长兴港桥荷载试验方案

1、104国道长兴段长兴港大桥维修加固工程荷载试验方案长安大学湖州正通交通工程试验检测有限公司二零一三年一月目录一试验桥概述 3二桥梁检查、试验内容 3三桥梁荷载试验依据及准则 4四桥梁外观病害检查 4五桥梁荷载试验 6（一）静载试验 6（二）动载试验 12（三）科研内容：桥梁损伤识别测试 16六试验准备与配合 17（一）委托方需配合的方面 17（二）试验所需的仪器设备及材料 17（三）试验人员安排： 18（四）项目参加人员表 20七紧急情况处理预案 21八荷载试验用表 24九附图 28一.试验桥概述长兴港大桥是104国道长兴段过境工程的一部分，桩号为 K0+725.13K1+150.87,全 桥

2、总长为425.74米。本次试验桥梁为主桥系杆拱桥，桥梁全长为52米，全宽为2X( 12+3.35) 米。设计荷载为汽车-20,挂车-100,人群荷载3.5KN/m2。主桥为预应力混凝土系杆拱结构，采用刚性系杆刚性拱，计算跨径L=50.4m，拱轴线为二次抛物线，矢跨比1/4.5，矢高11.2米。拱肋采用等截面，拱肋高1.3米，宽0.8米。 系杆采用矩形断面，系杆高1.7米，宽0.9米；每片拱架设间距4.2m的吊杆11根，吊杆 采用GJ-15-25钢绞线。横梁高度为1.0181.547m,桥面2%横坡通过横梁高度变化调整。 风撑采用两段加掖的矩形截面，跨中断面为50M0cm。拱肋、风撑为钢筋混凝土

3、结构，系杆，吊杆和横梁均为预应力结构。铺装层采用13cm防水混凝土。支座采用GPZ5000系列。 主桥立面图如图1-1所示，主桥横断面图如图1-2本次荷载试验对主桥进行静载试验和动载试验。根据委托方提供的桥梁资料，确定本桥的荷载试验主要内容如下：1、通过桥梁外观质量、病害调查检评长兴港桥的综合外观质量；2、通过测定桥跨结构在静荷载作用下控制截面应力和变形，并与理论应力和变形值 比较，以检评长兴港桥的实际承载能力和刚度；3、通过动载试验测定桥跨结构的自振频率、阻尼比等动力参数，以此评价实际桥梁 结构的动力性能；4、 根据外观质量检查和试验结果，对照公路桥涵养护规范(JTG H11-2004)和省

4、 公路管理局浙公路2005115号文件有关检测内容要求，对桥作出综合技术评价。各工作内容目的如下：1、 通过对试验桥的外观质量检查，了解桥梁目前外观存在的病害状况，以便按照公 路桥涵养护规范JTG H11-2004对大桥进行综合打分评定，其目的是对桥梁结构的外观损 坏状况，有一个初步和基本的了解，并根据桥梁损坏状况打分、评定类别，为下一步桥梁 结构材料检测提供依据。2、通过静载试验，测定主桥结构的静应变、静挠度和观测结构裂缝状况，以便获得 桥梁的实际承载能力是否满足原有设计要求。3、通过动载试验，测试主桥结构的自振频率、结构阻尼比等参数，以对桥梁的动力 性能作出可靠评价。三. 桥梁荷载试验依据

5、及准则桥梁荷载试验依据及准则：1中华人民共和国行业标准公路工程技术标准JTG B01-20032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JTG D60-20044、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 D62-20045中华人民共和国行业标准公路桥涵养护规范JTG H11-20046中华人民共和国国家标准建筑结构检测技术标准GB/T 50344-20047浙江省交通厅质量监督站关于规范桥梁荷载及试桩试验行为的通知（浙交监1999231 号）8.104国道长兴段长兴港大桥维修加固

6、工程施工图设计图纸2012年3月 浙江交通勘察设计有限公司四. 桥梁外观病害检查依据交通部公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）及公路桥梁定期检查技术（交 通部公路所），对桥梁进行外观病害检查打分，其目的是对桥梁结构的外观损坏状况，有 一个初步和基本的了解，并根据桥梁损坏状况打分、评定类别，为下一步桥梁结构材料检 测提供依据。1、检查依据：公路桥涵养护规范JTG H11-20042、检测内容：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：（一）线形测量，主要是主桥桥面四

7、分点标高；（二）结构各部件几何尺寸和主要构件的细部尺寸；（三）结构表面损缺情况以及构件变形情况。检测评定的范围包括可及主要部位的桥 面系、桥跨结构和下部结构。（1）桥面系构造检查有如下内容：桥面铺装层横坡是否顺适，有无严重坑槽、波浪、桥头跳车，防水层漏水； 伸缩缝是否有异常变形、破损、脱落、漏水，是否造成明显跳车；护栏有无撞坏、断裂、错位、缺件、剥落、锈蚀等；桥面排水是否顺畅，泄水管是否完好、畅通桥头排水沟功能是否完好，锥坡有无冲蚀、 塌陷；桥上交通信号、标志、标线、照明设施有无腐蚀、老化、失效需要更换，是否适用；桥上的路用通信、供电线路及设备是否完好；（2）桥跨结构检查项目有：主桥、吊杆及其

8、各部的连接、空心板端头、底面是否损坏；混凝土有无裂缝、渗水、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀，有无活性骨料硅碱反应 引起的整体龟裂现象；混凝土表面有无严重碳化；预应力钢束锚固区段混凝土有无开裂，沿预应力筋的混凝土表面有无纵向裂缝；横向联结构件是否开裂，连接钢板的焊缝有无锈蚀、断裂、变梁有无横移或向外倾斜。（3）支座检查支座组件是否完好、清洁，有无断裂、错位、脱空；活动支座是否灵活，实际位移量是否正常，固定支座的锚销是否完好；支座垫石是否有裂缝；橡胶支座是否老化、开裂，有无过大的剪切变形或压缩变形，各夹层钢板之间的橡胶 层外凸是否均匀；（4）墩台和基础的检测项目包括：墩台和基础有无滑动、倾斜、下沉

9、；台背填土有无沉降或挤压隆起；混凝土墩台及帽梁有无风化、腐蚀、开裂、剥落和露筋；墩台顶面是否清洁，有无泥土杂物堆积、滋生草木，伸缩缝处是否漏水；基础以下是否发生不许可的冲刷或淘空现象，桩顶段在水位涨落干湿交替变化处有无冲刷磨损、颈缩、露筋，有无环状冻裂，有无受到污水、生物的腐蚀。其它未及之处从按照公路桥涵养护规范执行。五. 桥梁荷载试验在对桥梁进行了外观病害检查之后，根据检查结果，对主桥进行桥梁荷载试验。其目 的是通过对桥梁按设计荷载直接加载，测试桥梁在最不利荷载作用下的实际响应，以进一 步分析和了解桥梁的工作状态，从而判断桥梁结构的实际承载能力。静载试验则根据不同桥型、不同设计荷载，按等效原

10、则设计不同的加载工况，通过对 桥梁实际加载，检测桥梁最不利截面的变形和受力状态，从而推断桥梁结构在荷载作用下 的实际工作状态和使用承载能力。通过动载试验可测定桥梁结构动力特性参数和在动力荷载作用下的强迫振动响应，确定桥梁在车辆荷载作用下的动力效应及使用条件。(一) 静载试验1静载试验工作内容：本桥静载试验选择主桥来进行，主要测试内容如下：(1) 控制截面混凝土的应变值；(2) 控制截面的挠度；(3) 加载试验过程中裂缝开展情况。2测试截面的测点布置先对该桥的上部结构进行了细致的理论分析和计算，确定将跨中截面、L/4截面和拱脚截面作为应变实测点或挠度实测点。测试断面及测点布置见附图。3. 试验荷

11、载静力试验荷载拟采用8辆重33吨的双后轴载重汽车充当加载车，加载车前轴平均重 70KN，两后轴平均重130KN，左右轮中心距离为1.80m。就某一加载试验项目而言，其所 需加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的该加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最不利效应值，按下式所确定的原则等效换算而得。Ss0.90s 1.05（1 + 4）S式中： 静力试验荷载效率；Ss 试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最大计算效应值；s设计标准活载不计冲击荷载作用时产生的该加载试验项目对应的控制截 面内力或变位等的最不利计算效应值；1 设计计算取用的冲击系数。4. 试验工况及加载位

12、置与静载试验内容对应，纵桥向按最不利位置布载；相应的横桥向有两种工况（中载、偏载），偏载主要是为了寻求横向分布的最不利状态，静载试验设7个工况：1） 工况I:中载作用下拱肋 S2截面最大正弯矩；中载作用下系杆 S1截面最大正弯 矩和挠度；中载作用下吊杆S8截面最大索力，共需6辆加载车；2） 工况U:偏载作用下拱肋 S2截面最大正弯矩；偏载作用下系杆 S1截面最大正弯 矩和挠度；偏载作用下吊杆 S8截面最大索力；共需6辆加载车3）工况川：中载作用下拱肋 S4截面最大正弯矩；中载作用下 S3截面最大正弯矩和 挠度；中载作用下S7截面索力，共需6辆加载车；4） 工况W:偏载作用下拱肋 S4截面最大正

13、弯矩；偏载作用下 S3截面最大正弯矩和 挠度；偏载作用下S7截面索力，共需6辆加载车；5） 工况V:中载作用下拱肋 S4截面最不利负弯矩；中载作用下系杆 S3截面最大负 弯矩和挠度；中载作用下S7截面索力，共需6辆加载车6） 工况偏载作用下拱肋 S4截面最不利负弯矩；偏载作用下 S3截面最大负弯矩 和挠度；偏载作用下S7截面索力，共需6辆加载车。7）工况 :中载作用下拱脚S5截面最大轴力；吊杆S6最大索力；共需8辆加载车。 在静载试验期间尚对裂缝情况进行观测。加载位置和加载车数量应根据以下原则确定：1）用尽可能少的加载车辆达到最合适的试验荷载效率；2）在满足荷载效率及达到试验目的的情况下，尽量

14、简化加载工况；3）前后加载工况应互相兼顾，加载车辆合理调配。为了防止试验期间对结构造成损伤，就某一加载试验工况，其静载试验分为三级加载， 并逐级卸载。加载方式为单级逐级加到最大荷载，然后逐级卸载至零荷载。加载车布置见附图（纵向布置图和横向布置图），试验加载车辆如下图5-1所示。加载 车试验前需称重，总重误差不得超过 吨。1-I 18Q 图5-1加载车辆示意（尺寸单位：cm）5. 计算模型及数据1）采用MADIS 2010进行计算，计算模型如下图5-2所示:图5-2计算模型表5-12）本桥静载试验荷载效率见下表5-1表5-3:主桥内力各工况静载加载效率工况名称实际汽车 加载内力 kN m(kN)

15、理论何载内力kN -rm(kN)何载效率工况一、二拱肋L/2断面最大正弯矩356.26352.721.01系杆L/2断面最大正弯矩1595.551760.920.916#吊杆索力179.48175.641.00工况三、四拱肋L/4断面最大正弯矩600.36621.730.96系杆L/4断面最大正弯矩2389.432634.810.913#吊杆索力154.02153.361.00工况五、六拱肋L/4断面最不利负弯矩-460.87-467.170.99系杆L/4断面最不利负弯矩-1420.52-1402.041.01工况七拱脚截面最大轴力-1159.16-1155.161.005#吊杆最大轴力16

16、2.3188.10.86主桥内力各工况静载分级加载效率表5-2工况名称分级加载 车辆数内力 kN (kN -rm)分级加载内 力设计荷载内 力加载效率工况一、拱肋跨中断面最大正弯矩2152.83352.720.434272.21352.720.776356.26352.721.01系杆跨中截面最大正弯矩2687.951760.920.3941223.181760.920.6961595.551760.920.996#吊杆索力277.55175.640.444137.52175.640.786179.48175.641.00工况三、四拱肋L/4断面最大正弯矩2249.25621.730.4044

17、50.3621.730.726600.36621.731.03系杆L/4断面最大正弯2621.732634.810.38矩41807.62634.810.6962389.432634.811.003#吊杆索力266.39153.360.434117.88153.360.776154.02153.361.00工况五、六拱肋L/4断面最大负弯矩2-190.75-467.170.414-345.02-467.170.746-460.87-467.170.42系杆L/4断面最大负弯矩2-586.45-1402.040.404-1061.81-1402.040.766-1420.52-1402.040.

18、85工况七拱肋拱脚断面最大轴力4-460.91-1155.160.406-824.21-1155.160.718-1159.16-1155.160.93跨中竖杆最大轴力445.51188.10.246102.77188.10.558162.3188.10.86主桥挠度各工况分级加载效率表5-3工况逐级加载车辆数挠度mm (中载)分级加载计算挠度(mm)设计何载挠度(mm)加载效率工况一、二2-4.46-10.000.454-7.93-10.000.796-10.36-10.001.04工况三、四2-5.66-12.930.444-10.17-12.930.796-13.48-12.931.04

19、注：分级加载时，加载车加载顺序及位置见附图，卸载时按照后上的车先下的原则进行。静载试验荷载效率满足大跨径混凝土桥梁的试验方法有关静载试验荷载效率0.85n v 1.05规定，同时主要测试工况也符合浙江省交通厅质量监督站 关于规范桥梁荷载及试桩 试验行为的通知(浙交监1999231号)中关于桥梁静载试验荷载效率为 0.9 W5CITRX= DJMMNKILRY= 43. LTE觀鼻MJ9453Mede 2關 f 717M4 i 33亜匕【祠Z! D.356图5-5主桥二阶振型图（横向）主桥三阶振型见图5-6所示，频率2.796Hz。V3RATCOM MODECfaeysKZ79ML4目拎冬霸D戲

20、側IDX 0.11DY. i5.7SO2fiJZ= &iH24?3RX= D23572&Rt= pjogooq時整&4Q2朋Mode 5MiKN iLMP4 i 九山上：玄D.73E图5-6主桥三阶振型图（横向）主桥四阶振型见图5-7所示，频率3.399Hz。V3RATCOM MODEtrae/SEC)Z3M7L7目拎冬屈D_2ML43删%)DX 0.&00%1 DY- Ij(M甜芷 Z= DDDD LdRKb DLD19D35眄ounwiiFZ- W3I277Mode MAX f 4J7 i 12it MZ! D.44G图5-7主桥四阶振型图（扭转）主桥五阶振型见图5-8所示，频率3.769

21、Hz。V3RATCOM MODE(EVQ.E/SEC)3-7Efl571目拎虽新删阚IDX* O.fll2?3D/w 0.0013 DZ= 1】越西垢 R3C= DJH1II3Q Rt = DJKI2473 时二 D-KWL7Mede 7MAX ;驗丁MB4 i 32邕匕91兰期犀|凸Zi D.1B2图5-8主桥五阶振型图（竖向）5 试验过程静载试验结束后，重新调整、安装动态仪器及设备。车辆居中行驶，行进至试验段以 前将车速调准到要求值匀速通过。为了减少混凝土流变特性的影响，并使上次的振动恢复, 间隔10分钟进行下一个工况，以确定其可靠性。动载试验一般采用无障碍行车试验。即在桥面无任何障碍的情

22、况下，用一辆载重汽车 （总重33吨）按对称情形，分别以30km/h、40km/h和50km/h的速度驶过桥，测定桥跨结构 在行车车辆荷载作用下的动力反应。（三）科研内容：桥梁损伤识别测试本项内容主要针对系杆拱桥病害机理和加固方法研究课题的研究计划，进行相关的静、动力测试，为桥梁损伤识别方法的研究提供数据支持。具体测试内容如下：1）静力挠度及应变测试由于要识别全桥的刚度分布，并达到量化评估的水平，因此加载过程在横向分为中载、 偏载两项；每一项各在1/8L点加载，停车7次；一共包括14个工况。为使静力响应达到可识别的水平，每一工况均采用6辆加载车加载（两排，每排3辆）, 加载时纵向主轴相对。测试内

23、容为左右幅主拱圈1/8位置的混凝土应变、系杆应变以及吊杆应变；左右幅几何线形测量（纵向每5m 一个测点；加载前需测量一次作为基准值）。图5-12纵向加载示意2）动力测试本项内容主要关注吊杆的动力识别方法，因此在吊杆的横向和纵向分别测试两个方向 的主频、模态。其余同动载试验内容。六. 试验准备与配合桥梁荷载试验及荷载试验是一种多项测试工种协同作业的大规模的结构荷载试验，因 此，各单位、各部门、各工种之间的配合协调非常重要，我试验室将与建设单位协调制定 详细的试验方案，组成大桥检测领导小组，以保证试验顺利进行。（一）委托方需配合的方面1、主桥上拱肋粘贴应变计所需的登高车或吊车（带吊篮）。2、提供加

24、载车8辆，满载后总重为33t t。3、提供测试所用交通管制，荷载试验时需封闭交通。4、现场秩序维护及其他协调工作。（二）试验所需的仪器设备及材料（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0.5% 3 卩武汉华岩HY中国静态应变数据米集2索力仪0.5%).01HzJMM268中国索力测试3精密水准仪0.1mmNI002德国几何测量4动态信号测试分析系统0.5% 3 口&DH5922中国动力测试5动态电阻应变仪+ 1HY-65D3000B中国动态应变测试6高精度超低频加速度传感器0.01HzDH610中国振型特征测试7混凝土应变计0.01HzJMZX-215中国混凝

25、土应变8裂缝宽度观测仪0.01mmSW LW 101中国裂缝观测（2）其他设备及耗材1华岩应变测试仪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&电源电缆2卷，100W灯泡2只，插座插头2套9、精密水准仪一台10、3米梯子1套11、应急灯3只，手电3只12、加载车辆（三）试验人员安排：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

26、小组2全桥试验的指挥、协调工作甲方负责人2指挥车辆调度组3所有加载车的编号、就位及卸载的指挥、协调牛艳伟、张威车队1人长安2，车队13应变组3主梁应变的数据米集及处理刘凯宇 木龙龙4控制组2控制计算梅葵花5测量组3变位测量、挠度测量励东东 柳国君6温度组2各温度测点的温度米集周孝飞7操作组3布设测点传感器等李崇进8动测组3动测部分李灿周孝飞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

27、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。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：ASmSg当m值小于1%或小于量测仪器的最小分辨值

28、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：（四）项目参加人员表姓名职称学历试验检测能力本项目承担工作黄平明教授、博导博士桥梁试验检测工程师项目负责人孙胜江副教授博士桥梁、隧道试验检测工程师技术负责人、 测试负责人梅葵花副教授博士桥梁试验检测工程师计算负责人张威工程师本科桥梁试验检测工程师现场组织协调王蒂副教授博士桥梁试验检测工程师计算牛艳伟副教授博士桥梁试验检测工程师现场负责康能能研究生硕士/测试李灿研究生硕士/测试周孝飞研究生硕士/测试木龙龙研究生硕士/测试刘凯宇研究生硕士/测试李崇进研究生硕士/测

29、试七. 紧急情况处理预案1总则(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。(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。(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。I级：人员重伤或死亡；由于

30、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。U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。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

31、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：甲方负责人副组长：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：孙胜江副组长：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。3.应急响应(1) 分级响应I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。U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。(2) 指挥协调进入I级响应后，由荷载试验领导小组进行协调指挥。进入I级响应后，由荷载试验工作小组进行协调指挥4 后期处置按照相关要求，荷载试验单位负责本单位