小龙高速公路对龙河大桥动静载试验检测方案

小龙高速公路对龙河大桥动静载试验检测方案

目录一、概述 1二、检测目的 2三、检测依据 3四、主要检测项目 4五、本试验组织机构 5六、动静载检测方法及主要仪器设备 66.1应变(应力)测试 66.2挠度(变形)测试 66.3动力特性测试 66.4试验检测设备 6七、静载试验 77.1加载效率 77.2加载车辆 77.3加载工况 87.4测点布设 107.5加载试验程序 117.6加载注意事项 12八、动载试验 138.1动载试验概述 138.2控制截面选择及测点布置 138.3试验荷载及工况 168.4结构动力分析 178.5试验过程 18九、试验人员组成及时间安排 209.1试验人员组成 209.2试验进度安排 20十、服务承诺及各项保证措施 2110.1试验安全措施 2110.2检测期内服务承诺 2110.3检测进度保障措施 2210.4环境、文明保证措施 2210.5服务保证措施 22小龙高速公路对龙河大桥动静载试验检测方案第7页小龙高速公路对龙河大桥动静载试验检测方案第1页小龙高速公路对龙河大桥动静载试验检测方案一、概述小龙高速公路对龙河大桥位于云南省境内。桥址位于两岔箐村附近，跨越对龙河。对龙河大桥为跨越对龙河以及两侧沟谷而设，梁桥长度和桥高主要受地形控制，不受设计水位等的影响。桥梁平面位于直线上，桥面横坡为双向2%，纵断面纵坡2.61%。桥梁起点桩号为K24+095.36，终点桩号为K24+744.64，中心桩号为K24+420.0，桥梁全长649.28m。桥梁跨径组成为（6×40）mT梁+（73+135+73）m连续刚构+（3×40）mT梁。主墩基础位于平坦河谷，最大墩高为103m。主桥为三跨预应力混凝土连续刚构桥，分离式断面，墩梁固结体系，单箱双室直腹板箱形截面。支点处梁高8.2m，跨中处梁高3.2m，箱梁高度按1.8次抛物线变化。箱梁顶板宽度为20.25m，底板宽度为13.0m。桥梁主要技术标准为：设计荷载公路—Ⅰ级；设计洪水频率1/100；水平向设计基本地震动峰值加速度为0.2g；基本设计风速取26.3m/s；整体均匀升降25℃，降温-25℃；结构安全等级：一级；环境类别Ⅰ类。

二、检测目的通过荷载试验，检验大桥的工程质量，验证结构的可靠性，为桥梁竣工验收提供必要的技术数据。通过实桥的静载试验，了解结构在试验荷载作用下的实际工作状态，检验结构承载能力是否达到设计标准。通过动力荷载试验，了解桥跨结构的自振特性，以及在长期使用荷载作用下的动力性能。为今后营运提供初始状态数据，建立大桥的原始档案。

三、检测依据1)《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）2)《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）3)《大跨径混凝土桥梁试验方法》（1982年）4)《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/TJ21-2015）5)《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）6)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62－2004）7)桥梁有关设计文件、施工图等技术资料

四、主要检测项目全面考察桥梁试验跨结构的现有状况。测试试验跨各控制断面在最不利荷载作用下的应力及应力分布情况。测试试验跨各控制断面在最不利荷载作用下的挠度(变形)及变形曲线。观测桥梁结构在加载过程中是否有裂缝产生及其变化情况。测试桥梁结构的动力特性。

五、本试验组织机构图1试验项目组织机构框图

六、动静载检测方法及主要仪器设备6.1应变(应力)测试以电阻应变仪测试系统为主，配置TDS-602高性能静态数据采集仪与自动扫描箱进行测点应变测试及数据采集。6.2挠度(变形)测试采用位移传感器挠度测试系统采用数据采集仪自动读数进行挠度测量。6.3动力特性测试1)结构强迫振动特性的测试通过数据大容量自动采集与信号处理分析系统，采集行车试验过程中的振动响应信号，确定桥梁结构的强迫振动特性，即强迫振动的频率、阻尼、振幅等。(2)结构自振特性的测试通过数据大容量自动采集与信号处理分析系统，采集结构的无荷载状况下的自由振动响应信号，确定桥梁结构的自振动特性，即结构的固有频率、阻尼、振幅等。6.4试验检测设备拟投入本项目的检测试验设备见表1。表1试验检测主要使用仪器设备序号仪器产地用途主要参数1DEWESOFT动态采集仪奥地利动态测试分辨率0.1µε2ARF-A加速度传感器日本动态信号响应量程：10—500m/S23TDS-303多通道静态测试仪日本静态应变测量分辨率0.1µε测量精度：±0.05%；4ASW-50C数据采集仪日本动态应变测量分辨率0.1µε测量精度：±0.05%；5应变片国产静、动态应变测量静应变灵敏度为1µε6激光动态挠度测试仪国产动态挠度测量分辨率测量量程的1‰测量精度：±0.02mm；7塞尺国产裂缝宽度测量8数码相机日本损伤及现场资料记录9联想笔记本电脑国产数据处理10百分表国产静态挠度测量WBDO-5011电线、电缆国产数据采集器材

七、静载试验7.1加载效率根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）的规定，静力试验荷载的效率系数η取值范围为0.95≤η≤1.05。这里式中：Sstat————试验荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；S——设计标准活荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；——设计取用的动力系数。7.2加载车辆综合考虑桥梁受力状况、设计荷载等级及车辆来源等因素，本次试验拟选用双后轴重车作为静载试验加载车辆，车辆轴重严格按照试验荷载设计的要求进行称重控制。试验选用8辆重车加载，为了保证加载的准确，在试验前应对加载车辆(车重+载重)过磅，并测量每辆加载车的前轴与中轴间距及中轴与后轴间距、车辆轮距，试验拟用车辆的前、中、后轴距见表2。试验加载重车车型如图8所示。表2加载车辆参数一览表车辆编号车辆车号轴重（t）前中轴距（m）中后轴距(m)横向轮距（m）前轴中轴+后轴总重140.003.801.401.90240.003.801.401.90340.003.801.401.90440.003.801.401.90540.003.801.401.90640.003.801.401.90740.003.801.401.90840.003.801.401.90图2试验加载重车车型图7.3加载工况按各测试截面的最不利效应进行布载，共分为14种试验荷载工况，分别为：表3加载工况及试验内容工况编号控制截面编号实验内容11#截面中载作用下控制截面正弯矩及挠度测试2偏载作用下控制截面正弯矩及挠度测试32#截面中载作用下控制截面负弯矩测试4偏载作用下控制截面负弯矩测试53#截面中载作用下控制截面负弯矩测试6偏载作用下控制截面负弯矩测试74#截面中载作用下控制截面正弯矩及挠度测试8偏载作用下控制截面正弯矩及挠度测试95#截面中载作用下控制截面负弯矩测试10偏载作用下控制截面负弯矩测试116#截面中载作用下控制截面负弯矩测试12偏载作用下控制截面负弯矩测试137#截面中载作用下控制截面正弯矩及挠度测试14偏载作用下控制截面正弯矩及挠度测试测试截面示意图图3Ⅰ-Ⅰ截面中载布载示意图（单位：m）图4Ⅰ-Ⅰ截面偏载布载示意图（单位：m）图5Ⅱ—Ⅱ截面中载布载示意图（单位：m）图6Ⅱ—Ⅱ截面偏载布载示意图（单位：m）图7Ⅲ-Ⅲ截面中载布载示意图（单位：m）图8Ⅲ-Ⅲ截面偏载布载示意图（单位：m）7.4测点布设7.4.1应力测点布设应力测点布置位置：桥梁最大正弯矩断面即左右边跨为0.40L处，中跨跨中处；最大负弯矩断面即墩顶截面；测点布置位置见图9，箱梁断面应力测点布置见图10。图9测试断面图（单位：cm）图10应力测点布置图7.4.2挠度测点布设主跨最大正弯矩截面挠度即中跨跨中处；边跨最大正弯矩截面挠度即左右边跨0.4L处。截面箱梁桥挠度测点布置见图11。图11挠度测点布置图7.5加载效率试验荷载效应与标准荷载效应的对比表测试位置（截面）工况设计荷载计算值M1（kN·m）试验荷载效应值M2（kN·m）加载效率η1#截面正弯矩121859212310.97221859212310.972#截面负弯矩3-44506-446481.004-44506-446481.003#截面负弯矩5-71320-705580.996-71320-705580.994#截面正弯矩723133234281.01823133234281.015#截面负弯矩9-71320-705580.9910-71320-705580.996#截面负弯矩11-44506-446481.0012-44506-446481.007#截面正弯矩1321859212310.971421859212310.977.5加载试验程序7.4.1准备过程试验前应对桥跨结构进行全面检查，在正式加载试验之前完成如下准备工作：试验前，按照试验方案要求试验车辆装载过磅，记录试验车的原始数据以便进行分析。清理桥面，标记加载位置及测点布设位置。按前述的应变和挠度测点布置方式进行放样，布片时先对各测点位置实施打磨找平并清洗干净，粘贴应变片，然后做防潮处理。为排除测试过程中大气温度变化带来的影响，每一断面布设处于同一温度场的温度补偿应变片。同时布设挠度测点。布设测试仪器及传感器连接导线，联机调试仪器。检查各个应变片及机电百分表，确保电路畅通，并处于良好的工作状态。进行预加载，进一步检查应变片、全站仪及精密水准仪，反应正常灵敏，一切无误后，按工况位置进行加载试验。7.4.2荷载试验各工况均采用分级加载，按每车道试验车辆递增加载，每级稳定时间5～10min，以仪器读数实时监控为准。对每一工况的每一次加载，载重汽车加载到位后，关闭发动机并持续5分钟以上，待数据完全稳定后进行记录采数。卸载10分钟以上再进行重复加载，以便使结构恢复弹性变形，减小塑性残余变形。现场试验中各工况保证有两个平行试验，即重复两次试验，并在试验中对重要测点数据与理论值及时进行分析比较。实时监控在整个静力加载过程中，全程监控控制截面最大应变（应力）和挠度。如出现结构异常，应立即反馈给现场加载总指挥，并及时采取应急措施，确保加载试验安全。7.6加载注意事项按照设计加载程序进行分级加载。各加载程序及分级读数应在加、卸载后立即测读一次，并在加、卸载稳定后再读取稳定读数。控制实测应力值小于理论控制应力值。控制实测挠度值小于理论控制挠度值。控制结构裂缝的长度及宽度的急剧增加。

八、动载试验8.1动载试验概述桥梁结构的动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，测试桥梁结构的固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数、动力响应等参量的试验项目，从宏观上判断桥梁结构的整体刚度、运营性能。桥梁结构的动载试验与静载试验虽然在试验目的、测试内容等方面有所不同，但对于全面分析掌握桥梁结构的工作性能是同等重要的。动载试验之所以对公路和桥梁设计非常重要，是因为它是影响公路和桥梁使用寿命的主要因素之一。当车辆通过公路桥时，车辆轴载对桥梁的作用随时间变化，即为动荷载。动载对路面产生附加的动压力和动应变，尽管其作用机理还不是十分清楚，但它会加速路面的损坏，因此研究动荷载对桥梁设计和维护都有很重要的意义。桥梁结构在移动车辆荷载作用下会产生振动、冲击等动力反应，此时桥梁各部位除产生静态应力和静态变形外，还产生动态应力和动态变形。本次动载试验同时测量应力和挠度最大动态增量。8.2控制截面选择及测点布置对本桥分别在加载车辆以不同车速驶过桥面时，测试桥梁的动载试验动力特性，主要包括：（1）测定桥梁结构的动力特性，即桥梁结构的前三阶竖向振动模态；（2）测定桥梁结构的在动荷载作用下的强迫振动回应，即桥梁结构动应变测试。8.2.1动应变测点动应变测点布置截面为：左边跨L/2处（截面1），中跨L/4处（截面5）、L/2处（截面6）、L3/4处（截面7），右边跨L/2处（截面11）。动应变测点在上述各截面底板上布置两个动应变测点。动应变测试截面布置如图12和图13所示。图12动载测点控制截面布置示意图图13动应变测点布置8.2.2振动特性测点布置经有限元数值模拟，得到该桥竖向前三阶模态如图14所示。根据计算，振动特性测点布置如下：一阶振型测试点布置截面：左边跨L/2处（截面1），墩顶处（截面3），中跨L/4处（截面5）、L/2处（截面6）、L3/4处（截面7）；二阶振型测试点布置截面：左边跨L/2处（截面1）、L3/4处（截面2），墩顶处（截面3），中跨L/8处（截面4）、L/4处（截面5）、L/2处（截面6）、L3/4处（截面7）、L7/8处（截面8）；右边跨L/4处（截面10）、L/2处（截面11）；三阶振型测试点布置截面同二阶振型测试点。 （a）一阶竖向振型 （b）二阶竖向振型（c）三阶竖向振型图14结构前三阶竖向振型图15加速度传感器横桥向布置图8.3试验荷载及工况（1）行车激振试验动力试验荷载的确定以保证激振信号达到足够的强度为条件，本次试验拟采用一辆载重汽车（与静载试验荷载相同）匀速驶过试验桥跨以测取桥梁振动响应信号，本次荷载试验拟定：工况1：一辆试验车以30km/h匀速通过全桥；工况2：一辆试验车以40km/h匀速通过全桥；工况3：一辆试验车以50km/h匀速通过全桥；工况4：二辆试验车并排以30km/h匀速通过全桥；工况5：二辆试验车并排车以40km/h匀速通过全桥；工况6：二辆试验车并排车以50km/h匀速通过全桥。（2）跳车激振试验动力试验荷载同无障碍行车试验荷载，让动力荷载以每小时30km/h的速度行驶并跨越设置在测试断面处的障碍（高度为15cm的三角形楔形块），测定桥跨结构的动力反应。考虑到行车时轮胎及桥面铺装的安全，桥面障碍按影响线最不利位置布设，采用楔形橡胶条模拟。工况7：一辆试验车以30km/h在待测跨跨中位置进行动跳（试验车从垫木上驶过）。左右边跨和中跨分别进行行车试验与跳车试验。8.4结构动力分析桥梁结构的动力特性，如结构的固有频率、阻尼系数和振型等，它们只与结构的固有性质有关，如结构的组成形式、刚度、质量分布、支撑情况和材料性质等，而与荷载和其他性质无关。结构的动力特性是结构的基本特性，是进行结构分析所必需的参数。另一方面，桥梁结构在实际的动荷载作用下，结构各部位的动力响应，如振幅、应力、位移、加速度以及反映结构整体动力作用的冲击系数等，不仅反映了桥梁结构在动荷载作用下的受力状态，也反映了动力作用对驾驶员、乘客舒适性的影响。桥梁结构的动载试验，就是要从大量的实测数据信号中，揭示桥梁结构振动的内在规律，综合评价桥梁结构的动力性能。在动载试验中，可获取大量桥梁结构振动系统的各种振动量，如位移、应力、加速度等的时间历程曲线。由于实际桥梁结构的振动往往很复杂，一般都是随机的，直接根据这样的信号或数据来分析判断结构振动的性质和规律是困难的，一般需对实测振动波形进行分析与处理，以便对结构的动态性能做进一步分析。常用的分析处理方法可以分为时域分析和频域分析两种。时域分析是直接对时程曲线进行分析，可以得出诸如振幅、阻尼比、振型、冲击系数等参数。频域分析是把时域信号通过傅立叶变换的数学处理变换为频域信号，揭示信号的频率成分和振动系统的传递特性，以得到振动能量按频率的分布情况，从而确定结构的频率和频率分布特性。得出这些振动参量后，就可以根据有关指标综合评价桥梁结构的动力性能。在时域分析中，桥梁结构的一些动力参数可以直接在相应的时程曲线上得出。例如，可以在加速度时程曲线上得出各测点加速度振幅，在位移时程曲线上将最大动挠度减去最大静挠度即可得出位移振幅，通过比较各测点的振幅、相位就可得出振形。而另外一些参数如结构阻尼特性、冲击系数则需要对时程曲线进行一些分析处理。结构的振型是结构相应于各阶固有频率的振动形式，一个振动系统振型的数目与其自由度数目相等，桥梁结构是一个具有连续分布质量的体系，也就是说，是一个无限多自由度体系。因此，其固有频率及相应的振型也有无数多个。但是对于一般的桥梁结构，第一固有频率对结构的动力分析才是重要的，对于较复杂的动力学问题、也仅需前面几个固有频率。汽车的冲击系数是汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。在动载荷载作用下，桥梁结构某些部位的振动参数如振幅、频率、位移、应力等的测定，可根据试验的具体要求和结构的型式布置测点。采用适当的仪器进行测试。动载荷载作用下结构上产生的动挠度，一般较同样的静荷载所产生的相应静挠度要大。动挠度与静挠度的比值称为活荷载的冲击系数。由于挠度反映了桥跨结构的整体变形，是衡量结构刚度的主要指标，因此活载冲击系数综合反映了荷载对桥梁的动力作用，它与结构的型式、车辆运行速度和桥梁的平整度等有关，为了测定冲击系数，应使车辆荷载以不同的速度驶过桥梁，并逐次记录跨中挠度的时历曲线。采用结构分析有限元通用程序进行空间结构建模分析。分析计算结构前3阶自振频率，计算阻尼比。结构阻尼系数可用阻尼比表示为：其中：表示第n次振动时的振幅。8.5试验过程试验前首先清理桥面，确保试验车满足行驶要求，安装动态传感器并调试仪器，试验时，严格按照所要求的车速行驶，每工况完毕后，间隔10分钟开始下一个工况。视数据采集情况，每工况重复2～3次。图16动载试验过程示意

九、试验人员组成及时间安排9.1试验人员组成本项目安排试验人员10名，其中技术人员8名，辅助人员2名。9.2试验进度安排1)桥梁动静载检测：（含脚手架、观测台搭设、测点布置、元件安装、仪器调试、加载）15天。报告编写：（受力计算、资料整理、分析）20天。如在现场检测时发现桥梁明显缺陷，则进行及时沟通。

十、服务承诺及各项保证措施10.1试验安全措施为保证试验期间人员、结构物、试验荷载以及仪器设备的安全，试验指挥人员在试验过程中，要随时掌握各方面的情况，以便对加载试验进行全方位的控制。加载试验控制：加载应严格按照设计的加载程序依次进行加载，荷载的大小、截面内力的大小都应由小到大逐渐增加，对加载试验的控制截面的测点及控制观察的结构部位要随时观测、观察，并随时进行分析计算，将结果随时报告试验指挥人员，一但出现控制试验终止条件的情况或其它不利情况时，应立即中途终止加载，进行分析研究后再决定试验如何进行。在桥较高、有流水的情况下，要设置必要的脚手架、搭设必要的测试平台，并设立安全网或安全扶手，要求这些临时结构要布置适当、坚固可靠，试验人员要系好保险带，戴好安全帽。仪器、仪表要有专人负责，应轻拿轻放并进行防尘、防水等保护，以防损坏，影响试验工作的正常进行。对试验人员必须进行安全教育，每个人都要具有足够的安全意识，试验中试验人员一定要听从指挥，服从统一安排。对于一些易燃、易爆、有毒、腐蚀性试剂、溶液等如丙酮、502胶水、环氧树脂、聚酰胺等，要严格按照产品说明书使用，并随时整理，统一存放。要注意安全用