六安皋城东路桥荷载试验方案

目录1项目概述12试验目的13试验依据24静载试验241静载试验内容2411试验跨段的确定2412静载试验内容342静载测点布置4421弯曲应变（应力）测点44211典型测点布置44212A断面测点布置44213B断面测点布置54214C断面测点布置5422结构剪应变（剪应力）测点布置5423挠度测点64231桥梁挠度测量方法643试验荷载6431加载车辆6432试验车辆荷载横向布置744静载试验工况7441工况74411测试项目74412测试内容74413试验荷载效应计算84414试验分级与加载步骤8442工况94421测试项目94422测试内容94423试验荷载效应计算94424试验分级与加载步骤10443工况114431测试项目114432测试内容114433试验荷载效应计算114434试验分级与加载步骤12444工况V12测试项目12测试内容13试验荷载效应计算13试验分级与加载步骤13445工况V14测试项目14测试内容14试验荷载效应计算14试验分级与加载步骤15446工况V16测试项目16测试内容16试验荷载效应计算16试验分级与加载步骤17447试验荷载效率18试验荷载效率系数18各工况效率系数195静载试验过程1951试验准备1952试验实施2053试验加载控制与安全措施2054加载的控制2055测点的观测2156加载过程的观察2157加载过程中裂缝监控2158终止加载控制条件216仪器设备及测试系统2261挠度测量方法2262应力测试方法2263部分采集系统框图23631RSQL06E型桥梁及结构应力检测系统23632HY65B3000B数码静态应变传感器237试验概况268动载试验方案设计及检测过程2681模态试验2682动力试验测试内容2683动力试验测试项目及其测试方法2684动力试验的测点布置2785试验设备279检测结果2791位移检测结果分析2792应变检测结果分析2893动载检测结果分析29931冲击系数试验结果29932模态试验结果3010裂缝观测3111试验结论及建议311项目概述皋城东路桥位于六安市区通往外环线的皋城路上，桥梁设计起点桩号36055M，终点桩号74145M，设计全长3809M，其中主桥长13637M，中跨横跨淠河总干渠，引桥长24453M。主桥为3跨预应力混凝土变高度直腹板式连续箱梁，单箱单室。其跨度布置为3792M（边跨）56M（中跨（3792M（边跨），箱梁顶宽1425M，底板宽70M，梁高在桥墩处为310M，在跨中及端部为150M，箱梁底板厚度和梁高均按二次抛物线变化。设计荷载汽车超20级，挂车120级桥面布置4M人行道211M行车道4M人行道，全宽300M。现对皋城东路桥主桥桥梁的右幅进行桥梁的静载试验的检测工作。主桥的立面图和箱梁的横截面图分别见图11和图12。56M37923792图11皋城东路桥主桥试验跨段布置图（单位M）图12皋城东路桥主桥试验跨段断面图2试验目的（1）通过静载试验，掌握结构的现有工作状况，判断桥梁的实际工作状况是否符合设计要求或处于正常受力状态。（2）通过动载试验，测得在移动车辆荷载作用下桥梁结构实际的动态增量，进而判别结构在受到不同动荷载作用下的动态反应是否在桥梁的一般容许范围内。（3）通过动力特性试验，了解桥跨结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力性能。（4）通过静、动载试验研究和理论计算分析，对桥梁的承载能力及工作状况做出综合评价。（5）通过静、动载试验来检验桥梁结构的质量，说明工程的安全度和可靠性，为桥梁的竣工验收提供依据，同时为桥梁后期的养护以及长期监测等积累资料。3试验依据（1）公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG/TJ212011）；（2）公路工程技术标准（JTGB012003）；（3）公路桥涵设计通用规范（JTGD602004）；（4）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD622004）；（5）大跨径混凝土桥梁的试验方法（YC4/1982）。4静载试验41静载试验内容411试验跨段的确定1该跨段在构造上受力较不利。2该跨段所处的位置便于设置测点，试验时便于加载。3选择该典型跨段进行试验，其试验结果基本可以代表同类桥跨的结构状况。4招标文件中指定的检测跨段。皋城东路桥主桥属于旧桥改造项目，引桥部分桥跨采用了旧桥的箱梁梁板，基于以上原因，经综合考虑，确定对皋城东路桥主桥中采用旧桥梁板和新建基础的桥跨进行荷载试验。412静载试验内容该静载试验主要测试主梁各控制截面或构件的最大内力，根据其内力包络图和结构定期检测的结果，确定其内力最不利位置。由桥梁结构分析软件MIDAS/CIVIL2006计算得出的弯矩包络图如图41所示。根据公路桥梁承载能力检测评定规程和大跨径混凝土桥梁的试验方法的规定，并经过精确的结构分析计算确定该联的内力控制断面。经过分析，确定的3个主要内力控制断面分别为1第1跨最大正弯矩断面；2支点负弯矩断面；3第2跨跨中最大正弯矩断面；对应于这3个内力控制断面，确定个静载试验工况，即工况、工况、工况，工况V、工况V、工况V。图41标准活载作用下全跨弯矩MY包络图由以上包络图可知，3跨预应力混凝土连续箱梁弯矩，沿桥跨纵向正弯矩以边跨作为控制、负弯矩以次边墩作为控制，经分析确定3个主要内力控制断面见图42所示。图42各测试控制断面布置图（单位CM）由控制断面确定的荷载试验工况及试验内容如下，具体位置如图421工况A截面处箱梁最大内力及挠度的对称加载试验；2工况A截面处箱梁最大内力及挠度的偏心加载试验；3工况次边墩近支点B截面处箱梁最大内力的对称加载试验；4工况次边墩近支点B截面处箱梁最大内力的偏心加载试验；5工况V第二跨跨中C截面处箱梁最大内力及挠度的对称加载试验；6工况第二跨跨中C截面处箱梁最大内力及挠度的偏心加载试验；42静载测点布置421弯曲应变（应力）测点4211典型测点布置主梁每个正负弯矩控制断面至少布置8个应力（应变）测点，主要测试纵梁等构件各控制断面在最大弯矩作用下的受力状况。各控制断面的典型测点布置见图43。图43断面弯曲应力典型测点布置图4212A断面测点布置主梁A断面正弯矩控制截面布置8个应力（应变）测点，测试纵梁在各级试验荷载和最大弯矩作用下的受力状况。A断面测点布置见图44。13A452图44A断面弯曲应力测点布置图4213B断面测点布置主梁B断面负弯矩控制截面布置5个应力（应变）测点，测试纵梁在各级试验荷载和最大弯矩作用下的受力状况。B断面测点布置见图45。134B2图45B箱梁断面弯曲应力测点布置图4214C断面测点布置主梁C断面正弯矩控制截面布置5个应力（应变）测点，测试纵梁在各级试验荷载和最大弯矩作用下的受力状况。C断面测点布置见图46。134C2图46C箱梁断面弯曲应力测点布置图422结构剪应变（剪应力）测点布置在支点截面附近处腹板表面布置1组应变花，主要测量支点附近结构在中性轴附近的剪应力和主拉应力。采用直角型应变花，1组直角型应变花由3支呈45间隔分布的传感器组成。3支传感器编号分别为E0、E45、E90。腹板表面应变花测点的具体构造见图47。图47应变花具体构造图（单位CM）423挠度测点4231桥梁挠度测量方法桥梁挠度测量根据现场具体条件和情况选择使用电测位移计、激光挠度仪或精密水准仪进行各测点的挠度测量。具体布置方法见图图48。在该荷载试验中主要使用电测位移计法进行全桥挠度的测量。图48位移计法示意图43试验荷载431加载车辆39T试验加载车型见图49所示。320CM78KN156KN8图49试验加载车型图（单位CM）432试验车辆荷载横向布置本桥桥面宽为9M，拟采用39T双后轴载重车进行加载。横向均布设2列车。汽车横向布置见图410图411。1308单位CM8图410试验荷载横向对称加载布置图（单位CM）5单位图411试验荷载横向偏心加载布置图（单位CM）44静载试验工况441工况4411测试项目边跨A断面处箱梁最大内力及挠度的对称加载试验。4412测试内容测试A断面处控制断面测点的应力和挠度变化。4413试验荷载效应计算该控制断面处的弯矩影响线见图412，挠度影响线见图413。该断面处的理论弯矩效应内力计算值见图414。该控制断面处的试验荷载纵向布置见图415。图412A断面处弯矩影响线图图413A断面处挠度影响线图图414A截面处最大弯矩理论效应图图415A断面处试验荷载纵向布置图（单位CM）4414试验分级与加载步骤工况的各对称加载步骤12载车辆布置见布载图，图416图417。图416工况对称加载步骤1布载图图417工况对称加载步骤2布载图图418工况对称加载步骤3布载图442工况4421测试项目边跨A断面处箱梁最大内力及挠度的偏心加载试验。4422测试内容测试A断面处控制断面测点的应力和挠度变化。4423试验荷载效应计算该控制断面处的弯矩影响线见图418，挠度影响线见图419。该断面处的理论弯矩效应内力计算值见图420。该控制断面处的试验荷载纵向布置见图421。图419A断面处弯矩影响线图图420A断面处挠度影响线图图421A截面处最大弯矩理论效应图图422A断面处试验荷载纵向布置图（单位CM）4424试验分级与加载步骤工况的各偏心加载步骤13，加载车辆布置见布载图422图423。图419工况偏心加载步骤1布载图图420工况对称加载步骤2布载图图421工况对称加载步骤2布载图443工况4431测试项目B断面处最大内力对称加载试验。4432测试内容测试B断面处控制断面测点的应力变化。4433试验荷载效应计算该控制断面处的弯矩影响线见图429。该断面处的理论弯矩效应内力计算值见图430。该控制断面处的试验荷载纵向布置见图431。图429B断面处弯矩影响线图图430B断面处最大弯矩理论效应图图431B截面处试验荷载纵向布置图4434试验分级与加载步骤工况的各对称加载步骤14加载车辆布置见布载图，图432图434。图432工况对称加载步骤1布载图图433工况对称加载步骤2布载图图434工况对称加载步骤3布载图444工况V测试项目B断面处最大内力偏心加载试验。测试内容测试B断面处控制断面测点的应力变化及挠度变化。试验荷载效应计算该控制断面处的弯矩影响线见图435。该断面处的理论弯矩效应内力计算值见图436。该控制断面处的试验荷载纵向布置见图437。图435B断面处弯矩影响线图图436B断面处最大弯矩理论效应图图437B截面处试验荷载纵向布置图试验分级与加载步骤工况V的各对称加载步骤V1V4加载车辆布置见布载图，图438图440。图438工况V对称加载步骤V1布载图图439工况V对称加载步骤V2布载图图440工况V对称加载步骤V3布载图445工况V测试项目C断面处箱梁最大内力及挠度的对称加载试验。测试内容测试C断面处控制断面测点的应力变化。试验荷载效应计算该控制断面处的弯矩影响线见图441，挠度影响线见图442。该断面处的理论弯矩效应内力计算值见图443。该控制断面处的试验荷载纵向布置见图444。图441C断面处弯矩影响线图图442C断面处挠度影响线图图443C断面处最大弯矩理论效应图图444C截面处试验荷载纵向布置图试验分级与加载步骤工况V的各对称加载步骤V1V4加载车辆布置见布载图,图445图448。图445工况V对称加载步骤V1布载图图446工况V对称加载步骤V2布载图图447工况V对称加载步骤V3布载图446工况V测试项目C断面处箱梁最大内力及挠度的偏心加载试验。测试内容测试C断面处控制断面测点的应力变化。试验荷载效应计算该控制断面处的弯矩影响线见图449，挠度影响线见图450。该断面处的理论弯矩效应内力计算值见图451。该控制断面处的试验荷载纵向布置见图452。图449C断面处弯矩影响线图图450C断面处挠度影响线图图451C断面处最大弯矩理论效应图图452C截面处试验荷载纵向布置图试验分级与加载步骤工况V的各对称加载步骤V1V4加载车辆布置见布载图，图453图456。图453工况V对称加载步骤V1布载图图454工况V对称加载步骤V2布载图图455工况V对称加载步骤V3布载图447试验荷载效率试验荷载效率系数由于荷载试验就是将标准设计荷载或标准设计荷载的等效荷载施加于实桥的特定位置，对实桥结构的应变分布、变形进行检测，以此对实桥结构的性能作出判断，从而达到检验桥梁结构的设计理论和计算方法是否合理，检验桥梁结构设计与施工质量，判断桥梁结构实际的承载等级的目的。为了达到以上目的，必须保证试验荷载的加载效果，加载效果由荷载效率系数进行控制。要求选择的基本试验荷载应对结构控制截面产生的荷载效应与设计的荷载效应相接近，其接近的程度可用静载试验效率系数来表达。QQ1STAS（）S试验荷载作用下控制截面最不利效应计算值；STAS设计标准荷载作用下控制截面最不利计算值；按规范计算的冲击系数。正常试验条件下应满足下列条件08105QQ各工况效率系数各工况的试验荷载效率系数见表41。表41各工况荷载效率系数表加载工况标准荷载理论弯矩值KNM试验荷载计算弯矩值KNM试验荷载效率系数工况工况工况工况V工况V工况V5静载试验过程51试验准备1该桥的荷载试验按规定时间进场作业。2召开动员会，明确各专业组分工和各组负责人责任。3经过前期准备、桥况详查，进行测点和试验项目调整。4设置测点、基准点。5在桥面划出车道线、载位线。6解各工况，对可以合并的工况步骤进行合并利用，尽量减少加载阶段，提高试验效率，缩短试验时间。7连接仪器设备，通电检查各个系统工作是否正常。8进行全体人员合练，模拟试验过程，发现问题及时解决。9根据天气情况，最终确定加载时间。52试验实施1该桥静载试验按规定时间按拟订加载方案开始。2全桥预压，车队以5KM/H的速度驶过试验段桥面，然后退回预定停车位置。3按拟定的试验工况加载，每个工况按先初读数（归零）加载读数稳定读数卸载读数稳定读数，进行数据采集。4监控试验过程，发现试验异常，立即中止试验；对试验异常的判断和试验中止条件按下节“试验控制与安全”要求处理。5于当日完成全桥的静载试验。6整理试验资料和电子数据，确认试验成果。7确定试验现场作业结束。8清理试验现场。53试验加载控制与安全措施试验指挥人员在加载试验过程中随时掌握各方面的情况，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。54加载的控制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。55测点的观测对加载试验的控制点应随时观测，随时计算并将计算结果报告试验指挥人员，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。56加载过程的观察加载过程中应指定人员随时注意观察以下各种状况1结构各部位可能产生的新裂缝；2注意观察构件薄弱部位是否有开裂、破损；3组合构件的结合面是否有开裂错位；4支座附近混凝土是否开裂；横隔板的接头是否拉裂；5结构是否产生不正常的响声；6加载时墩台是否发生摇晃现象等等。如发生以上这些情况应报告试验指挥人员，以便采取相应的措施。57加载过程中裂缝监控此项检查分为3个部分1在对全桥进行外观普查过程中对裂缝情况进行观察、记录。2是静载试验前对被试验梁的裂缝位置、长度、缝宽等进行观测。3试验过程中及试验后观测有无新裂缝产生、裂缝开展情况等，并作出记录。58终止加载控制条件发生下列情况应中途终止加载1控制测点的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。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，缝宽急剧增加，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过多时。5发生其他损坏，影响桥梁承载能力或正常使用时。6仪器设备及测试系统本桥静载试验拟使用的仪器设备清单、仪器精度列于表61。表61配备本项目实施的主要仪器设备表序号名称型号数量备注1静数据采集仪TDS303一套2莱卡精密水准仪NA2一套含铟钢标尺3桥梁及结构应力检测系统RSQL06E型一套4力试验静态应变传感器HY65B3000B型若干以上采用的仪器设备都是国内外目前用于土木工程测试最为先进的仪器设备，仪器测试精度高、长期稳定性和可靠性好。61挠度测量方法挠度测量采用挠度计进行测量。62应力测试方法应力测试采用振弦式混凝土表面应变计测试应变，再通过计算公式换算成应力。63部分采集系统框图631RSQL06E型桥梁及结构应力检测系统1、完全数字化传感技术，使桥梁检测中各测点方便的采用不同要求的传感器来测试，如沉降测试、挠度测试、应变测试、倾角测试、位移及动应变、动挠度测试等，采用非线性磁性编码技术，较其他原理同类传感器更能适应恶劣的工程环境要求，抗干扰能力强，其精度、稳定可靠性均符合国家相关桥梁、结构检测规范标准要求。各传感器数字化集成，所有传感器在同一系统下工作，不同测试来源数据用同一软件采集、处理。解决了一个测试由多家或多种仪器传感器的制造厂家提供，兼容性不好、后处理能力不强的问题。2、系统中各种不同类别的传感器可重复多次使用，可方便地采用有线/无线网络通讯及遥测技术，现场安装、调试、连接十分简便，传感器使用寿命、安装成活率及工效成倍提高，系统组成、网络扩充、传感器选配积木化，维护、维修、校准十分方便，整机系统价格合理。3、智能传感器管理巡测软件，现场测试，实时记录、处理、显示，人机界面友好方便。632HY65B3000B数码静态应变传感器图61HY65B3000B数码静态应变传感器HY65B3000B数码应变表面传感器用来测量结构体在静荷载作用下产生的微应变。它是一种采用磁感位置编码技术研制而成新型应变传感器。内致有霍尔芯片、钐钴合金材料、美国进口16位单片机等当今最前沿电子芯片。HY65B3000B数码表面应变传感器由两部分组成HY65B3000B数码表面应变传感器宝石测头微动测头。其微动测头采用磁性恒力吸附技术，任意姿势均不受重力影响，无蠕变。它无需接二次仪表，直接以数码方式将测量值传送给专门配置的数显表或计算机显示。有线/无线传送距离可达1KM或更远。注（钐钴合金材料由稀土金属钐、钴组成，充磁后，其磁性特性十分良好。其居里点、磁积能等品质参数优良，广泛地应用于航空、航天仪表。）工作原理应变传感器的宝石测头与微动测头在接受到结构体表面变形时，其变形被传递到宝石测头，宝石测头带动内置钐钴合金材料移动，霍尔芯片在永久磁场中移动产生电压信号。此电压信号通过内致16位单片机经过非线性编码调制成RS485标准数字信号输出。A/D转换在传感器内部完成，从传感器出来的数字信号通过电脑中的采样分析软件自动记录、显示和存储。产品应用工程结构，如砼及构件；钢结构、岩体、及土木程结构中桥梁、板、柱等应变的量测。技术指标符合混凝土结构实验方法标准应变量程范围1500；测微量程范围150；应变最小分辨力01；标距150MM；测微最小分辨力002；零点漂移4/4H；温度漂移1/；输出方式数码输出；工作电压电流DC812V30MA；抗强磁能力2000A/M；工作温度2060湿度85RH；7试验概况荷载试验于2012年06月20日2000时正式开始，于2200时结束，试验时天气为晴，当时大气温度为20。整个试验过程中，封闭试验路段交通，避免其他车辆对试验的干扰，无异常情况发生。8动载试验方案设计及检测过程81模态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，通过力锤进行激励，测定激励的力信号及桥跨结构由于脉冲荷载激振而引起的结构振动响应。通过对力信号及结构响应信号进行模态分析即可得到结构固有频率、振型及阻尼比等参数。82动力试验测试内容模态试验主要测定各座桥梁引桥的激励信号以及相应测点的响应信号，通过模态分析得到桥梁的频率、振型和阻尼比等参数。83动力试验测试项目及其测试方法1桥跨结构的振动测试，在选定测点上安装891II型传感器，配信号放大器，由信号采集仪配以相关软件记录其输出信号。测定行车及跳车状态下振动信号。2桥跨结构的模态测试，通过安装在力锤锤头上的力传感器测试激励信号，在选定测点上安装891II型传感器测试桥梁结构的响应信号，配相应的信号放大器及滤波器，由信号采集仪配以相关软件记录其输出信号，通过多次测试进行平均。由信号处理分析仪进行频域和时域处理分析，通过模态分析软件进行桥梁的模态分析。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，测记时应实时监视振动响应信号的质量。84动力试验的测点布置模态试验以力锤作为激励信号，在一固定点进行激励，为了避开低阶重要模态的节点（振型为零）处，将激励点放在桥跨的1/4处，主要记录激励信号及桥跨结构振动响应。桥梁的测量断面选择在桥跨的四等分点以及桥墩上。测试断面上测点布置详见附图11、图12。85试验设备为了完成试验目的，在试验中使用了桥梁挠度测试系统以及桥梁振动测试系统。试验中用到的设备清单如表所示。表81动测试验设备表序号名称型号数量备注1光电桥梁挠度仪BJQN4型一套2智能信号采集处理分析仪INV306D一套3抗混滤波放大器INV6一套4力锤DFC1一套含力传感器5传感器891II垂直6个6便携式微机两套7弓形板高6CM4850米卷尺、万用表、螺丝刀等及其它常用工具名称长度数量总长150M1150米普通屏蔽信号线30M5150米测量导线高频信号传输线30M130米9检测结果91位移检测结果分析根据实际的加载车位置加载，计算出位移测点处的位移计算值和应变测点处的应变计算值。在静载试验中所测得的空心板梁截面各部位的挠度值，均为加载后的挠度增量，而未与已有恒载挠度值叠加。下面将计算的挠度增量值与实测的挠度增量值进行比较，比较采用校验系数（）的概念，10实测值计算值以百分比表达。表81及表82为各个工况计算位移值和实测位移值的比较，表中的负号“”表示位移向上，而正号“”表示位移方向为向下，同时也给出了各个工况桥面测点的校验系数。表81工况I挠度比较表测点编号计算值（MM实测值MM残余MM校验系数AL110931011095092AR110931085059099平均校验系数096表82工况II挠度比较表测点编号计算值MM实测值MM残余MM校验系数AL212601301073103AR2943981064104平均校验系数104从表81表82可以看出，各个工况的控制截面位移与计算位移的比值均小于10，说明刚度满足要求。92应变检测结果分析在静载试验中所测得的空心板梁截面各部位的混凝土应变值，均为加载后的应变增量，而未与已有恒载应变值叠加。下面将计算的应变增量值与实测的应变增量值进行比较，比较采用校验系数（）的概念，负应10实测值计算值变值代表混凝土受压，正应变值代表混凝土受拉。表83工况I应变比较表测点编号计算值实测值残余校验系数A119762001113101A221042007304095A321042021124096A419761909200097A565464745099A669672274104A769669199099A865462894096平均校验系数098表84工况II应变比较表测点编号计算值实测值残余校验系数A122792245218098A222052122254096A319732025176103A417041634201096A580078695098A677473863095A76936621