佛山魁奇立交试验方案

/佛山市魁奇路口立交一期工程验收荷载试验方案佛山市公路桥梁工程监测站二〇〇五年九月目录1．概述 12．编制依据 13．工作思路和内容 23.1工作思路 23.2工作内容 24．静载试验 34.1静载试验目的 34.2静载试验原则 34.3静载试验加载程序控制 34.4静载试验内容 44.5加载图示及荷载分级 65．动载试验 75.1动载试验目的 75.2动载试验内容 76．主要仪器设备 7佛山市魁奇路口立交一期工程验收荷载试验方案1．概述325国道禅城段魁奇路口立交一期工程为跨线桥，桥梁全长364.0m，跨径布置为6×30m（第一联）+6×30m（第二联），两联对称布置。桥宽19m，双向四车道，设计荷载为公路－Ⅰ级，计算行车速度100km/h，抗震设计按Ⅶ度设防。桥梁上部结构主梁为等截面单箱多室预应力混凝土连续箱梁，采用C50混凝土。箱梁顶面宽19m，底面宽10m，梁高1.7m；翼缘板悬臂长2.5m；顶板厚28cm，底板厚25cm；腹板变厚度，跨中40cm、墩顶80cm；外侧腹板与翼缘轮廓采用曲线过渡。连续墩墩顶设置2.5m的横梁，边墩墩顶设置1.42m的端横梁。箱梁在腹板上设置纵向预应力，预应力筋采用连接器接长；在端横梁处布设横向预应力筋，箱梁顶板设置横向预应力，纵桥向每1m一束。主梁采用支架现浇施工，每联边跨在次边墩墩顶采用简支变连续的方法形成整联。桥梁下部结构采用桩柱式桥墩，轻型桥台。全桥共11个桥墩，均为独柱墩，采用C40混凝土，墩厚1.2m，下缘宽3.9m，上缘宽7.9m，曲线过渡。每联的中间墩设置固定抗震支座，其他桥墩及桥台处设置单向滑动抗震支座。桥面铺装采用8cmC40现浇混凝土+7cm沥青混凝土。全桥设置单向2％的横坡，通过在主梁顶、底面设置横坡来实现，在墩顶处用调平块调平梁底。该桥为新建桥梁，为掌握结构的成桥工作状态，对结构的成桥状态作出评定，判断结构是否满足设计要求及安全开通要求，并为结构今后的状态评定提供原始数据。受建设单位及监督站的委托，我拟对该桥进行成桥荷载试验。为确保本次试验工作的顺利进行，特编制此方案。2．编制依据1)《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）2)《公路桥涵设计规范》（1989年合订本）3)《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）5)《大跨径混凝土桥梁的试验方法》6)《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿）7)《广东省城市桥梁检查及检验办法》（试行）8)《325国道禅城段魁奇立交一期工程施工图设计文件》3．工作思路和内容3.1工作思路根据该桥的结构特点，参考我方以往同类桥梁荷载试验工作的经验，本次评估工作的基本思路和方法为：1)对结构进行外观检查。检查结构的基本尺寸是否满足设计要求，检查结构表观状态是否正常，是否存在不正常变形、变位等，如有发现，进行详细记录，并拍摄照片，作为存档资料。2)依据现场检查的情况，以及预应力混凝土连续梁桥的结构特点及受力特点，确定荷载试验方案。3)荷载试验：根据试验方案，在结构控制截面有针对性地布置测点，测试桥梁的实际受力、变形状态及动力特性；4)综合评定：根据检查和荷载试验的工作成果，与计算结果进行综合对比分析，对桥梁的工作状况和承载能力进行综合评定，确定结构的成桥工作状态。3.2工作内容本次工作主要包括以下三方面的内容：1）静载试验根据连续梁桥受力特点及既有同类桥梁的病害特征，选择结构主要控制截面进行静载试验，了解测试截面在试验荷载下的应变分布及变形，评定结构的工作状态和承载能力。对于连续梁，主要测试截面有：边跨为0.4L截面、墩顶附近截面、中跨跨中截面以及其他附加截面。2）动载试验动载试验主要用于综合了解结构自身的动力特性以及结构抵抗受迫振动（行车）和突发荷载（跳车、制动）作用的能力。试验内容包括脉动试验、行车试验、跳车试验和制动试验。4．静载试验4.1静载试验目的1)通过荷载试验，确定试验结构控制截面的应变分布情况，包括中性轴高度、截面应变分布、应变与荷载效率的关系、实测值与理论计算值的对比；2)通过分析在试验荷载下桥梁跨中挠度的情况，评估结构的整体刚度；3)通过静载试验结果分析，检验桥梁结构的实际工作性能，对结构作出总体评估。4.2静载试验原则1)试验加载原则=1\*GB3①试验荷载效率η=Sstat/S·δ应满足：0.8<η≤1.0，其中：Sstat为试验荷载作用下测试部位变位或内力的计算值；S为设计活荷载作用下变位或内力的计算值；δ为设计取用的动力系数；=2\*GB3②试验加载采用分级加载的方式，共分3-5级加载，1级卸载；=3\*GB3③为保证测试数据的可靠性，每一加载工况进行2次。2)试验加载安全监测试验加载过程中，实时观测结构控制截面的应变和变位，如果在未加到预计最大试验荷载前，应力或变位提前达到或超过设计标准的容许值，应立即停止继续加载。3)试验加载方式试验加载采用35吨重车，根据控制截面的内力影响线，用加载车布载，使控制截面的力矩与标准活载作用下的设计力矩之比达到试验荷载效率的要求。4)加载图式截面静载试验加载位置按照弯矩等效的原则确定，同时要满足试验荷载效率在0.8～1.0之间的要求。4.3静载试验加载程序控制本桥试验加载基本程序如下：1）在进行正式加载试验前，用4辆试验加载车对试验桥跨测试位置进行横桥向预加载，并持续一定的时间，以消除新桥结构间可能残留的间隙，降低测试误差。2）将预加荷载卸至零，持续一段时间后再进行正式加载；正式加载时按照计算的轮位逐级加载，直至荷载效率满足试验规范的要求；在卸载完全且结构完全回零后才能进行下一工况的加载。4.4静载试验内容全桥共两联，每联六跨，每跨跨径均为30m，两联结构构造设置完全对称。有鉴于此，结合连续梁的结构受力特点及计算分析结果，选取第一联为试验联，主要测试截面及内容如下：第一跨0.4L截面（B截面）承载能力试验，测试/4截面（A截面）、0.4L截面(B截面)应变以及全桥（第一联）挠度变化；1#墩顶截面（C截面）承载能力试验，测试截面应变以及墩顶梁截面转角（在桥面布设倾角尺测试截面转角）；对3#墩顶截面进行对称加载，测试结构的受力对称性(第一跨0.4L截面、第三跨D截面、第四跨E截面、第六跨0.4L截面应变及全桥挠度)。本次试验测试内容包括应变测试和挠度（转角）测试两部分，根据测试截面的受力特点布置沿截面高度的应变测点、抗裂测点和挠度测点。测试截面布置见图4.1，截面测点布置见图4.2，桥面挠度测点布置见图4.3（以第三、四跨为例来说明，其中已经在箱梁底板上布置测点的截面在桥面上不再设挠度测点）。挠度测点对于主要测试截面布置在箱梁底板，用百分表测试，其余测点布置在桥面上（跨中及墩顶每个截面各布置3个），用精密水准仪测试。图4.1测试截面布置示意图图4.2测试截面测点布置图图4.3桥面挠度测点布置图4.5加载图示及荷载分级本桥静载试验采用6辆35t加载车进行加载，测试结构在最不利汽车荷载作用下（偏载）的效应。测试截面荷载试验加载图式见图4.4，各截面试验荷载分级（据设计弯矩分级）分别见表4.1~4.3。图4.4测试截面荷载试验加载图式表4.1B截面荷载分级表荷载分级X1＝X2(m)加载弯矩荷载效率应力(MPa)挠度(mm)11020590.2698-0.44-1.412835700.4678-0.77-2.243551170.6705-1.10-2.944471280.9340-1.53-3.8053.576080.9968-1.63-3.96注：设计荷载为公路Ⅰ级，荷载效应设计值7632kN·m；应力为截面下缘应力计算值。表4.荷载分级X1＝X2(m)加载弯矩荷载效率应力(MPa)125-11600.29970.23222-21590.55790.44320-28220.72920.57418-34020.87910.69516-38630.99820.78注：设计荷载为公路Ⅰ级，荷载效应设计值-3870kN·m；应力为截面下缘应力计算值。表4.3D、E截面荷载分级表荷载分级X1＝X2(m)3#墩顶加载弯矩荷载效率挠度(mm)119-35290.705-1.07217-42180.842-1.21315-47960.957-1.27413-52201.042-1.23注：设计荷载为公路Ⅰ级，荷载效应设计值-5009kN·m；挠度为E、F截面计算值。5．动载试验5.1动载试验目的桥梁结构的动力特性，如固有频率、阻尼系数和振型等，只与结构本身的固有性质有关，是结构振动系统的基本特征；另一方面，桥梁结构在实际动荷载作用下，结构各部位的动力响应，如振幅、动应力、动位移、加速度以及反映结构整体动力作用的冲击系数等，不仅反映了桥梁结构在动荷载作用下的受力状态，也反映了动力作用对驾驶员和乘客舒适性的影响。结构在运营期间一旦有较大的损伤（如梁体开裂、基础状态恶化等），结构的动力参数（如频率、阻尼等）将会出现较大的变化。动载试验主要用于综合了解结构自身的动力特性以及结构抵抗受迫振动和突发荷载作用的能力，以判断结构的实际工作状态和实际承载能力，同时也为使用阶段结构评估积累原始数据。5.2动载试验内容本桥动载试验拟通过脉动试验、行车试验、跳车试验和制动试验测定桥梁作为一个整体结构在动力荷载作用下的受迫振动特性和结构的自振特性，以评价大桥的最大动力响应，分析结构有无较大缺陷。1、脉动试验：测试在环境振动下桥梁的微小振动响应，分析桥梁的自振特性（自振频率、振型及阻尼）。2、行车试验：试验车以10、20、30km/h、50km/h通过桥梁，测试桥梁的振动响应；3、跳车试验：单辆车10km/h在桥梁跨中越过高10cm的三角垫木，测试桥梁的振动响应；4、制动试验：采用单辆试验车在跨中处紧急刹车，测试桥梁的振动响应。本桥动载试验选择在第一联进行(第一跨、第二跨)。6．主要仪器设备本次桥梁检验使用的仪器设备清单参见表6.1，我方采用的仪器设备是国内用于土木工程测试最为先进的，具有测试精度高，抗干扰能力强，稳定性好等特点，在科研生产中发挥重要作用。1）钢弦应变仪钢弦应变仪主要是利用弦的振动频率变化来测试应变，精度高，长期稳定性好，能自动进行温度测试和修正，特别适用于现场测试。2）