桥梁荷载试验方案

龙永公路桥梁荷载试验方案 (20米7块空心板连续梁)

二0一一年十月 龙永公路桥梁荷载试验方案

项目负责人： 技术负责人： 检测人员：

编制单位：

资质证书等级：桥梁隧道工程专项 资质证书编号：

二0一一年十月

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龙永公路桥梁荷载试验方案

1 工程概况

K25+465五道河中桥地处龙山县红岩溪镇新寨村，为跨越五道河而设，河槽宽约20m，桥址处河道弯曲，北岸为陡坎，南岸地势较缓。

本桥上部构造采用4×20m预应力砼连续空心板。上部构造为1联，先简支后连续；桥梁全长为84.84m，最大桥高约18.3m。下部构造采用柱式墩配桩基，墩柱直径为D120，桩基础为D150。桥台采用柱式台配桩基，桩基础直径为D150。

预制空心板、封锚端、现浇连续段、铰缝和桥面现浇层均采用C50混凝土；封端混凝土采用C40；桥台处台帽、耳背墙、肋板采用C30混凝土，承台、桩基采用C25混凝土；双柱式桥墩处盖梁、挡块、墩柱、柱系梁采用C25混凝土，桩基采用C25混凝土。

主要技术标准如下： （1）道路等级：二级公路； （2）计算行车速度：40km/h；

（3）桥面宽度：0.5m(护栏) +8.5米(行车道)+ 0.5m(护栏)； （4）桥梁设计荷载：公路-II级； （5）设计基准风速：30.2m/s； （6）设计基准期：100年；

（7）地震峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。

2 荷载试验目的

桥梁结构荷载试验是对桥梁结构物工作状态进行直接测试的一种鉴定手段，本次荷载试验力求达到以下目的：

（1）通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，检验本桥设计与施工质量，确定工程的可靠性，为交竣工验收、质量评定提供技术依据；

（2）直接了解新建桥梁结构的实际工作状态，结合理论计算分析，评价其在设计使用荷载下的工作性能；

（3）验证设计理论、计算方法和设计中的各种假定的正确性与合理性，为今后同类桥梁设计、施工提供经验，积累科学资料；

（4）为桥梁的使用、维修和管理提供依据。

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3 荷载试验依据及准则

桥梁荷载试验主要按试验前制定的试验方案，依据现行国家技术标准、部颁标准及相关技术规范、规程进行，具体包括：

（1）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》1982年10月柏林专家会议通过的“用试验荷载试验桥梁及桥梁量测的统一化”第15分题；

（2）中华人民共和国行业标准《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行1998）；

（3）中华人民共和国行业标准《公路桥梁承载能力检测评定规程》（意见征求稿2003）； （4）中华人民共和国行业标准《城市桥梁荷载设计标准》（CJJ 77-98）；

（5）中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；

（6）中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准（土建工程）》（JTG F80/1-2004）；

（7）中华人民共和国行业标准《市政桥梁工程质量检验评定标准》（CJJ 2-90）； （8）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（“铁组”YC4-4/1978科研专题）； （9）《公路工程交（竣）工验收办法》（交通部2004年3号令）；

（10）中华人民共和国行业标准《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99-2003）； （11）中华人民共和国行业标准《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）； （12）《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2001）； （13）有关设计图纸、设计变更文件和相关资料。

4 质量保证

为了确保荷载试验达到既定的目的，满足成桥质量评价依据的需要，将采取以下措施保证试验圆满成功：

（1）在满足荷载试验要求的前提下，一定要保证大桥结构的安全。因此，荷载试验的效率系数不宜过大，同时注意主梁局部受力情况，避免局部荷载集中，引起混凝土结构应力过大而开裂。对试验数据进行必要的实时处理分析，及时判断结构在各级荷载下的反映是否正常，防止结构出现非正常的受力损伤或局部损坏，影响桥梁的承载能力和今后的正常使用；

（2）前期理论分析做到准确、细致，尽量反映大桥目前的实际受力和变形。 （3）对位移和应变的测试仪器，在测试前进行严格标定。测试数据主要由系统自动采集，确保数据采集的快速和准确，记录清楚、真实。试验准备期间，对相应的测试系统精心调试，确保设备正常工作，及时准确地采集数据；现场采集数据时，注意测试数据的变化，及时与理论值比较，判断数据是否正常，现场找出测试数据误差原因。切实履行记录和检查

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制度，发现疑点或异常的数据及时检查，保证测试数据的准确可靠。

（4）桥梁的受力和变形与结构温度场的变化关系很大，因此，对于荷载试验时的天气变化将足够重视，尽量避免在剧烈变温时段内进行试验，测量结构温度场的变化并进行必要的温度修正。

（5）认真执行国家颁发的技术标准、规范、规程和有关规定。根据工程特点和现场施工条件，合理地安排施工工序，安排人力资源，保证质量和进度。

5 静载试验内容 5.1 桥梁外观检查

外观检查采用向有关部门（业主、监理处、施工方）调查、现场检查相结合的方式进行。荷载试验前，对桥梁各测试截面处的上部结构、下部结构、桥面及附属设施、伸缩缝、支座等进行现场外观检查，以查明各部位的实际技术状况，特别是对荷载试验结果有直接影响的问题，如上下部结构物的裂缝、缺陷、损坏和钢筋锈蚀状况等，并在试验过程中随时注意观察其变化，检查支座有无偏位、破损情况；在加载试验过程中和试验结束后，也要对受加载影响较大的部位进行详细的检查。 5.2 静力荷载试验 5.2.1 静力荷载试验项目

图1 桥型示意图（单位：m）

为检测该桥工程质量的可靠性和安全性，为竣工验收提供科学依据，拟定以下静载试验项目：

（1）工况一：第1跨跨中的最大正弯矩，横桥向偏载，控制截面为距0#台中心线9.98m处；

（2）工况二：第1跨跨中的最大正弯矩，横桥向中载，控制截面为距0#台中心线9.98m处；

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（3）工况三：第2跨跨中的最大正弯矩，横桥向中载，控制截面为距1#墩中心线10m处；

（4）工况四：第1跨、第2跨之间的支点负弯矩，横桥向偏载，控制截面为1#墩处。 在以上每一工况中，要注意裂缝开展情况。 5.2.2 静载试验荷载效率

桥梁静力荷载试验主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形与内力，确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。它是检验桥梁结构实际性能，如结构的强度、刚度等最直接有效的办法。

根据设计荷载标准，在所测试截面的内力影响线上，按最不利位置，根据实际加载车辆轴重、轴距等参数进行布载，计算出控制截面在试验荷载作用下的最大内力值，它与按设计规范要求布置荷载作用下的控制截面的理论内力值的比值即是静载试验荷载效率?。桥梁的静力试验按荷载效率?来确定试验的最大荷载，静力荷载效率?的计算公式为：

??SstatS?? （1）

式中：Sstat——试验荷载作用下检测部位变形或内力的计算值；

S——设计标准荷载作用下检测部位变形或内力的计算值；

?——设计取用的动力系数。

在已有的技术资料的基础上，本次试验用大跨度桥梁设计计算与控制分析软件对桥梁进行了理论计算分析。实际荷载试验时，试验效率系数控制在0.8～1.05之间，符合《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的要求。 5.2.3 静载试验加载车辆

根据静载试验荷载效率及主梁控制断面的设计弯矩值，再考虑加载车辆的来源以及试验时加载车辆容易调头等因素，本次试验中对每辆车进行配重、过磅、编号，使加载车轴重达到了试验要求，并在试验过程中没有发生明显的变化（见表1）。试验各工况下所需加载车辆的数量，将根据设计标准活载产生的某工况下的最不利效应值按照荷载效率系数换算得到。经计算分析，各最不利工况试验荷载效率分别见表2。 5.2.4 加载及卸载程序

（1）预载。正式加载前，用2辆加载车在被测试桥跨上来回反复通行两次，对桥跨进行预压，消除非弹性变形。预压后，非工作人员退场，待一切工作安排就绪，进行第一次空载读数。

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表1 试验车辆轴距及轴重

L 轴重（kN） 序号 1 车牌号 总重 -- 300 前轴 60 后 轴 240 轴距（m） L 4.0 轮距（m） 前轮 1.8 后轮 1.8 （2）加、卸载。为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线以及防止结构意外损伤，对 控制截面试验荷载分成3级加载和2次卸载。在每一加载实验工况中，加载方式为单次逐级递加到最大荷载，然后2次卸到零荷载，并随时观测每级荷载下各控制参数的变化，在数据采集中，记录每级加载及第2次卸载的数据。在进行最后一级荷载加载前，对结构全面的实测值（应变和变形）与理论计算值进行了比较。每次加载和卸载的持续时间取决于结构变位达到稳定标准时所需的时间。

为了保证试验质量，荷载试验选择在气温变化5度以内，结构温度趋于稳定的时间间隔内进行，单一静载工况前后气温变化不大于1度。 5.2.5 测试方法和测点布置

图2

通过垂吊重物，采用百分表在每片空心板梁底对测试截面的挠度进行观测，必要时采用精密水准仪在桥面上对测试截面的挠度进行同步观测，测点布置见图2。 5.2.6 静力荷载试验工况

（1）工况一：第1跨跨中的最大正弯矩，横桥向偏载

表2 工况一荷载分级表

加载 第一级 第1辆车

6

卸载 第三级 第四级 第4辆车 第一级 第二级 第二级 第2辆车 第3辆车 第3～第4辆车 第1～第2辆车

图3 工况一试验荷载平面布置图（单位：m） 表3 20米连续空心板第一跨跨中截面活载正弯矩（偏载） 空心板序 号 1 2 3 4 5 6 7

（2）工况二：第1跨跨中的最大正弯矩，横桥向中载

表4 工况二荷载分级表

加载 第一级 第1辆车 第二级 第2辆车 第三级 第3辆车 第四级 第4辆车 第一级 卸载 第二级 试验荷载理论效应值(Kn.m) 393.3 329.6 312.6 298.96 284.375 275.074 295.21 设计荷载计算值 (Kn.m) 471.7 395.8 379.99 366.05 379.99 395.79 471.71 效率系数 (%) 83.4 83.3 82.3 81.7 74.8 69.5 62.6 第3～第4辆车 第1～第2辆车 7

图4 工况二试验荷载平面布置图（单位：m）

表5 20米连续空心板第一跨跨中截面活载正弯矩（中载） 空心板序 号 1 2 3 4 5 6 7

（3）工况三：第2跨的最大正弯矩，横桥向中载

表6 工况三荷载分级表

加载 第一级 第1辆车 第二级 第2辆车 第三级 第3辆车 第四级 第4辆车 第一级 卸载 第二级 试验荷载理论效应值(Kn.m) 350.14 299.62 299.2 297.6 299.2 299.62 350.14 设计荷载计算值(Kn.m) 471.7 395.8 379.99 366.05 379.99 395.79 471.71 效率系数 (%) 74.2 75.7 78.7 81.3 78.7 75.7 74.2 第3～第4辆车 第1～第2辆车 8

图5 工况三试验荷载平面布置图（单位：m）

表7 20米连续空心板第二跨跨中截面活载正弯矩（中载） 空心板序 号 1 2 3 4 5 6 7

（4）工况四：第1跨、第2跨之间的支点负弯矩

表8 工况四荷载分级表

加载 第一级 第1辆车 第二级 第2辆车 第三级 第3辆车 第四级 第4辆车 第一级 卸载 第二级 试验荷载理论效应值(Kn.m) 257.1 252.7 265.02 272.125 265.02 252.7 257.1 设计荷载计算值 (Kn.m) 414.99 346.17 330.7 317.01 330.7 346.17 414.99 效率系数 (%) 62 73 80.1 85.8 80.1 73 62 第3～第4辆车 第1～第2辆车 表9 20米连续空心板第一、二跨间支点截面活载负弯矩（偏载） 空心板序 号 1 2 3 4 5 6 7

试验荷载理论效应值 (Kn.m) 364.9 301.65 283.81 259.12 228.92 194.25 159.71 9

设计荷载计算值 (Kn.m) 387.4 312 289.03 269.8 289.03 312 287.4 效率系数 (%) 94.2 96.7 98.2 96.0 79.2 62.3 55.6

工况四试验荷载布置同工况一。

6动载试验

桥梁结构是一个多变量的复杂系统，结构的动力敏感性很强，当结构的物理特性（如开裂、截面尺寸、材料力学性能等）发生变化时，不但静力特性（变形、应力、裂缝等）发生变化，而且动力特性（频率、振型、阻尼比等）也发生变化，这一变化对于现状评估有重要意义。

通过动力荷载试验以及结构固有模态参数的实桥测试，了解桥跨结构的动力特性以及在使用荷载下的动力性能，为本桥以后的运营养护管理提供必要的数据和资料。 6.1试验内容

主要内容包括两个方面：

一是测量在移动车辆荷载作用下桥梁结构指定断面上的动应变； 二是测量桥梁结构的自振特性和动力响应。 6.1.2跑车试验

试验采用1辆35t的载重汽车，并排分别以20km/h和40km/h的车速沿行车道中心线匀速行驶过桥，测量桥梁跨中的动应变响应。在进行跑车试验前，将试验车辆布置在动应力测试截面处，测出各截面的静载应力水平，以与跑车试验测试结果进行对比。 6.1.2刹车试验

在桥面无任何障碍的情况下，用1辆载重35t的试验车以一定的车速匀速驶至桥梁跨中处进行紧急刹车实验，激发桥梁水平振动和垂直振动，测量桥梁结构的振动响应，并通过采用高灵敏度的拾振器和放大器测量结构在激励下的振动，然后进行谱分析，求出结构自振特性，通过对拾振器拾取的响应信号进行谱分析，可确定桥梁的自振频率，再将功率谱进行细化处理，利用半功率点带宽求得桥梁的阻尼比。 6.2试验工况

动载试验工况见表10：

表10 动载试验工况总汇

项 目 20米主跨跑车试验 跨中 20米主跨刹车试验 跨中

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工况 1 2 测试内容及车速 结构振动响应、动应变、动态增量、车速20 km/h、40km/ h 结构振动响应、动应变、动态增量、车速20km/h 6.3主要测试结果

（1）桥梁结构的自振特性：频率、阻尼比等；

（2）跑车、刹车情形下，桥梁结构的动应变时程响应曲线； （3）随车速和行车位置而变化的冲击系数。

7 试验结果分析与评价

试验完成以后，长沙理工大公路工程试验检测中心将严格按照科学、真实、公正的原则对试验结果进行分析，按照相关规范、规程以及检测的目的要求，对检测的桥梁作出科学的判断与评价、建议，并严格按照有关要求出具试验报告。 7.1 静载试验资料整理 7.1.1 试验资料的修正

(1) 测值修正

根据各类仪表的标定进行测试数据的修正，如电测仪表的率定系数、灵敏系数、电阻应变观测的导线电阻的影响等等。当这类因素对测值的影响小于1％时可不修正。

(2) 温度影响修正

由于温度对测试的影响较复杂，通常采用缩短加载时间，选择温度稳定性较好的时间进行加载试验办法，尽量减小温度对测试精度的影响。需要时，可采用综合分析的方法进行温度影响修正，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，然后按下式进行温度修正计算：

Kt （2） S＝S?－?t·

式中：S——温度修正后的测点加载值变化； S?——温度修正前的测点加载值变化；

。应力采用构件表面温度，挠度采用空?t——相应于S?观测时段的温度变化（℃）

气温度；

Kt——空载时温度升1℃测点值变化量。如测值与温度关系较明显时，可采用多次

观测的平均值。

(3) 支点沉降影响修正

当支点沉降量较大时，应对挠度值进行修正，修正量C可按下式计算： C?l?xx?a?x?b （3）

l式中：c——测点的支点沉降影响修正量；

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l——桥跨，即A支点至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。 7.1.2 测点变位与应变的计算

根据量测数据作下列计算：

① 总变位（或总应变）：St＝SI?Si ② 弹性变位（或弹性应变）：Se?SI?Su

③ 残余变位（或残余应变）：Sp?St?Se?Su?Si

式中：Si——加载前测值； SI——加载稳定时测值； Su——卸载后稳定时测值。 7.1.3 测点应力计算

在单向应力状态下，测点应力可按下式进行计算：

?＝E·? （4）

式中：?——测点应力； E——构件材料弹性模量； ?——测点实测应变值；

7.1.4 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ζ：

??SeSs （5）

式中：Se——试验荷载作用下的弹性变位（或应变）值； Ss——试验荷载作用下的理论计算变位（或应变）值。

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匀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。

③ 加载试验的主要测点，按下式计算相对残余变位（或应变）： Sp'??SpSt ?100% （6）

式中：Sp——相对残余变位（或应变），Sp、St意义同前。

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7.1.5 试验曲线的整理

① 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，并绘制出关系曲线。

② 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。

③ 绘制各加载工况下控制界面应变（或挠度）分布图：沿纵桥向挠度分布图、截面应变沿高度方向分布图等。 7.1.6 裂缝发展情况

① 当裂缝数量较少时可根据实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。 7.2 动载试验资料整理 8 荷载试验测试的安全保障 8.1 结构安全保障

由各工况影响线正确计算出加载车辆数和加载位置，使各工况既满足加载效率要求，又确保结构安全。对特殊部位进行详细计算以避免给结构带来不利影响。

试验前后加载车辆进出场，以及试验期间加卸载时，在非试验区段，严格注意车辆荷载不要超载。在试验区时，车辆按指挥人员行驶、就位、停放。 8.2 试验车辆调配

根据试验工况，制定详细的全程车辆行驶线路，并派专人负责指挥交通，确保车辆进桥、出桥安全。所有车辆驾驶人员将严格按照试验操作规程及安全生产条例作业。 8.3 试验人员和试验设备的安全

试验人员严格遵守安全生产操作规程，服从指挥人员的安排。夜晚试验时，作业面安装足够的照明设备，桥面设置一定安全防护设施，确保人员安全。当试验准备工作开始后，各种试验仪器及大量导线会陆续上桥安装到位，进行试验前的各项调试。在正式荷载试验前，安排专人对各项试验设备看守。试验以及试验准备期间，应禁止无关人员及车辆上桥。 9 荷载试验的配合工作

荷载试验是一个系统工程，只有各方面密切配合，方能取得圆满成功。希望在现场试验过程中，有关方面尤其是监理处、施工单位能够大力协助配合试验工作，如现场情况介绍、为加载车辆进出场提供方便、荷载试验时的交通中断、指挥等。 10 仪器设备

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所需仪器设备分别见表11。

表11 仪器设备汇总表

序号 1 2 3 4 5 6 7 仪器设备名称 交通车 精密水准仪 动态电阻应变测试仪 振动及动态信号采集系统 静态电阻应变采集系统 皮尺、钢卷尺 打磨机 规格型号 单位 台 台 台 台 台 把 台 数量 2 2 1 1 1 6 2 备注 1με 小车 Topcom AT-G2和Ni1 DY－3 Cras6.0 TDS-303 TV14c

二〇一一年三月

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附录I

1．应变记录表

测试日期: 年 月 日 试验用表

天气： 大气温度： 度 测试时间： 测点 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 结构名称： 加载前 实测值1 实测值2 工况： 加载后 实测值1 实测值2 应变 增量 应力增量 （MPa） 备 注 记录：

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2．挠度记录表

测试日期: 年 月 日 度 测试时间：

天气：

大气温度：

测点 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 结构名称： 加载前 上游 下游 上游 工况： 加载后 下游 上游变位 下游变位 备 注 记录： 16

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