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郴州市嘉禾县车头桥成桥静载试验

检测方案

2006年09月20日
第一章 概 述
一、嘉禾县车头桥简介
郴州市嘉禾县车头桥位于嘉禾县城边，为7跨20m预应力空心板简支梁桥,下部结构为双柱式桥墩。
（1）技术标准：
设计荷载：汽－20，挂车－100；
桥面宽度：12.8m=12m（行车道）+2×0.4m（防撞栏杆）
坡 度：纵坡0%，双向横坡2%；
设计洪水频率：1/100
地震基本烈度：六度。
（2）桥型及结构
①上部构造：桥梁全长145.04m，上部主梁为7孔20m全预应力预制空心板结构，悬臂长度0.78m ,板高0.9m；预制空心板、桥面铺装均采用C40混凝土。
②下部构造：两岸桥台采用双柱埋置式桥台，其下桩基采用2根φ1.2m的钻孔灌注桩。双柱式桥墩直径为φ1.2m，其下桩基采用2根φ1.5m的钻孔灌注桩。盖梁为普通钢筋混凝土结构，梁高1.35m。桥墩、盖梁及桥台耳墙、台帽、搭板等构件均采用C30混凝土；桩基础和系梁采用C25混凝土。
支座采用圆形板式橡胶支座；伸缩缝为SQ-60Ⅲ型刚伸缩缝。
嘉禾县车头桥总体布置如图1.1所示。

二、结构检测
郴州市嘉禾县车头桥为新建桥梁，拟于2005年竣工通车。为了检验桥梁的施工质量，判断结构的实际承载能力是否满足设计荷载的要求。郴州市公路管理局、质监站特委托对车头桥进行成桥静载试验，以便对桥梁现状作出科学客观的评定，并为以后的养护维修工作提供依据。
组织人员对大桥设计、施工资料进行分析研究、并经过计算，提出以下静载试验检测方案。
第二章 检测目的和依据
为了检验郴州市嘉禾县车头桥主梁的结构性能是否满足规范和使用要求，确保桥梁结构的安全性和长期使用性能，需对车头桥的主梁进行静力荷载试验检测，并依据有关规范和规定对结构的正常使用性能、结构强度、刚度、裂缝等各项指标作出评价。
本桥梁检测试验方案制定的主要依据规范及文件如下：

中华人民共和国交通部标准：《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行）1988年，湖南公路设计公司：《S322嘉禾县车头桥改线工程》设计图纸

第三章 静载试验
静载试验荷载使结构受力，但必须控制其反应不超过规定的容许值，即不会对结构造成新的损伤，同时荷载大小又应能使结构损伤特性得以暴露，因而现场试验应准确把握以上原则。为达到试验目的，按照试验规程规定，一般需选择受力最不利、施工质量相对不利、缺陷较多且施工记录不完备的桥跨结构进行加载试验。
郴州市嘉禾县车头桥是一座7孔20m全预应力预制空心板梁桥。由于全桥跨径、结构形式相同，因此选择其中一跨作为测试跨，进行静载试验，以检验该桥的结构性能。试验中选取图3.1 测试跨位置示意图
二、结构静力分析
根据设计图纸，应用桥梁结构分析软件对测试跨进行了全面的结构分析计算，测试跨结构有限元分析模型示于图3.2，测试跨在活载和温度变化下的内力包络图（计入活载，并考虑10°的温度变化）（见图3.3）、关键截面的内力影响线（见图3.4）等，其中几个主要控制截面组合内、应力计算（见表3-1）结果如下：

控制截面主要内力、应力结果表 表3-1
项 目
截 面
弯矩
（kNm）
剪力（kN）
应力（MPa，压＋拉－）
上缘
下缘
B
跨中（Mmax）
3510
94.6
1.9
-2.2
A
支点（Qmax）
703.5
823.3
--
--
三、测试断面、测试工况及测点布置
1、测试截面
由结构分析结果可知，在汽车和温度活载作用下，测试跨的两个控制截面为：
a、边跨跨中截面
b、边跨支点截面
测试截面位置如图所示。实际试验时，对这些控制截面按设计荷载进行加载测试。

图测试截面示意图（单位：cm）
2、测试工况及项目
针对测试跨的两个控制截面施加试验荷载，相应的测试工况列于表中。

测试工况、测试内容、加载图示等各项目列表 表
工况
测试项目
测试内容
加载图示
1
跨中最大正弯矩测试（正载）
a.截面B纵向应力
b.挠度
c.裂缝

2
跨中最大正弯矩测试（偏载）
a.截面B纵向应力
b.挠度
c.裂缝

3
支点最大主拉应力测试
a.截面B纵向应力
b.截面A主拉应力
c.及挠度
d.裂缝

全桥一个测试跨共3个工况。
3、测点布置
（1）应变测点
预应力空心板箱梁测试断面A、B纵向正应力、主拉应力测点（应变花）布置如图
测点布置示意图(单位：cm)
（2）挠度测点
测试跨的挠度变形测点布设在支点、跨中和1/4跨位置，同时在邻近跨的跨中设2个测点，其纵向布置如图示。桥面挠度测试采用精密水准仪，桥面两侧各置一台。测尺绑在两侧防撞墙上，纵向对称布置，每跨共设10个测点，同时在附近坚实地基上设置后视点。

图挠度变形测点位置示意图（单位：cm）
四、测试内容及方法
1、 应力测试
a、测试跨跨中截面的弯曲应力
b、测试跨支点截面的主拉应力
2、 变位测试
a、测试跨跨中截面、四分点截面、支点截面的竖向挠度
3、 荷载横向分布系数
4、 裂缝观测
根据以上测试内容，本次静载试验测试方法如表3-3所示。
此外，加载时还需专人观察主梁的情况，若有异常则立即停止加载，以保证结构在加载过程中的安全性。

静载试验测试方法表 表3-3
项数
测试项目
测试方法
1
应变测试
应变采用二种方法测试：
①电测法：应变片采用箔基应变片，数据采集系统采用日本TML公司生产的TDS－602巡测仪；
②弦式数码应变计法：应变计采用弦式数码应变计；
2
变形测试
主梁挠度采用精密数字式水准仪测量，测试精度为0.01mm；
3
裂缝检测
采用精度为0.02mm的裂缝放大镜。
加载时，梁底派专人观测裂缝开展情况，如有裂缝开展，用裂缝放大镜测量裂缝宽度。
五、试验荷载设计
1．试验荷载
试验时按试验荷载效应与设计荷载效应等效的原则，对各测试截面活载内力进行有限元电算分析，并按规定适当考虑温度的影响。可根据实际情况并考虑到车辆来源、组织和调配方便来确定试验荷载（采用汽车荷载移动加载）。
经过比较分析，确定采用6台160kN的加重车辆（标准轴距4.0m）进行荷载试验。
2.加载效率ηq
根据《旧桥承载能力鉴定方法》中的规定，静载试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应能充分暴露结构的承载能力，一般：
0.8<ηq<1.05
式中：ηq——静载试验荷载效率系数；
Sstats——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（适当考虑温度影响），检测部位变位或力的计算值；（不计动力系数）；
δ——设计取用的动力系数，取为1.0。
考虑到此桥刚刚建成通车，ηq的取值在0.85～1.00间为宜，这样即可全面反映桥梁结构在设计荷载作用下的承载情况，又可保证结构的安全性。
3.加载工况
各工况试验内容、测试内容、加载图示示于表
图测试跨加载示意图（单位：cm）
4.加载的实施与控制
分析表明，采用准重车就可以使主梁各截面内力达到规定的荷载效率系数，试验中共分3种工况进行加载，其相应的车辆布置示意图所示。
所有加载工况均采用分级加载，每工况分为两级加载，一级卸载。每级加载持荷时间不小于8分钟，仪器读数基本趋于稳定后开始读数。
加载过程中密切注意结构各控制点的应变和位移，如遇异常情况立即终止加载。
5、荷载效率
根据测试工况列出各控制截面内力的静载试验效率系数见表3-4；表中弯矩以kN.m计、剪力以kN计。
各试验工况下的静载试验效率系数 表3-4
工况
测试项目
试验值①
设计值②
①/②
1
跨中最大正弯矩测试
M=3298
M=3510
0.939
2
支点最大剪力测试
Q=713
Q=823.3
0.866
表明各试验工况下的荷载效率系数均能达到规范要求。在上述荷载作用下，各试验梁荷载效率系数在规定的范围内，梁体承载力可以得到充分体现，且并不至于对梁板造成损伤。
六、测试方案
1．试验程序
准备工作：搭设测试跨梁底支架→前期试验人员进场准备（测点表面处理、贴应变片等）→跨中梁底3米区域内刷白灰，以方便裂缝观测→施工方电源配合。
静载试验时测试人员一批在桥面布载放线，另一批则将各种仪器调平和读数。
试验程序：
测试主梁的恒载（静止）挠度观测→测试跨中截面布载试验。同时对主梁、墩、台、支座工作状况，裂缝开展情况进行检测。作跨中截面布载试验时，荷载分两级加载。
2．试验规则
（1）静力加载持续时间
再次加、卸载的持续时间取决于结构最大变位测点达到稳定标准所需要的时间，实际观测时，一般是取8分钟。
（2）终止加载的控制条件
①控制测点应力值已达到或超过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长度、宽度急剧增加，新裂缝大量出现，裂缝宽度超出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。
为了确保安全，在第一级加载后，精密水准仪就对最大变位点、应变仪对应变最大点进行持续监视。
第四章 试验步骤、设备、组织分工和测试时间
一、试验程序
前期试验人员在正式加载试验前1天进场，进行粘贴应变片、仪器调试、检查裂缝等工作，然后进行依照第三章静载试验内容依次进行现场静载试验，测量各项应变和变形。
二、主要试验设备、材料及数量
项 目
仪 器 名 称
数 量
静力试验
静态应变巡测仪
4 台
应变计
60 片
导线
600m
精密数字式水准仪
2台
标尺
14个
砂轮机
2台
对讲机
3台
读数显微镜
2台
工具
2套
数码照相机
1架
笔记本电脑
1台

三、人员安排
总指挥
1人
车辆指挥及桥面
1人
应变测试组
3人
挠度测试组
2人
裂缝观测组
1人
总计
8人
四、组织分工
检测方
1、负责检测方案规划和前期准备工作以及试验的安排和总体布置；
2、测试元件的布置以及测试仪器的调试；
3、试验过程中试验工况的安排；
4、试验过程中试验数据的采集和分析；
5、试验过程中异常情况的处理；
6、检测成果分析整理；
7、提交检测报告。
业主
请业主落实以下事宜：
1、派专人协调检测单位、交通管制部门和其它相关单位工作；
2、提供试验加载车；
3、各测试跨搭设贴片用脚手架或挂篮；
4、实验过程中的交通管制；
5、提供桥上电源；
6、派一名电工和2～3名民工协助检测；

五、时间安排
1．制定试验方案 3天
1．前期准备工作 2天
2．静载试验 1天
3．数据整理和撰写检测报告 20天
总计 26天

2006年9月20日