二环西路简支空心板荷载试验方案定稿.docx

湖州市二环西路2号桥荷载试验方案湖州正通交通工程试验检测有限公司长 安 大 学2011年5月目 录一、荷载试验依据、目的及内容11.1工程概况11.2试验依据、试验目的21.3试验内容及方法2二、荷载试验准备工作52.1静载试验测点的布设52.2动载试验测点的布设62.3加载位置的放样及停车场地安排62.4有关数据的准备62.5试验保障与协调6三、荷载试验实施流程73.1 试验荷载的确定原则73.2理论计算73.3加载工况83.4静载试验效率83.5分级加载控制93.6动载试验理论计算103.7人员安排103.8 各工况工作流程113.9 试验时间安排123.10试验注意事项12四、主要仪器设备及耗材154.1 主要仪器设备154.2其他设备及耗材16五、项目参加人员表17六、紧急情况处理预案186.1总则186.2组织体系及相关机构职责18七、荷载试验用表21八、主要业绩表25附图：27一、荷载试验依据、目的及内容1.1工程概况湖州市二环西路2号桥位于湖州城区二环路与104国道交汇地段。该桥为标准跨径16+25+25+16m的预应力混凝土简支空心板，桥面连续构造。桥梁位于道路弯道上，边板翼缘连续变化，弯桥正做。桥台处桥面总宽7.00m+12.25m即0.25m（护栏）+2.75m（人行道）+5.5m（行车道）+1.50m（硬路肩）+0.5m（护栏）+0.5m（路肩）+11.25m（行车道）+0.5m（路肩）+0.5m（护栏）。设1.5%单向横坡.。空心板分为中板和边板两种类型，其中16m空心板中板宽1.00m,边板宽（包括翼缘）159.6212.1m,板高0.80 m；25m空心板中板宽1.00m,边板宽（包括翼缘）180.2211.5m,板高1.15 m。上部结构预制空心板及铰缝均采用C40混凝土，桥面铺装采用10cm厚的沥青混凝土，防撞护栏采用C30混凝土。下部结构桥墩均采用柱式墩、桩基础。桥梁原设计荷载为汽-20级，挂-100，人群-3.5kN/m2。目前，二环路计划进行改扩建，本桥梁拟老桥利用，改扩建后桥梁须达到现有公路规范公路级。为对桥梁加固改造前的状况有一确切了解，为后期的加固改造提供可靠依据，计划对本桥进行荷载试验。湖州市二环西路2号桥图1.1 二环西路2号桥立面布置图图1.2 二环西路2号桥平面布置图1.2试验依据、试验目的试验依据：1 中华人民共和国行业标准公路工程技术标准JTJ 001-972 中华人民共和国行业标准公路工程质量检验评定标准JTG F80/1-20043 中华人民共和国交通部部标准公路桥涵设计通用规范JTJ 021-894 中华人民共和国交通部部标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ 023-855 大跨径混凝土桥梁的试验方法19826 湖州市二环西路2号桥施工图变更设计2009 试验目的：1 检验结构主要构件在设计荷载作用下的工作状态及承载能力。2 通过动力试验了解桥梁结构的固有振动特性及其动力性能，确定其使用条件。3 通过荷载试验确定桥梁目前状况，为下一步的加固改造提供依据。1.3试验内容及方法1.3.1调查桥梁结构的现有状况在试验前对桥梁结构的现有状况进行调查，可全面地了解结构初始状态，以便于编制切实可行的试验方案，同时达到合理评价试验测试结果、正确解释试验现象的目的。主要内容包括：（1）线形测量，主要是标高测量；（2）结构各部件几何尺寸和主要构件的细部尺寸；（3）结构表面损缺情况以及构件变形情况。1.3.2桥梁荷载试验（一）静载试验1、空心板正应力及其各板正应力沿横向的分布规律测试试验荷载作用下应变沿桥宽的分布情况。由静态应变测试仪DH3815N采集信息，通过电脑自动记录。为排除测试过程中大气温度变化带来的影响，采用搁置在测点附近事先贴好应变计的混凝土块件，实现温度补偿。2、空心板竖向挠度及其各板挠度沿横向横向的分布规律（二）动载试验1、动载试验项目（1）无障碍行车试验动载是以给定的不同车速，匀速通过桥跨结构，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动载反应。工况：无障碍行车，汽车以20km/h匀速通过；工况：无障碍行车，汽车以30km/h匀速通过；工况：无障碍行车，汽车以40km/h匀速通过；工况：无障碍行车，汽车以50km/h匀速通过。（2）有障碍行车试验在无障碍行车测量效果不理想的时候，采用有障碍行车试验作为备选方案。有障碍行车试验方案如下：在桥跨结构的L/2截面处桥面上设置高度分别为5cm和7.5cm的障碍物，模拟桥面铺装局部损伤状态，用一辆载重汽车(重350kN)，以不同的速度通过桥跨结构，测定桥跨结构在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动载反应。工况：有障碍行车，汽车以5km/h匀速通过；工况：有障碍行车，汽车以10km/h匀速通过；工况：有障碍行车，汽车以20km/h匀速通过；工况：有障碍行车，汽车以30km/h匀速通过。2、动载试验测试内容及处理方法（1）动力特性测试采用重车激振余振法进行自振测试，利用DH610高精度超低频加速度传感器作拾振器，在频域和时域中进行谱分析和时程分析。自振特性测试拟采用重车激振余振法进行自振测试，由加速度传感器作拾振器，通过数据线传送到电脑中储存，在程序界面窗口即时显示，然后进行信号回放处理，在频域和时域中进行谱分析和时程分析，测试实施中采用DH610高精度超低频加速度传感器进行测量，用D-P低频加速度传感器作校核。 频率分析对回放信号进行谱分析，根据自相关谱、互相关谱、各点相位及相干系数确定各阶频率。阻尼分析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。试验中采用频谱图中的半功率谱带宽来计算阻尼比： 其中：fn表示第n阶频率，表示第n阶半功率带宽频率。振型分析主要采用信号回放在频域和时域中寻找相位差、幅值比和相干系数来确定各测点的幅值大小和相位从而得到结构的振型。（2）动应变测试主梁动应变测试位置选择在桥梁跨中截面，试验中由动态数据采集仪器（DH5922）配便携计算机测试测点变位在时域中的变化，并根据应力影响线和动应变时程曲线波动来计算应变动态效应增大系数。式中：dmax:最大应变值； smax:应变平均值。二、荷载试验准备工作2.1静载试验测点的布设1、应变测点的布设桥梁应变测试断面见附图1，即S1S2，共两个断面，即距支座中心约6.65m处（约L/4处）、断面跨中（L/2）断面，应变测点布置在各空心板底面，详见附图一。主要荷载试验工况分别测试中载工况及偏载工况，进而分析空心板的横向连接强度。2、挠度测点的布设该桥空心板挠度测试断面布置在S1、S2断面，即L/4断面和跨中断面，在空心板顶面、布设挠度测点用精密水准仪测量桥梁在荷载作用下的变形。2.2动载试验测点的布设桥梁动应变测点布置在中跨跨中截面处。测点布置参见附图1。在桥跨中位置底板设置应变片测试空心板的动应变，同时把拾振器安放在空中空心板顶面，详见附图1。2.3加载位置的放样及停车场地安排所有加载车统一编号，并将号码贴于风挡玻璃上，以便统一调度。在两侧行车道护栏上用显著标志标明加载位置，各个工况下，桥面上的加载车辆位置均以标志定位。在大桥两岸的加载车停放场地规划停车位置。2.4有关数据的准备完成有关计算，准备好荷载试验需要的相关数据，以便试验人员正确掌握有关参数，保证试验顺利进行。2.5试验保障与协调为了保证试验的各项工作能够顺利进行，各参加单位要进行协调联系，对荷载试验承担单位提出的协调要求积极给予配合。1、业主负责提供试验期间的天气预报；负责联系加载车辆；2、业主负责安排大桥两桥头的加载车辆停车、调度场地，协助指挥加载车辆；3、业主负责提供桥梁设计、竣工资料，配合试验单位进行结构实际状况的调查；4、施工单位协助进行几何测量等测试项目；5、试验过程中多处需要使用电源，同时有可能进行夜间操作，桥面已有电源需要全部打开；6、业主和施工单位负责维护现场秩序，确保已安装好的测试仪器的安全。对于试验过程中出现的临时情况和要求，各个参加单位应全力配合，通力合作，保证试验不因此而中断或出现失误。三、荷载试验实施流程3.1 试验荷载的确定原则静力试验荷载采用载重汽车进行等效加载。就某一检验项目而言，根据大跨径混凝土桥梁的试验方法中的规定，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取值范围为1.050.8。在实际加载过程中，为了减少试验时间及简化工况的目的，在保证主要检验项目荷载系数满足要求的前提下，可适当减小某些项目的荷载效率系数。3.2理论计算为准确进行荷载试验，试验前先进行理论计算。本桥采用MIDAS 2006程序进行了结构静力计算、活载效应计算及相应的加载效率的计算。MIDAS2006程序结构计算简图见图3.1：图3.1 湖州市二环西路2号桥计算模型试验共需加载车3辆，加载车辆总重为30吨，轴重分配为12T,12T,6T。加载车辆需逐一称重、编号，单车总重误差不得超过1吨。图3.2 加载车加载、轴重车型图(30吨) (尺寸单位：cm) 3.3加载工况湖州市二环西路2号桥建各工况的加载车详细位置与试验内容对应，共分为四种工况，其一是试验跨跨中处（S2断面）最不利正弯矩布载（中载）；其二是试验跨跨中处（S2断面）最不利正弯矩布载（偏载）；其三是按距墩支点6.65m处L/4截面（S1断面）最不利正弯矩布载（中载）；其四是按墩支点6.65m处L/4截面（S1断面）最不利正弯矩布载（偏载）；具体工况为：（1) 工况一：S2断面最不利正弯矩布载（中载），3车；（2) 工况二：S2断面最不利正弯矩布载（偏载），3车；（3) 工况三：S1断面最不利正弯矩和挠度布载（中载），3车；（4) 工况四：S1断面最不利正弯矩和挠度布载（偏载），3车；3.4静载试验效率静载试验各工况最终加载效率见表3-1、3-2： 静载试验各工况加载效率 表3-1 工况名称实际汽车加载内力kNm(kN)理 论荷载内力kNm(kN)荷载效率工况一、二S1断面最不利正弯矩布载384.7495.40.78工况三、四S2断面最不利正弯矩布载311.2360.10.86附注：表中的内力值为最不利单板的内力值。 挠度加载效率 表3-2名称6.496.431.01工况三4.194.800.873.5分级加载控制在正式加载前进行了分级加载，即进行各个工况时以50%左右的实试验荷载预压，再以80%左右的试验预压，发现左右读数正常，一切反映良好，在将试验荷载加载至100%，分级加载内力效率见表3-3，分级加载挠度效率见表3-4。分级加载内力加载效率 表3-3工况名称分级加载车辆数内力加载效率分级加载内力（KNm）设计荷载内力（KNm）工况一、二1117.6495.40.24 2265.1495.40.54 3384.7495.40.78 工况三、四191.14360.10.25 2218.3360.10.61 3311.2360.10.86 分级加载挠度加载效率 表3-4工况名称分级加载车辆数挠度加载效率分级加载计算挠度（mm）设计荷载挠度（mm）工况一、二12.076.430.32 24.396.430.68 36.496.431.01 工况三、四11.324.800.28 22.854.800.59 34.194.800.87 附注：表中的内力值为最不利单板的内力值。3.6动载试验理论计算 本桥动载试验理论计算，采用MIDAS 2006程序进行计算。本桥竖向一阶振型见图3.4所示，频率3.875Hz。图3.4竖向一阶振型图3.7人员安排荷载试验观测项目多，涉及设备仪器广，工作面大。为保证试验有条不紊地进行，特成立以下8个职能小组。具体见下表。序号工作组人数工作内容负责人备注1领导小组2全桥试验的指挥、协调工作甲方负责人2车辆调度组2所有加载车的编号、就位及卸载的指挥、协调1人长安1，车队13应变组2主梁应变的数据采集及处理1人4控制组2控制计算1人5温度组2各温度测点的温度采集1人6贴片组3布设测点传感器等1人7动测组3动测部分1人3.8 各工况工作流程各工况的工作流程如下：1、桥梁空载，根据总指挥的指令，几何测量组读取桥梁在空载下的初始读数，加载车辆在停车场待命。2、几何测量组读取完初始数据后，向负责人汇报。然后总指挥向车辆调度组下指令，加载车辆逐批进场（逐级加载），相继进入指定位置。3、加载车辆全部到位后，向总指挥报告。负责人下达指令，测量小组开始测量。4、各个测量小组完成本工况各自的测量任务后，向负责人报告。5、根据各个小组汇报的测量结果，负责人断试验是否正常。如果测量结果有异样，则命令相应的小组重新测量。如果一切正常，则命令加载车辆撤离。本工况结束。6、为了减小温度变化的影响，静载试验应选择在气温变化不大的时间间隔内完成。本桥静载试验时间为晚上10时至晨6时。7、为了控制加卸载稳定时间，应选择一个控制测点，在每级加载（或卸载）后立即测度一次，计算其加载前（或卸载前）测度值之差值Sg，然后每隔2min测度一次，计算2min前后读数的差值S，并按下式计算相对读数差值m：当m值小于1%或小于量测仪器的最小分辨值时即认为结构基本稳定，可进行各观测点读书，但当进行主要控制截面最大内力加载程序时荷载在桥上稳定时间应不小于5min。各工况工作流程图如下：3.9 试验时间安排3.10试验注意事项3.10.1各试验单位注意事项1 参与试验的全体人员要有高度责任感，在试验中认真负责，保证试验的顺利实施，保证试验数据的准确性。2 试验的各项工作均要听从总指挥的指令，令行禁止，以保证试验各个步骤的协调、有序、统一。3 车辆调度组向加载车司机申明：严禁在桥上掉头，严禁刮擦两侧护栏。4 在试验中要注意安全，不得擅自行事。尤其是塔顶测量人员更要注意，以避免不必要的事故。5 全体人员要注意保护桥梁结构及附属设施，不得随意破坏、挪位。6 试验结束后，认真清理试验现场，打扫垃圾。3.10.2加载单位注意事项1 车况必须良好，进入试验场地前车辆应进行全面检查，试验过程不能因为车况原因而中断；2 应有相应的预备车辆，预备车辆需在半小时内顶替有故障的车辆，故障车辆必及时移走，即需有拖车保障；3 车队经理应参加试验领导小组工作会议，车队队长（2人以上）应参加车辆调度工作；4 车队领导应熟悉试验加载的全过程；5 驾驶员应进行试验前的培训，驾驶员必须清楚何种工矿车辆所在位置，如何进桥，如何出桥等；6 车辆应根据要求进行编号；7 试验车辆在指定时间准时进入指定的停车场地，并及时调整车头方向；8 加载单位应根据试验单位提供的加载平面图提出车辆停放方案及车辆行驶路线方案；9 车辆在桥上不能调头，不能碰撞桥面构筑物；10 严禁车辆漏油，并有相应的防漏油措施；11 加载车只能两辆同时并行，桥上车速小于25公里/小时，车间距不小于20米；12 车辆在桥头停车时应留出一条行车道；13 夜间连续作业，应注意安全，注意劳保。3.10.3试验过程中其他构造的观测试验过程中其他构造的观测要点：a、桥面观测1 在加载过程中，观测最大正挠度处的桥面有无开裂，并派人持裂缝观测仪观测；2 加载车过桥时，观察桥面铺装有无明显碾压轮迹。b、伸缩缝观测1 在加载过程中，观测伸缩缝的伸缩性能是否有效；2 观测伸缩缝是否有阻塞、变形、开裂现象；3 采用钢尺测量伸缩缝的伸缩量。c、附属设施1 在加载过程中，观测护栏有无异常变形、弯曲情况，连接件连接是否可靠；2 在加载过程中，观察检修道有无异常变形情况。进行以上观测时作好记录，如有异常情况及时汇报。四、主要仪器设备及耗材4.1 主要仪器设备序号仪器设备名称测试精度型号规格产地用途1静态应变测试仪DH3815N中国静态应变数据采集2接线箱DH3815N中国静态应变数据采集3机电百分表ME-3080中国挠度测量4精密水准仪0.1mmNI002德国几何测量5DH5922中国动力测试6动态电阻应变仪1DY-21中国动态应变测试7高精度超低频加速度传感器0.01HzDH610中国振型特征测试8混凝土应变计0.01HzJMZX-215中国混凝土应变9裂缝宽度观测仪0.01mmSWLW101中国裂缝观测4.2其他设备及耗材1、 胶基应变片100片2、 动测系统（共1套,含8个传感器）传感器导线80米6条、20米6条3、 50米屏蔽线100条4、 砂轮机2台5、 502胶水15瓶，环氧5瓶，密封胶12捅6、 50米皮尺1个、20米皮尺1个、5米钢尺2个、2米钢尺4个7、 发电机1台8、 电源电缆2卷，100W灯泡2只，插座插头2套10、精密水准仪一台11、3米梯子1套12、应急灯3只，手电3只13、交通车辆五、项目参加人员表六、紧急情况处理预案6.1总则6.1.1编制目的桥梁荷载试验属于无损检测，就整个试验过程而言，不能对桥梁结构造成损伤；同时试验参加人员设备较多，也必须保证试验人员设备的安全，确保整个试验安全有效的完成。为规范桥梁荷载试验紧急情况的应急管理和应急响应程序，及时有效地处治，最大程度地减少财产损失、人员伤亡，制订本预案。6.1.2编制依据依据中华人民共和国安全生产法、国家突发公共事件总体应急预案和国务院关于进一步加强安全生产工作的决定等法律法规及有关规定，制定本预案。6.1.3适用范围本预案适用于荷载试验过程中由于各种原因产生人员伤亡、机械设备损毁或对桥梁结构产生损害。级：人员重伤或死亡；由于各种原因产机械设备损毁或对桥梁结构产生较大损害，造成经济损失10万元以上。级：人员轻伤；由于各种原因产机械设备损毁或对桥梁结构产生损害，造成经济损失10万元以下；试验过程出现明显异常。试验过程中的异常现象包括以下内容：荷载试验挠度或应变数据超出理论计算值0.5倍以上；结构大量产生新裂缝或者原有裂缝宽度、长度迅速增加；试验过程中结构产生异常声响；其他异常情况。6.2组织体系及相关机构职责桥梁荷载试验难度大，且不是孤立的施工技术问题，它涉及业主、设计、施工、加载车辆及其它参与荷载试验配合工作的单位。为做好本项工作，建议在组织形式上分两个层次开展工作，即设立荷载试验领导小组与荷载试验工作小组。重大问题由领导小组讨论决定，具体工作由荷载试验工作小组实施。其组织机构人员建议安排如下：1、荷载试验领导小组：组 长：业主负责人副组长：荷载试验实施单位、设计、施工、加载车辆提供单位及其它配合工作参与单位负责人。成 员：业主、荷载试验实施单位、设计、施工、加载车辆提供单位及其它参与荷载试验配合工作单位的技术负责人。2、荷载试验工作小组组 长：荷载试验实施方负责人 副组长：业主、设计、施工、加载车辆提供单位及其它参与荷载试验配合工作的单位负责人。成 员：荷载实施单位全体人员、业主、设计、施工、加载车辆提供单位及其它参与荷载试验配合工作的单位参加荷载试验现场工作的人员。6.3应急响应6.3.1分级响应级应急响应行动由荷载试验领导小组组织实施，主要工作包括现场应急救援协调工作；防止次生、衍生和耦合事故（事件）发生，果断控制或切断事故灾害链；提交事故报告并根据事故的严重性决定上报等级。级应急响应行动由荷载试验工作小组组织实施，主要工作包括现场应急救援协；决定是否中止试验；召开会议，分析异常现象产生的原因。6.3.2指挥协调进入级响应后，由荷载试验领导小组进行协调指挥。进入级响应后，由荷载试验工作小组进行协调指挥6.4 后期处置按照相关要求，荷载试验单位负责本单位人员、仪器设备的安全及桥梁结构的安全，同时承担由于荷载试验指挥失误造成的损失并进行相关后期处置工作；加载车辆提供单位负责司机、车辆的安全并进行相关后期处置工作；其他配合单位负责各自工作并进行相应的后期处置工作；业主单位负责相关后期处置协调工作。七、荷载试验用表1、应变记录表日期： 月 日测点编号结构名称： 工 况：实测值1实测值2实测值3平均值计算值校验系数123456789101112131415161718平均校验系数试验时间操作记录2、挠度变位记录表日期： 月 日测点编号结构名称：工况：实测值1实测值2实测值3平均值计算值校验系数123456789101112131415161718挠度平均校验系数试验时间操作记录3.温度测试记录表 结构： 气温： 日期: 月 日测点10:0011:0012:0013:00测量值测量值测量值测量值S11234S21234S31234S11234S21234S31234 记录： 复核：4、裂缝观测表日期： 月 日编号位置、方向描述加载前加载后卸载后宽度长度宽度长度宽度长度1234567891011121314151617181920212223试验时间操作记录八、主要业绩表桥名桥型单孔跨径（m）完成人员、时间说明宜昌长江大桥悬索桥960黄平明，2001钢箱澜沧江大桥悬索桥380刘来军，2003钢混凝土泗河桥斜拉桥180杨炳成，1998PC咸阳桥斜拉桥200杨炳成，1996PC外环零点立交斜拉桥200杨炳成，2001PC丹山水库斜拉桥280徐岳，2000PC黑河桥悬索桥280杨炳成，1998PC渭梁大桥连续刚构150杨炳成，1998PC汉中大桥钢管拱桥150杨炳成，2001PC八里沟大桥钢管拱桥100杨炳成，2000PC茨沟大桥连续梁110贺栓海，2001PC洛川大桥连续刚构120杨炳成，2000PC江南跨线桥桁式拱桥8010080黄平明，2000钢管混凝土三滩黄河桥连梁140徐岳、杨炳成，2001PC海珠桥钢桥66.5+48.03+66.5杨炳成、陈万春，1997钢桥徐水特大桥连续刚构200 徐岳、张敬珍PC湖口桥斜拉桥380杨炳成、许汉铮PC（合作）仙桃汉江大桥斜拉桥独塔180黄平明、许汉铮PC珠江解放桥斜拉桥392杨炳成，1997钢箱安庆长江大桥斜拉桥510黄平明，2004PC（合作）鹤洞桥斜拉桥360杨炳成，1997钢混凝土五河口斜拉桥370黄平明，2005预应力混凝土秭归卡子湾连续桁架140黄平明，2004预应力混凝土兴山平邑口钢管混凝土拱桥160黄平明，2005钢管混凝土宁夏黄河桥连续梁110黄平明，2004预应力混凝土宁夏黄河辅道桥T构90黄平明，2004预应力混凝土兴山峡口一桥连续梁110黄平明，1998预应力混凝土兴山峡口二桥连续梁90黄平明，1998预应力混凝土湖州练溪大桥连续梁80黄平明，2004预应力混凝土湖州龙溪大桥预应力混凝土连续梁拱357535黄平明，2004预应力混凝土湖州五一桥预应力混凝土连续梁拱60黄平明，2002预应力混凝土温州灰桥浦桥刚架桥50孙胜江，2004钢筋混凝土孙胜江，湖北柯家墩连续刚构80黄平明，2000预应力混凝土山西石村沟特大桥连续刚构55210055黄平明，2003预应力混凝土河北、湖北石拱桥30-601998-200330座河北、湖北双曲拱桥20801998-200420座武黄高速梁桥、板桥10-502001200250座汉宜高速梁桥、板桥10-502003-2006400座附图：