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附件一: 参考试验方案
吉祥路中桥荷载试验方案
一、 桥梁概述
吉祥路中桥为1×25m正交预应力混凝土简支小箱梁桥。桥宽28m, 横断面布置: ( 人行道) +( 机动车道) +( 人行道) , 横断面布置如图1所示, 全桥共21片小箱梁。设计荷载: 城—A级。
图1 桥梁上部横断面布置图( 尺寸单位: cm)
二、 荷载试验
( 一) 试验目的及试验依据
1、 试验目的
1) 检验该桥整体结构的质量和结构的可靠性;
2) 判断桥跨结构在试验荷载作用下的实际受力状态和工作状态, 评价结构的力学特性和工作性能, 检验结构的承载能力是否能满足设计标准:
3) 经过动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, 以及各控制部位在使用荷载下的动力性能;
4) 进行梁的强度、 刚度及承载能力评估。
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2、 试验依据:
1) 《公路旧桥承载能力鉴定方法》( 以下简称《方法》) ;
2) 《城市桥梁设计荷载标准》( CJJ 77-98) ;
3) 《公路桥涵设计通用规范》( JTG D60- ) ;
3) 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》( JTG D62- ) ;
4) 吉祥路中桥施工图
( 二) 试验内容
1、 试验部位
1) 动载试验: 试验项目为跑车、 刹车和跳车。
2) 静载试验: 左辐和右幅主梁跨中最大弯矩加载。
2、 主要试验设备
1) 变形检测设备
精密水准仪( 瑞士徕卡) 二套, ,
2) 应变检测设备
JMZX- 综合测试仪( 长沙金码高科) 一套, 精度为1
3) 动载试验设备
INV306动态数据采集处理系统一套( 东方振动研究所)
( 三) 结构理论分析原理及试验加载方案
结构理论分析原理
吉祥路中桥, 为1×25m正交预应力混凝土简支空心板桥。桥横断面由21片小箱梁组成, 4车道。
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动载试验求动力增大系数时, 将荷载布设在第2车道, 求解第3车道拾振器处的静载理论挠度值f st 。根据实测动挠度幅值, 计算动力增大系数: 1＋µ＝1＋/f st
设计荷载: 用铰接板梁法计算跨中荷载横向分布系数, 利用试验断面的弯矩影响线进行纵向加载, 求解设计荷载作用下最不利荷载位置, 求得设计活荷载效应( 控制荷载模式) 。
试验荷载: 在影响线上布设试验荷载, 致使布载结果与设计荷载效应之比接近于所希望的加载效率, 并求解试验荷载下的内力。此内力与设计活荷载效应之比为加载效率。
2、 试验加载方法
1) 动载试验
动载试验是采用一辆重量约为350kN的汽车, 按如下4种工况进行动载试验:
① 在桥面上, 汽车分别以20km/h、 30km/h和40km/h的行驶速度进行跑车使桥梁产生受迫振动, 量测桥梁的振动频率和振幅。
② 在桥面上, 汽车分别以20km/h和30km/h的行驶速度进行跑车, 在简支梁桥跨中紧急刹车使桥梁产生受迫振动, 量测桥梁的振动频率和振幅。
③ 试验跨的跨中位置, 汽车从约15cm高的垫木上后轮自由下落对桥梁进行的激励振动, 量测桥梁的固有振动频率和阻尼。
④ 在桥梁无车辆通行时, 桥梁受环境自然激励, 量测桥梁的固有振动频率。
动态测试的测点沿桥跨布置3个, 即在L/4, L/2, 3L/4位置布置测点( 见图2) , 横断面上第2车道跑车, 第3车道安装传感器。大桥的振动信号经过加速度传感器予以测量, 并由计算机进行数据采集和记录, 然后在经过动态信号分析软件进行分析, 给出桥梁动态试验结果。
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图2 动载试验传感器测点布置图( 尺寸单位: cm)
2) 静载试验
① 试验荷载
根据《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承载能力问题, 加载效率系数取为:
,
在设计荷载城－A级和人群荷载作用下, 计算获得跨中最大正弯矩, 。
考虑现场组织标准车队困难, 采用弯矩等效原则, 试验选用4台约330kN加载车辆, 按图3所示的试验载位进行加载, 则计算在该试验荷载作用下, 空心板跨中控制截面的试验弯矩和试验荷载效率如表1所示。
表1 试验弯矩和效率系数
试验
载位
控制截面
设计弯矩()
试验荷载
车载
布置
试验弯矩()
试验荷载效率
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A
跨中
4台330kN
图3
617
本次试验加载采用偏置加载。加载分为四级加载。
注: di为加载分级距离, d1＝550, d2＝400, d3＝300, d4＝200
图3 A载位跨中位置车辆布置图( 单位: cm)
② 测点布置和观测方法
A. 应力( 应变) 观测
应变测点布置在1#～21＃梁跨中梁底, 弯矩较大的10#梁、 11号梁和12#梁在梁底沿纵向布置3个测点( 一个测点在跨中截面, 另两个测点对称跨中测点布置, 净距10cm) , 其余各梁在梁底布置1个测点, 11号梁两侧分别沿梁高布置3个测点, 12号梁一侧沿梁高布置3个测点, 全桥共30个测点, 采用粘贴弓形应变计的方法观测混凝土的应变, 用JMZX- 综合测试仪量测各片梁测试断面的混凝土的应变。
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应变测点位置见图4。
图4 应变测点布置和测试断面图( 单位: cm)
B．变形观测
对于简支梁桥, 依据《试验方法》要求, 本次试验沿试验桥跨跨中截面每片小箱梁、 弯矩最大的三片梁( 10#、 11#和12#梁) 1/4跨、 3/4跨和支点的位置布置挠度测点, 共计33个测点, 具体测点布置见图5。采用精密水准仪测量。
( 四) 试验步骤
1、 动载试验
1) 载位及测点布设
选择试验桥跨的第3车道为动载加载车道。在第2车道的L/4、 L/2、 3L/4处各安装拾振仪一个。
2) 跑车试验
选择一辆载重30t的汽车为试验车辆, 分别以20km/h, 30km/h, 40km/h的车速在试验车道上行使。测得引桥的振动频率, 最大动挠度。
3) 刹车试验
选择一辆载重30t的汽车为试验车辆, 分别以20km/h, 30km/h的车速在试验车道上行驶试验桥跨, 并在引桥的跨中位置紧急制动。分别测得引桥的振动频率, 最大动挠度。
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4) 跳车试验
选择一辆载重30t的汽车为试验车辆, 将15cm高跳板放在试验桥跨第3车道跨中, 令试验车缓慢驶上跳板, 待稳定后, 使前轮从跳板上自由滑下, 同时测得引桥的振动频率及动挠度。
5) 在桥梁无车辆通行时, 桥梁受环境自然激励, 量测桥梁的固有振动频率。
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图5 挠度观测点的测点布置图( 尺寸单位: cm)
2、 静载试验
( 1) 将加载汽车过地磅称重后, 排列于被测试桥跨外20米以上。
( 2) 正式加载前, 两排四辆加载车辆并排缓慢地来回二次对全桥进行预压, 然后非工作人员退场, 待一切工作安排就绪, 各试验量测仪表读数调零, 进行第一次空载读数, 同时记录试验的气候温度。
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( 3) 正式实施试验加载, 每个试验载位采用偏置进行加载。试验加载分五级进行。每个载位满载后, 记录该时间的气候温度。
每级汽车荷载驶入指定的区域就位后, 稳定15分钟记录加载后开始试验观测第一次读数, 间隔10分钟再记录加载的第二次读数, 两次读数差均小于前次读数增量的10％时, 认为结构变形已趋稳定。此时所记录的数据为试验实测数据。
( 4) 该桥试验的载位满载完成后进行一次卸载, 稳定20分钟后观测应变数据, 待应变数据稳定后, 量测挠度。测量完成后, 记录该时间的气候温度。
随着公路运输事业的飞速发展, 公路建设进入一个前所未有的大发展阶段, 中国依靠自己的力量, 建成了不同结构形式的大跨度悬索桥、 斜拉桥、 拱桥、 连续刚构桥等等, 这些桥梁技术复杂, 科技含量高, 施工难度大, 表明中已经迈入世界先进行列。这些大量新建桥梁, 特别是新型结构特大桥, 检验其施工质量最有效、 最直接的方法就是进行荷载试验。同时随着大量低等级公路市政桥梁被改建或者扩建, 这些服役几十年的桥梁能否继续使用已经成为管理决策部门关注的一件大事。
据统计, 上世纪70年代以前修建的大量低标准桥梁已达到或者接近设计基准期, 在各种不利因素的长期影响下桥梁结构性能可能发生巨大的变化, 有些桥梁已出现不同程度的损伤, 甚至其承载能力已大大降低而逐渐演变成为危桥, 对这类桥梁急需加以综合评定, 以便采取相应的技术改造措施或拆除重建等处理方案, 而对现役桥梁结构进行承载能力评定最有效最直接的方法也就是桥梁荷载试验。
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概念
桥梁荷载试验按荷载性质分为静载和动载试验两个部分:
桥梁静载试验是将静止的荷载作用在桥梁的指定位置上, 检测桥梁结构的静力位移、 静力应变、 裂缝、 沉降等静态参量的试验项目, 然后根据相关规范和规程的指标, 判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作性能。
桥梁动载试验则是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动, 测定桥梁结构的固有频率、 阻尼比、 动力冲击系数、 动力响应( 加速度、 动挠度) 等动态参量的试验项目, 从而宏观的判断桥梁结构的整体刚度与运营性能
桥梁荷载试验又可根据测试对象的不同, 分为现场桥梁试验和室内桥梁模型( 或部件) 试验, 前者多用于既有桥梁检定, 后者多用于重要的或新型桥梁的设计阶段, 必要时还可做模型或部件的破坏性试验。
目的
1) 检验桥梁设计与施工质量
对于一些新建的大、 中型桥梁或者具有特殊设计的桥梁, 在设计施工过程中必然会遇到许多新的问题, 为保证桥梁建设质量, 施工过程中往往要求作施工监控。在竣工后一般还要求进行荷载试验, 以检验桥梁整体受力性能和承载能力是否达到设计文件和规范的要求, 并把试验结果作为评定工程质量优劣的主要技术资料和依据。
2) 判断桥梁结构的实际承载能力
旧桥由于构件局部发生意外损伤, 使用过程中产生明显病害, 设计荷载等级偏低、 原有设计资料遗失以及需要经过特种车辆等原因, 都有必要经过荷载试验判定构件损伤程度及其承载力、 受力性能的下降幅度, 确定其运营荷载等级。同时, 荷载试验也是改建、 加固设计的重要依据。