进行荷载试验。(1) 对全桥进行检查，检查桥梁各部件的病害情况，对桥梁技术状况进行评定，并进行病害原因的初步分析。(2) 通过对桥梁主要构件材质状况详细检查，分析评价结构混凝土的耐久性，拟评定全桥混凝土结构劣化情况及桥梁耐久性指标。(3) 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设计要求相符，依据实测数据分析计算桥梁结构各控制断面的强度和刚度。(4) 通过测定桥跨结构的自振特性以及在试验动荷载作用下桥跨结构的动力反应，拟评定实际结构的动力性能。(5) 通过现场检查、加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，对实际结构承载能力做出评价，为桥梁维修加固提供技术依据。3试验依据(1)公路桥梁技术状况评定标准(JTG/T H21-2011)(2)公路桥涵养护规范(JTG H11-2004)(3)公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011)；(4)回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/T23-2011)(5) 管理单位提供的桥梁设计图纸及相关资料。4主要设备表序号设备名称设备编号目前状况主要功能备注1钢直尺7-08-2良好长度1个2混凝土回弹仪7-129良好砼强度1台3碳化深度测量仪7-130良好碳化1台4裂缝测宽仪7-131良好裂缝宽度1台5混凝土钢筋检测仪7-127良好保护层1台6塞尺7-65良好宽度1台7激光测距仪7-115良好测距1台8动态信号测试分析系统7-16良好动参数1台9静态信号测试分析系统7-31良好静参数1台10SONY数码相机/良好拍照2台11Tasco望远镜/良好检查2台12金杯面包车/良好交通1台13检测登高车/良好检测平台1台14桥梁检测车/良好检测平台若干15人字梯/良好检测平台1台16警告标志/良好安全若干17警告信号灯/良好安全若干18安全帽/良好安全若干19常规设备/若干5主要实施内容(1) 结构初始状态调查及表观缺陷检查，达到定期检查深度；(2) 通过模拟实际设计荷载效应，对桥梁结构进行荷载试验；(3) 依据检查结果和试验成果，提出桥梁维修或加固建议计划和初步方案。6结构初始状态调查及外观缺陷检查为便于试验精确合理评定试验测试结果以及正确解释试验现象，在试验前应通过桥跨结构外观质量调查和对有关资料的搜集分析，以达到对试验结构的全面了解。6.1结构初始状态调查为全面了解桥梁的历史，试验前根据试验实施的具体需要向业主、设计、施工和监理等有关方面搜集以下相关技术资料： 设计资料，包括：设计图纸、计算书、变更设计和作为设计依据的有关技术资料，相关施工监控和施工监测资料，相关科研资料等。 施工单位和监理单位提供认为对试验评定桥跨结构承载能力有帮助的施工和监理资料，包括：施工和监理日志、材料性能试验报告、施工观测记录、隐蔽工程验收记录、各分项或分部工程验收报告、工程质量事故检查及其处理情况等。6.2结构表观缺陷检查根据公路桥梁技术状况评定标准(JTG/T H21-2011)及公路桥涵养护规范(JTG H11-2004)对定期检查的要求，利用各种检测设备仪器及桥梁检测车直接接触桥梁的各个组成部分和附属设施，进行系统的检查，详细记录描绘桥梁构件表观缺损状况。1)桥面系：铺装层是否平整，有无裂缝、局部坑槽、波浪、碎边等；桥面横坡、纵坡是否顺适；人行道、栏杆等防护措施是否功能完好。2)桥头行车状况：桥面与引道衔接是否平顺，有无桥头沉陷、搭板破坏、桥头跳车。3)栏杆：有无撞坏、断裂、错位、缺失、混凝土剥落、露筋、钢筋锈蚀。4)桥台与基础的检查： 桥台及与基础有否滑动、倾斜、下沉、冻拔或冲撞损坏。 混凝土墩台及台帽有无冻胀、风化、腐蚀、开裂、剥落、空洞、露筋、变形等。 台背填土有无沉降、裂缝、挤压、受冲刷等情况。 基础下是否发生不许可的冲刷或淘空现象。5)桥跨结构的检查：检查梁体混凝土有无风化、剥落、破损、钢筋外露锈蚀等病害情况，并检查梁体是否存在不正常的变位；检查梁体是否有裂缝出现或裂缝的分布情况。对于预应力混凝土结构着重检查梁体有无裂缝出现，若存在裂缝的话则详细调查其分布情况(含长度、宽度、分布范围等)；6)检查支座工作是否正常，有无错位、断裂及脱空等情况；7)排水设施：桥面泄水管是否堵塞和破损；有无积水；桥头排水沟功能是否完好，锥坡有无冲蚀、塌陷。8)桥上交通安全设施：桥上交通信号、标志、标线、照明设施有无腐蚀、老化需要更换，是否适用。9)翼墙、侧墙、耳墙：检查其是否有开裂、倾斜、滑移、沉陷等降低或丧失挡土能力的状况。10)锥坡、护坡：检查其是否有冲刷、滑坍、沉陷等现象，造成坡顶高度显著下降。6.3技术状况评定桥梁构件的技术状况评分，按下式计算。 当时，当时，其中当，则桥梁部件的技术状况评分，按下式计算。 或 或 桥梁上部结构、下部结构、桥面系的技术状况评分按下式计算。 桥梁总体的技术状况评分，按下式计算。 以上公式中具体含义及权重取值请参阅公路桥梁技术状况评定标准(JTG/T H21-2011)相关内容。7静力荷载试验方案7.1主要工作内容桥梁的荷载试验是一项复杂而细致的工作，技术含量高，应根据荷载试验的目的进行认真的调查，必要时进行相关的理论分析。在此基础上周密地考虑试验的全过程，预计可能出现的问题及处理方法，制定出切实可行的试验方案。荷载试验的主要内容为：（1）荷载试验的目的；（2）试验的准备工作；（3）加载方案设计；（4）测点设置与测试；（5）加载控制与安全措施；（6）试验结果分析与承载力评定；（7）试验报告编写。7.2试验荷载根据桥梁的设计荷载，按汽车20级荷载标准的设计荷载及计算荷载效应较大的荷载等级加载，检验桥跨结构是否满足设计荷载等级要求。根据公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011)中的建议，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的取值范围为：0.951.05其中：=Sstat/(S)Sstat试验荷载作用下检测部位变位或力的计算值；S设计标准荷载作用下检测部位变位或力的计算值（不计动力系数）；设计取用的动力系数。也就是说，为了保证试验的有效性，必须使测试截面的试验荷载的效率系数大于或等于0.95。根据桥梁设计荷载等级，按照等代荷载的方式进行加载，计算确定试验孔的试验荷载的最低限。根据设计荷载等级，按照等代荷载的方式进行加载，计算确定各试验孔的试验荷载的最低限，并结合现场实际情况，选择满足试验的车辆和车重进行试验加载。7.3试验工况、加载车布置及测点布置7.3.1 试验工况为了满足鉴定桥梁承载力的要求：荷载工况选择应反映桥梁设计的最不利受力状态。在试验前，采用有限元法计算，计算桥跨结构在标准荷载作用下的挠度、内力、应力。选择其中边孔（13米空心板梁）作为试验孔。选择试验孔的原则为梁体受力状况最不利，桥跨结构病害较多，试验平台较为方便。根据桥梁现场调研,发现桥梁边孔板梁下存在较多横向裂缝和纵向裂缝、0#和5#桥台支座开裂严重，故选取此孔作为试验进行荷载试验。 根据荷载试验的上述目的、内容及试验桥梁的影响线，为使桥跨结构在最不利的荷载情况下加载检测，保证试验的有效性和合理性，选择跨中截面作为测试截面，确定试验工况如下：（1）工况：控制截面最大正弯矩加偏载；（2）工况：控制截面最大正弯矩加中载；另针对目前桥梁存在的缺陷，在试验工况设计中，考虑了荷载横向分布特性工况，以检验荷载分配对结构整体性能的影响。7.3.2加载车辆布置（1）加载车选择本桥具有通行车辆密集，运营车辆载重量大等特点，同时为了保证荷载试验过程对车辆运营带来的影响最低，本次试验前对试验荷载进行估算，根据估算结果选用加载车辆。（2）加载车横向布置根据桥梁横向分布系数应使桥跨结构在最不利的荷载情况下加载检测。加载车纵向布置为：加载车中轴与后轴的中心位于桥梁跨中断面之上。7.3.3 测点布置为了分析在试验荷载下的应力及变形状况，并根据上述试验工况，简支梁桥控制截面为跨中截面。（1）应变测点跨中截面梁底应变：采用应变片测试试验跨梁底应变，跨中截面每片梁底2点。（2）挠度测点跨中截面梁底位移：采用位移计测试梁底挠度，每片梁底1个位移计。7.4终止加载控制条件发生下列情况应中途终止加载：（a）控制测点应力值已达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时；（b）控制测点变位（或挠度）超过规范允许值时；（c）由于加载，使结构裂缝的长度、缝宽急剧增加，新裂缝大量出现，缝宽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；（d）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；（e） 发生其他损坏，影响桥梁承载能力或正常使用时。7.5试验过程及保证措施7.5.1 试验前准备正式加载试验之前，应完成如下准备工作。（1）先对试验孔按前述的应变和挠度测点布置方式进行放样。对应变测点位置进行打磨、找平处理后，粘贴电阻式应变计和焊接导线。期间即时量测应变计与导线的连通性及其电阻值的大小，以保证连接于同一扫描单元的应变计的电阻值相差在2欧姆以内。如果测点位置潮湿，则先用电吹风机烘干。（2）试验导线及联机调试等项准备工作就绪后，先进行预加载，以检验应变计，挠度计及采集记录仪器工作的可靠性。经检验无误后，才可正式试验。（3）加载试验前，对梁体表观缺陷全面检查。在加载测试过程中，密切关注裂缝发展变化状况，并检查梁体是否有新的裂缝产生。7.5.2 加载实施与控制（1）加载程序加载应在指挥人员指挥下严格按计划程序进行。采用车辆加载时，先由零载加至第一级荷载，卸载至零载；再由零载加至第二级荷载，卸至零载，直至所有荷载施加完毕，每一级荷载施加次序为纵向先施加重车，后施加两侧标准车；横向先施加桥中心的车辆，后施加外侧的车辆。（2）加载稳定时间控制为控制加卸载稳定时间，应选择一个控制观测点，在每级加载（或卸载）后立即测读一次，但当进行主要控制截面最大内力荷载工况加载程序时荷载在桥上稳定时间应不少于5min，对尚未投入营运的新桥应适当延长加载稳定时间。（3）加载过程的观察加载试验过程应对结构控制点位移（或应变）、结构整体行为和薄弱部位破损实行监控，并将结果随时汇报给指挥人员作为控制加载的依据。随时将控制点位移与计算结果比较，如实测值超过计算值较多，则应暂停加载，待查明原因再决定是否继续加载。试验人员如发现其他测点的测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。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。7.5.3 保证措施试验中为了尽可能地减少混凝土变形特性对试验结果的影响，采取以下保证措施：（1）所有测点均对称布置，取其平均值作为试验实测值；（2）静力荷载的持续时间。每次加载或卸载的持续时间取决于结构变位达到稳定标准时所需要的时间。要求在前一荷载阶段内结构变位相对稳定后，才能进入下一个荷载阶段。同一级荷载内，结构在最后5分钟内的变位增量小于前一个5分钟内变位增量的15%，或小于所用量测仪器的最小分辩值，则认为结构变位达到相对稳定。（3）静力试验的读数。全部测点在加载开始前均进行零级荷载的读数。以后每次加载或卸载后立即读数一次；并在结构变位稳定后，进入下一级荷载前再读数一次。只有结构变位最大的测点，需每隔5分钟读数一次，以观测结构变位是否达到稳定。8动力荷载试验8.1加载车辆在试验前，采用有限元法计算，计算桥跨结构的自振频率和振型。工况：汽车以不同车速（2050km/h）驶过桥面。工况：汽车在测试孔跨中急刹车（或跳车）。8.2动力荷载试验基本内容动力荷载试验包括：跑车试验、跳车（刹车）试验等试验测试内容。（1）跑车试验：用一辆计算吨位的重车分别以20 km/h、30 km/h速度在桥面行驶，测试在该工况下，桥梁的动力响应（动应变及加速度时程曲线）。（2）刹车（跳车）试验：用一辆计算吨位的重车从10厘米高的垫木上以后轮自由的落下或加载车辆在桥梁跨中紧急刹车，测试在该工况下，桥梁的动力响应（动应变及加速度时程曲线）。经过对实测信号的分析，可得到桥跨结构的固有频率、阻尼等自振参数，得到结构的固有模态特性。8.3测点布置（1）竖向加速度传感器：分别布置在测试跨的4分点位置处；（2）动应变测点：桥面跨中布置一个动应变测点，测量桥面系在跑车时引起的动态应变响应。8.4主要测试仪器动测测试采用静动态信号测试分析系统DH3817数据采集系统，以及DH610H拾振器。8.5理论计算结果通过有限元计算分析，得到结构理论振型及其振动频率9试验资料的整理分析9.1静载试验资料的整理分析(1) 试验资料的修正测值修正。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。温度影响修正。按下式进行温度修正计算： 式中：S 温度修正后的测点加载测值变化；S 温度修正前的测点加载测值变化；t 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；Kt 空载时温度上升10C 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。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可按下式计算： 式中：C 测点的支点沉降影响修正量； A支点到B支点的距离；x 挠度测点到A支点的距离；a A支点沉降量；b B支点沉降量。(2) 静力荷载试验的各测点实测变位（挠度，位移，沉降）与应变的计算如下进行：总变位（或总应变）：弹性变位（或弹性应变）：残余变位（或残余应变）：=Su Si其中： 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： 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。在主应力方向未知的平面应力状态下，采用应变片测量其应变时，测点应力可按下述公式进行计算：式中： 测点主应力； 测点最大剪力； 主应力方向角； 构件材料的弹性模量； 构件材料的泊松比； 应变花的计算参数。(4) 横向增大系数，可用实测的变位（或应变）最大值与横向各测点实测变位（或应变）平均值，按下式进行计算：(5) 荷载横向分布系数，可根据量测截面实测的各主梁或拱肋的测点挠度，按下式进行计算：式中： 试验荷载作用下，某一量测截面第i片主梁或拱肋的荷载横向分布系数； 试验荷载作用下，某一量测截面第i片主梁或拱肋的测点挠度； 主梁或拱肋的根数。(6) 主要测点的校验系数及相对残余变形的计算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：式中：Se 试验荷载作用下量测的弹性变位（或应变）值；Ss 试验荷载作用下的理论计算变位（或应变）值。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）：式中：相对残余变位（或应变），Sp、St意义同前。(7) 试验曲线的整理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。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。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。(8) 裂缝发展情况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。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。9.2动力荷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：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：式中： 在动力荷载作用下该测点最大挠度（或应变）值； 相应的静载作用下该测点最大挠度（或应变）。(3) 实测的活载冲击系数可按下式计算：(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，可根据桥梁跳车激振试验测记的测点余振响应信号分析而得，也可根据脉动试验测记的测点随机振动响应信号分析而得，还可根据行车试验测记的测点动挠度或动应变余振曲线分析而得。在进行桥梁模态分析，应考虑桥面附加质量的影响。如跳车激振试验，当激振荷载对结构振动具有附加质量影响时，可按下式对结构自振频率进行休修正：式中： 结构的自振频率； 有附加质量影响的实测自振频率； 结构在激振处的换算质量； 附加质量。(6) 桥梁结构的阻尼比，可根据跳车激振试验或行车试验测记的测点余振相应信号（振动衰减曲线），按下式进行计算： 式中： 测点阻尼比； 在振动衰减曲线上量取的波形数； 在振动衰减曲线上量取的第i个波形的幅值； 在振动衰减曲线上量取的第im个波形的幅值。(7) 桥梁结构阻尼比也可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： 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。9.3结构工作状况评定(1) 静载试验效率荷载试验原则上应尽量采用与控制荷载相同的荷载。但由于客观条件的限制，实际采用的试验荷载与控制荷载会有所不同。为保证试验效果，在确定试验荷载大小和加载位置时，采用静力荷载试验效率进行控制。静力试验荷载的效率按下式计算：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或变位的最大计算效应值；控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值； 按规范取用的冲击系数值； 静力试验荷载的效率。为保证试验效果荷载效率应介于0.951.05之间，对于旧桥建议采用较高的荷载效率。当温度变化对桥梁结构内力影响较大时，应选择温度内力较不利的季节进行荷载试验。否则，应考虑采用适当增大静