荷载试验方案

荷载试验方案

目录

一、荷载试验概述 (1)

1.1 桥梁概况 (1)

1.2 主要技术指标 (1)

1.3 试验目的 (1)

1.4 试验依据 (2)

1.5 试验荷载 (2)

1.6 加载原则 (3)

1.7 荷载试验结果分析的原则 (4)

1.8 试验加载程序 (5)

1.9 各工况试验车辆载位布置原则和方法 (6)

二、桥梁静载试验 (7)

2.1控制截面和试验工况 (7)

2.1.1控制截面 (7)

2.1.2试验工况 (7)

2.1.3载位布置 (8)

2.2桥梁外观检查与裂纹观测 (10)

2.3 挠度测量 (10)

2.4 应变测量 (10)

2.5 温度观测 (11)

三、桥梁动载试验 (12)

3.1无障碍行车试验 (12)

3.2有障碍行车试验 (12)

3.3制动试验 (12)

3.4动载试验分析工具 (13)

四、试验检测人员 (14)

五、试验仪器 (15)

一、荷载试验概述

1.1 桥梁概况

本桥设计为上下分幅，主梁为（30+50+30）m变高度预应力混凝土连续箱梁，采用C50混凝土，单箱双室直腹板结构。中支点梁高3m，跨中梁高1.7m，梁高按圆曲线变化。

1.2 主要技术指标

道路等级：一级公路（兼具城市主干道）；

设计荷载：公路-I级；

设计速度：60km/h；

桥面宽度：双向八车道+双侧人行道+双侧非机动车道，总宽

44.5m；

设计洪水频率：1/100；

地震动参数：地震动峰值加速度0.05g，反应谱特征周期0.35s；

通航等级：Ⅶ级；

最小纵坡：0.3%；

竖曲线最小半径：5000m；

1.3 试验目的

在工程交、竣工前应该进行桥梁的动静载试验，其主要目的是：

1）检验桥跨结构的实际承载能力、结构变形及抗裂性标准是否满足有关技术规范要求，并结合理论计算分析结果，科学评定桥梁结构目前的技术状态是否满足设计要求，能否交付正常使用；

2）通过荷载试验，寻求桥梁整体结构的变形规律，了解结构的实际受力状况和工作状况，为今后桥梁运营、养护及管理提供科学依据；

3）建立该类桥梁有关的技术档案，为今后兴建同类桥梁完善设计、优化结构、改进工艺积累实测资料。

1.4 试验依据

本次荷载试验的依据主要有：

1）《公路工程技术标准》 JTG B01-2014 2）《公路桥涵设计通用规范》 JTG D60-2015 3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004 4）《公路工程质量检验评定标准》JTG F80-1-2004 5）《公路桥梁荷载试验规程》JTG/T J21-01-2015 6）桥梁施工图纸和荷载试验合同

1.5 试验荷载

本次试验采用450kN载重车，加载车辆技术指标见表1.1和图1.1。

表1.1加载车辆技术指标

轴距前轴距中轴 1.80 m

轴重

前轴 60 kN

中轴 130kN 中轴距后轴 4.20 m

后轴 260kN

图1.1 450kN 加载汽车轴载、尺寸示意图

在荷载试验方案设计时按标准轴距和轴重进行布载，荷载试验完成后，按实际加载车辆的轴距和轴重重新计算各工况下的控制截面的应变和挠度等参数的计算值，并将该值作为理论值。

1.6 加载原则

各工况下试验所需加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得（交竣工验收）：

0.85≤)

1(μη+=S S stat

≤1.05

式中：η—静力试验荷载效率系数；

stat

S —试验荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；

S —设计标准活荷载作用下，检测部位变位或力的计算值（不计冲击作用时）；

μ—设计取用的冲击系数。

对于新建桥梁，检算荷载即为设计标准活荷载。设计标准活荷载产生的最不利效应值，以《公路桥涵设计通用规范》JTJ D60—2015规定的公路—I 级计算、公路—Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值qk 和集中荷

载标准值Pk 按公路—I 级车道荷载的0.75倍采用。

公路-Ⅰ级汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成，车道荷载见图1.2。

图1.2 车道荷载

公路-I 级车道荷载的均布荷载标准值为q k =10.5kN/m,集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m 时，P k =180 kN ；桥梁计算跨径等于或大于50m 时，P k =360kN ；计算跨径在5m ～50m 之间，采用直线内插。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值应乘以1.2的系数。

当桥涵设计车道等于或大于2时，由汽车荷载产生的效应按规定的多车道横向折减系数(见表1.2)进行折减，但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。

表1.2 车道横向折减系数

设计车道数目 2 3 4 5 6 7 8 折减系数

1.00

0.78

0.67

0.60

0.55

0.52

0.50

按照《公路桥涵设计通用规范》JTG D60－2015的4.3.2条，汽车荷载冲击系数μ按下式计算：

当f <1.5Hz 时， =0.05μ

当1.5Hz ≤≤f 14Hz 时，0.176ln 0.0157f μ=- 当f >14Hz 时， =0.45μ 式中：f －结构基频(Hz)。

1.7 荷载试验结果分析的原则

按照《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）的要求，荷

载试验的应变（或应力）、挠度实测值与理论值之比称为校验系数。当出现下列情况之一时，应判定桥梁承载能力不满足要求：

1、主要测点静力荷载试验校验系数大于1。

2、主要测点相对残余变位或相对残余应变超过20%。

3、试验荷载作用下裂缝扩展宽度超过规定限制，且卸载后裂缝闭合宽度小于扩展宽度的2/3。

4、在试验荷载作用下，桥梁基础发生不稳定沉降变位。

1.8 试验加载程序

为达到试验数据稳定和试验安全之目的，根据经验对加载作如下安排：1）试验应选择在气温变化不大和结构温度趋于稳定的时间内进行。试验过程中在量测荷载作用下结构响应的同时对应地量测结构表面温度，尽可能选择在气温差异不大的晚间进行。

2）在试验开始前，用单辆试验车低速多次往返通过试验桥梁，以消除部分残余应力，起到使试验数据稳定的效果；

3）为保证试验安全，避免过载引起桥梁损坏，其试验车辆将采取分批加载。事先计算出各工况下全部车辆引起控制截面的应变与挠度，在部分试验车辆到位后，测量相关的应变和挠度，与计算值进行比较，按弹性力学原理，确认全部车辆产生的应变在计算估计的范围之内后，再让全部试验车辆到位。

4）加载过程中，发生以下情况之一时终止加载：

①控制测点应变或者位移超过设计值，并且达到或者超过按规范安全条件要求反算的控制应变或位移时；

②控制测点应变或者位移，超过设计允许值时；

③结构出现受力损伤或局部发生损坏，有可能会影响桥梁承载能力和正常使用时。

1.9 各工况试验车辆载位布置原则和方法

加载车辆的载位布置是通过有限辆的试验用车，布置在适宜的位置，对测试截面产生的结构内力，达到设计荷载产生的最不利内力效应值。试验车辆载位布置的确定，将由桥梁试验布载专用程序计算完成。该软件不仅可以优化试验用车的数量，满足各工况达到要求的试验荷载效率系数，而且可以给出此载位布置时其它控制截面产生的内力，避免引起该工况下其它截面内力超载的危险情况。

二、桥梁静载试验

2.1控制截面和试验工况

2.1.1控制截面

根据交通部颁布的《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015），对于大跨径连续梁桥承载能力试验的内力或位移控制截面规定见表2.1。

表2.1 连续梁桥的控制截面

桥型

内力或位移控制截面 连续梁桥

主要工况

1.主跨支点位置最大负弯矩工况；

2主跨跨中截面最大正弯矩工况； 3.边跨主梁最大正弯矩工况

附加工况

主跨（中）支点附近主梁最大剪力工况

本桥选择主桥30+50+30m 预应力变截面连续箱梁中的2跨进行荷载试验。本次静载试验共布置3个测试截面，各测试截面布置见图2.1。

第一跨C

黄州城区

第二跨第三跨

A

路口镇

B

图2.1 桥梁静载试验截面布置图

2.1.2试验工况

本桥静载试验共安排3个试验工况，以检测试验控制截面的承载能力，试验目的等详见表2.2。

表2.2 桥梁静载试验工况

工况 控 制 截 面 控制

项目

效率系数

加载

车数 1 第一跨L/2截面A 正弯矩 7763.36/8111.4=0.96 4 2 第二跨内支点截面B 负弯矩 -15371.34/-16229.8=0.95 7 3

第二跨跨中截面C 正弯矩

9897.3/10751.8=0.92

5

注：弯矩单位：KN ·m

表2.2中列出了各试验工况的目的，如工况2为检验跨中B 截面承受负弯矩的承载能力，由“控制截面”、“控制项目”与“加载车辆”3项来简要说明。“效率系数”项表示静力试验荷载效率系数的计算公式，其分母是在公路—Ⅰ级设计荷载作用下，检测部位（对桥梁结构最不利的）最大正弯矩的计算值，而分子为试验车辆在该检测截面所产生的正弯矩值。为使效率系数（加上冲击系数影响）在0.85～1.05左右（对于交竣工验收），将根据试验车辆的轴载与轴距，通过专用的有限元软件，计算出试验车辆数和布载位置。 2.1.3载位布置

试验工况1—检验第一跨跨中截面A 承受公路Ⅰ级正弯矩的承载能力。

260kN

1.3

路口镇

截面A

0#墩中心线

130kN 单位：m

黄州城区

1.3

60kN

1#墩中心线

1.3

8.6

15.4

分幅线

图2.2 试验工况1车辆布置图

试验工况2—检验第二跨内支点截面B 承受公路Ⅰ级负弯矩的承载能力。

130kN 130kN 18.2

黄州城区

260kN

260kN

路口镇

60kN

60kN

16.8

1.3

25.8

单位：m

2#墩中心线

4.20#墩中心线

1.8

7.2

1.3

1

1.3

1.3

1#墩中心线

截面B

分幅线

1.3

图2.3 试验工况2车辆布置图

试验工况3—检验第二跨跨中截面C 承受公路Ⅰ级正弯矩的承载能力。

60kN

60kN

1.3

130kN 130kN 260kN

260kN

18.6

14.8

4

2#墩中心线

1.3

1#墩中心线

1.3

单位：m

分幅线

路口镇

黄州城区

截面C

图2.4 试验工况3车辆布置图

2.2桥梁外观检查与裂纹观测

试验前，分别对桥梁各控制截面处进行外观检查，主要检查是否存在裂缝。试验中，观察桥梁在试验荷载作用下是否有裂缝产生或扩展。若有，则记录裂缝产生部位、长度、宽度、间距、方向和性状，以及卸载后的闭合情况。

2.3 挠度测量

在各试验工况下，加载前、加载中和卸载后，对桥梁挠度进行测量。挠度测点分别位于试验第一跨至第二跨的墩顶、L/4处、L/2和3L/4的桥面两侧，采用精密水准仪观测。具体布置如图2.5。

0#

2'

8'

3#

路口镇

1

12

27'

5

54'

8

89'

1'

5'

1#

黄州城区

73

34

43'

6

66'

9

9

2#

7

第三跨

第二跨

第一跨

图2.5 桥梁挠度测点布置图

2.4 应变测量

在各试验工况下，加载前、加载中和卸载后，对桥梁应变进行测量，A 、B 、C 测点如图2.6，应变测试点采用布置纵向电阻式应变片的方式。

图2.6 A 、B 、C 截面应变测试点

电阻应变测量方法，采用DH3815N-2静态应变测试系统、DH3815N-3静态应变数据采集箱进行采集。

2.5 温度观测

试验过程中观测大气温度和桥梁混凝土的日晒、背阳表面温度。以便掌握温度对应变测试数据的影响，并进行数据的合理修正。

三、桥梁动载试验

动载试验主要是通过对记录的振动信号进行分析得到桥梁结构的动态特性和响应，并与理论计算结果进行对比，从而为检验桥梁的承载力提供依据，分析和评价桥梁的整体动态性能。

3.1无障碍行车试验

(1)测试方法

用1辆450kN的汽车分别以20km/h、40km/h和60km/h的速度匀速通过桥跨结构，以测定桥梁结构在动荷载作用下的强迫振动响应。

(2)测点布置

在桥梁跨中附近，设1个动应变测点和1个竖向加速度测点，测量跑车时的动应变时程曲线和加速度时程曲线。

3.2有障碍行车试验

(1)测试方法

在跨中桥面设置高度12cm的弓形木板，然后用一辆450kN的汽车以5-20km/h速度越过木板后停车，以测定桥梁结构在冲击荷载作用下的强迫振动响应。

(2)测点布置

在桥梁跨中附近，设1个竖向加速度测点。

3.3制动试验

(1)测试方法

以一辆450kN的汽车分别以20km/h、40km/h和60km/h速度行驶在桥梁跨中位置时刹车，以测定桥梁结构在车辆制动作用下的强迫振动响应。

(2)测点布置

在桥梁跨中附近，沿纵向、竖向各设1个加速度测点。

3.4动载试验分析工具

运用CRAS随机信号与振动分析系统或DH5290动态信号测试分析系统，进行桥梁动力特性分析。

四、试验检测人员

项目组成员均为本单位常年从事桥梁工程和结构工程教学、科研、施工和监理、检测的专业技术人员，对于大跨径桥梁荷载试验均有十分丰富的实际经验，完全具备了完成荷载试验任务的能力和条件。拟参加的技术人员及分工见表4.1。

表4.1 试验检测项目组主要成员

序号姓名年龄拟任职务技术职称

类似

工作年限

资格证书

五、试验仪器

表5.1 试验仪器设备一览表

序号仪器名称数量仪器精度

1 DH3815N-2静态应变测试系统

2 1με

2 DH3815N-3静态应变采集箱 2 1με

3 DSZ2自动安平水准仪 2 0.01mm

4 FS1测微器 2

5 CA-YD-10g加速度拾振器 2 1×10－5m/s2

6 INV306D型智能数据自动采集处理系统 1

7 DLF-4型四合一放大器 1

8 CRAS随机信号与振动分析系统 1

9 激光测距仪 1

10 刻度放大镜 1 0.01mm

11 笔记本电脑 3

12 数码照相机 2

13 打印机 1

14 工作联系车辆 2

15 桥梁检测车 1