青林湾引桥荷载试验方案

青林湾大桥2×50m+25m引桥荷载试验方案
长安大学
二零一零年一月
目录
1 工程概况和试验目的 (1)
1.1 工程概况 (1)
1.2试验目的 (1)
2 桥梁试验内容及依据 (1)
2.1 静载试验的主要内容 (1)
2.2 动载试验的主要内容 (2)
2.3 实验依据 (2)
3 桥梁状况调查 (2)
4 结构静力试验实施方案 (3)
4.1 静力试验荷载确定 (3)
4.2加载工况 (3)
4.3 测点布置、量测方法 (6)
4.4 静载试验的加载方式与实时处理分析 (7)
4.5 静载试验的保证措施 (8)
4.6 主要测试仪器 (8)
5动力试验荷载及作用方式 (8)
5.1 动力试验荷载及作用方式 (9)
5.2 动力试验测点布置及测试方法 (9)
5.3 主要测试仪器 (9)
6 试验现场组织与分工协作 (9)
7 进度计划 (10)
8 人员配备表 (10)
9 测试仪器 (11)
10 测试费用预算 (12)
11 试验观测用表表样 (13)
1 工程概况和试验目的
1.1 工程概况
该桥为宁波青林湾大桥的引桥，上部为2×50m+25m预应力混凝土连续梁，由上、下行分离的两个单箱双室箱形截面组成，其中50m跨径的箱梁为等截面箱梁，25m边跨的箱梁为变截面箱梁。

桥梁全宽41m，单幅桥宽20.5m，桥面横坡为1.5%。

等截面箱梁高2.8m，高跨比为1/17.86；变截面箱梁高度由前支点处高2.8m按抛物线变化至1.4m，高跨比为1/17.86。

该桥总体布置图如下图1所示。

50005000
2500
图1 青林湾引桥总体布置图（单位：cm）
1.2试验目的
根据桥梁的实际情况，对其性能进行静动载试验及质量评价，对确保桥梁质量情况提供重要的理论依据。

因此，本荷载试验将力求达到以下目的：
1）检验桥梁现状及内在质量，确定工程结构的可靠性；
2）通过静载试验，掌握桥跨结构在试验荷载下的实际工作状态，判断实际承载能力，评价在使用荷载下的工作性能；
3）通过动载试验了解桥跨结构的固有振动特性以及其在使用荷载下的动力性能；
在完成上述工作的基础上，将经过详细地计算分析并与实测值进行比较，提供该桥动静载试验检测报告。

2 桥梁试验内容及依据
2.1 静载试验的主要内容
1）主梁控制截面及关键部位应力（变）；
- 1 -
2）主梁控制截面竖向变位；
3）箱梁结构的扭转变位（上、下游两侧的挠度差）；
4）裂缝观测。

2.2 动载试验的主要内容
1）桥跨结构自振频率；
2）桥跨结构阻尼比；
3）桥跨结构动应变和动挠度；
4）桥跨结构动冲击系数。

2.3 实验依据
1）中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》JTG F80-1-2004；
2）中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004；
3）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》JTG D62-2004；
4）中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007；
5）中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041-2000；
6）中华人民共和国行业标准《公路养护技术规范》JTG H11-2004；
7）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》1982；
8）中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》JTG B01-2003；
9）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》（送审稿）。

3 桥梁状况调查
为便于荷载试验有针对性，合理评定试验结果，解释试验现象，在荷载试验前通过实桥调查和对有关资料的搜集分析，以达到对试验结构全面深入了解和准确的技术评价。

在试验前，组织专业技术人员对桥跨结构各部件进行下述调查：
1）结构各部件几何尺寸和线形检查；
-2 -
-3 -
2）结构各部件的情况检查；
3）结构各部件内在质量调查。

4 结构静力试验实施方案
4.1 静力试验荷载确定
静载试验荷载根据城市－A 级设计荷载标准，采用等效荷载原则，在所测截面内力影响线上按最不利位置，根据加载车辆轴重、轴间距进行布载。

试验车拟采用12台重300kN （30t ）的汽车，加载车辆的技术指标列于表1。

为了保证试验的有效性，试验前对每辆车都严格过磅，记录下各辆车的实际轴重、总重、轮间距和轴间距，并将每辆车的重量误差控制在0.5吨以内。

表1 加载车辆技术参数 轴距（cm ） 各轴轮距（cm ） 前轴重（kN ） 中后轴重（kN ）
总重（kN ）
前中轴距
中后轴距 400 140 180 60 120 300 本次试验为成桥荷载试验，根据《试验方法》的要求，桥梁的静力试验荷载产生的最不利效应按下式所定原则等效换算而得：
stat S S ηδ
=
⨯ 式中：η－为静力试验荷载效率指标； s t a t S －试验荷载作用下检测部位变形或内力计算值；
S －设计标准荷载作用下检测部位变形或内力计算值；
δ－设计取用的动力系数。

静力荷载效率η取值宜在0.80～1.05之间。

4.2加载工况
为检验结构在对称中载作用和不对称偏载作用下的工作性能，试验车在横桥向布置
-4 -
分为中载和偏载两类，如图2、3所示：
5040025
5050180130180130340180130180
图2 横桥向中载布置
5040025
1801801301801301801305034050
图3 横桥向偏载布置
根据连续梁受力特点，本次静力荷载试验各工况的控制截面主要包括以下3个断面（如图6所示）：
表2 静载试验测试断面
断面编号
断面位置 S1
50m 边跨跨中最大正弯矩截面 S2
50m 边跨与中跨间后支点最大负弯矩截面 S3 最大剪力截面
主梁应变测试断面纵向位置如下图4所示。

200C C 12501250125010505000
A
B A
B E E 25005000F F 2500
16号墩17号墩18号墩19号墩D D
图4 静载应变测试断面纵向位置
主梁挠度测试断面布设在边孔的跨中及中孔的四分点，每个断面上的挠度测点为行车道上、下游边缘，如图5。

-5 -
12501250125010505000
W1W2W3W412501250125012505000W5W6W712502500W9
W81250
20016号墩17号墩18号墩19号墩
图5 静载挠度测试断面纵向位置
按照上述各测试端面，本次静力荷载试验主要包括以下试验工况：
工况Ⅰ：S1截面正弯矩（挠度）最不利位置布载，横桥向中载；
工况Ⅱ：S1截面正弯矩（挠度）最不利位置布载，横桥向偏载；
工况Ⅲ：S2截面负弯矩最不利位置布载，横桥向中载；
工况Ⅳ：S2截面负弯矩最不利位置布载，横桥向偏载；
工况Ⅴ：S3截面剪力最不利位置布载，横桥向中载。

根据设计荷载和静载试验效率要求，各工况下均采用四列车队加载。

各工况车辆加载轮位纵向布置如图6所示。

横向2列
21003603603602100210035607560
工况Ⅰ,Ⅱ工况Ⅲ,Ⅳ
工况Ⅶ360
200S1
S2S3500050002500
S1
S2S3
16号墩17号墩
18号墩19号墩 图6 各工况车辆加载轮位纵向布置
使用有限元程序作出连续梁的内力图和挠度影响线图，如图7~10所示，根据影响线可确定各工况中汽车荷载的加载效率如表3所示，该桥各工况荷载效率系数满足要求。

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 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125
图7 50m 边跨跨中弯矩影响线
图8 50m边跨跨中挠度影响线
图9 50m边跨与中跨间支点弯矩影响线
图10 最大剪力截面剪力影响线
表3 试验荷载效应和城市-A级荷载效应对比
编号项目试验荷载下的计算值
①
标准荷载下的计算值
②
试验荷载效率
①/②
1 S1截面跨中正弯矩18694 kN.m 20015 kN.m 0.93
2 S2截面跨中负弯矩－16141 kN.m －16718 kN.m 0.97
3 S3截面剪力2177 kN 2419 kN 0.90
4.3 测点布置、量测方法
试验测点布置原则：①测点布置必须充分，以达到试验目的；②测点有代表性，重点突出；③应布设校核测点，以保证测试数据的可靠。

混凝土表面应变片，在试验前采用502胶贴上。

主梁纵向应变测点布置在截面外表面，如图11所示；在2号墩附近靠边跨截面腹板外侧面侧粘贴阻值为120Ω的45°直角应变花，上下游两侧腹板两侧均布
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-7 -
置，如图12所示。

单幅主梁应变测试共包括6个截面，合计120个测点。

纵向应变片
图11 50m 主梁横截面纵向应变片测点布置 45°应变花
图12 50m 主梁横截面剪应力应变片测点布置
挠度测量采用精密电子水准仪（精度0.01mm ）测量主梁各控制截面在荷载作用下竖向位移。

在主梁横断面上下游及箱梁中心线处各设置一个挠度测点，测量主梁的扭转变形，确定其扭矩效应，测点布置见图13。

挠度测点9505050
950
图13 主梁挠度测点布置
4.4 静载试验的加载方式与实时处理分析
为了获取结构荷载与变位的发展规律和防止结构意外损伤，静力试验荷载采用分级加载，主要依据试验加载车在某项试验内容的影响线上纵向位置的不同以及加载车数量分排加载。

在某一加载试验项目中，加载方式为逐级递加到最大荷载，然后分级卸载到零荷载。

为实现对加载试验的实时控制，保证结构安全，在测验过程中应及时将实测控制数据换算处理，并与设计计算值进行比较，以判断试验荷载作用下的结构性能，进而对试验过程进行有效地控制。

4.5 静载试验的保证措施
1）预备工作
⑴先对结构按前述的应变和位移测点布置方式进行放样。

对应变测点位置进行打磨、找平处理后，粘贴电阻式应变计和焊接导线。

期间即时量测应变计与导线的连通性及其电阻值的大小，以保证连接于同一扫描单元的应变计的电阻值相差在2欧姆以内。

如果测点位置潮湿，则先用汽油喷灯或电吹风机烘干。

⑵对加载时车辆停放位置划线放样；对每辆加载汽车过磅，测取各轴重和总重；对每辆加载汽车测量轮距和轴距。

⑶试验导线及联机调试等几项准备工作就绪后，先进行预加载，以检验各测点应变计及采集记录仪器工作的可靠性。

经检验无误后，再进行正式试验。

2）保证措施
⑴为了确保安全，每个工况的试验采用分级加载的措施，具体作法是：将全部荷载分为多级，逐级增加，每级加载时车辆缓缓驶入预定加载位置，测取当时的挠度和应变值并立即与计算值作比较，经分析确信结构仍处于弹性工作阶段后，再增加下一级荷载。

逐级加载达到最大荷载后再逐级卸载；
⑵在试验过程中，为减少混凝土流变特性对测读结果的影响，各工况荷载到位后，关闭汽车发动机，持续10分钟以上，待结构变形完全稳定后再测取数据。

每次卸载后再测取一次数据，以计入残余应变的影响；
⑶每种工况至少加载测试两次，取其平均值；
⑷每次卸载后至下一次加载的间隔时间均不少于10分钟。

4.6 主要测试仪器
全站仪（水准仪）、电阻应变片、TDS－303静态应变测试系统、刻度放大镜、数据存储设备等。

5动力试验荷载及作用方式
-8 -
5.1 动力试验荷载及作用方式
1）无障碍行车试验。

在桥面无任何障碍情况下，用一辆重车（总重约300 kN）分别按对称和非对称两种情况，以20、40公里等不同速度往返通过桥跨结构，测定桥跨结构的动力反应。

2）刹车制动实验。

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20、40公里等不同速度，在桥跨结构跨中截面进行正面和逆向刹车，以测定桥跨结构的动力反应。

3）跳车试验。

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20、40公里等不同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。

5.2 动力试验测点布置及测试方法
为了有效地测取结构的动力性能，应将测点布置在前三阶振型中振幅均较大的位置。

根据主桥振型图决定，加速度传感器的安装位置在纵向与主梁挠度测点布置一致（如图5，不包括墩顶测点），横桥向仅布置单侧，共7个测点。

5.3 主要测试仪器
加速度传感器、磁带记录仪、电荷放大器、信号分析仪、数据存储设备等。

6 试验现场组织与分工协作
1）成立试验领导小组和试验工作小组，试验领导小组试验前负责协调各项试验准备工作，试验时负责指导和指挥等工作，并对试验过程中临时需要变更的事项做出决策，试验工作小组在试验领导小组的直接领导下，负责现场试验测试工作的具体实施。

2）试验现场准备工作主要由施工或建设单位负责落实，具体有：
⑴桥跨结构测试用脚手架、仪表架的搭设并制作两个三角形楔形跳台；
⑵各测试工作点测试用电（220V单相交流电源）和实验现场照明；
⑶配合试验承担部门进行结构实际状况的调查；
⑷ 负责提供试验加载车辆（包括加载、卸载），每一辆试验加载车均应进行轴重称量；
⑸ 维护现场秩序，负责已安装好的测试仪器的安全保卫工作等。

⑹ 测试仪器与测试用材料的准备，由试验承担单位负责落实。

⑺ 试验期间，静动载试验的测试工作由试验承担单位负责，施工及建设单位部门配合；试验加载车的调集、现场加在实施以及实验后勤保障由施工或建设部门负责，试验承担单位配合。

7 进度计划
试验现场准备需2~4天左右，现场静动载试验2天。

具体实施时间可视天气情况、准备工作完成情况及异常客观条件影响作适当调整。

桥梁现场试验结束至试验报告完成约需28天。

8 人员配备表
表4 人员组织与分工
项目 人数 备注
应变测试 4 机动1人 挠度测试 4 裂缝观察 1 车辆指挥 3 总指挥
1
9 测试仪器
表5 主要试验仪器、设备清单
序号试验项目名称仪器设备名称单位数量
1 主梁挠度精密水准仪台 2
2 主梁动应变10通道数字动态应变仪台 1
3 主梁静应变
电阻式应变计个500
静态应变仪台 2
4 裂缝观察带刻度放大镜个 2
5
动力特性加速度传感器台7
6 磁带记录仪台 1
7 电荷放大器台 1
8 信号分析仪台 1
9 数据存储设备套 1
10 测试费用预算
荷载试验经费预算表
项目名称数量单价（万元）金额（万元）
一、仪器设备费10.30
应变片500 0.002 1.00 测试设备使用费 2.00
试验加载车租赁费12×2 0.22 5.30 其他材料费（工具、导线、粘胶等） 2.00
二、计算分析费 3.40
计算机折旧费 2 0.2 0.40 Midas、GQJS等软件使用费 3.00
三、差旅费 1.50
四、人工费 3.90
试验人员劳务费13×6 0.05 3.90
五、管理费及税费25% 6.40
合计25.50
11 试验观测用表表样
应变/变形记录表日期：月日
测点编号
工况：
实测值1 实测值2 实测值3 平均值计算值校验系数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
试验时间：操作：记录：。