大汾北桥静动载试验方案

东莞市大汾北水道特大桥主桥动静载试验方案铁道科学研究院铁道建筑研究所二○○五年三月东莞市大汾北水道特大桥主桥动静载试验方案铁道科学研究院铁道建筑研究所1一、概述1.1、桥梁概况东莞市大汾北水道特大桥主桥为单孔128m下承式钢管混凝土系杆拱桥，横向分为两幅完全独立且完全对称的桥。每幅桥面宽24m，具体组成为：人行道（含栏杆）3.75m+防撞护栏0.5m+车行道15.5m+防撞护栏0.5m+过桥水管和检修道（含栏杆）3.75m。每幅桥设2片拱肋，每片拱肋上、下弦管各1根（φ1050×18mm和φ1050×14mm），上下弦管之间为由竖、斜腹管焊接成桁式截面，拱脚段为实腹段，取消竖、斜腹管，上下弦管通过钢板连接。上下弦管和拱脚实腹腔内泵送50号微膨胀混凝土。拱轴线由拱脚直线段和曲线段组成，曲线段为悬链线，拱轴系数m=1.167。全桥共设吊杆46对92根，吊点中心间距为5米。每片拱肋下设12束12φj15.24钢绞线作为水平系杆，系杆锚具采用可换式专用锚具。桥面系由横梁、加劲纵梁和π型车行道板及桥面后浇层组成。主墩墩身及承台设为两个分离式钢筋砼结构，中间用系梁相连、两墩身顶与帽梁固接。主墩基础每墩8根φ180的钻孔灌注桩。桥型总体布置如图1所示。图1桥型总体布置图1.2、设计标准1、大桥单幅桥按单向4车道（15.5m）外加人行道（3.75m）设计；2、设计荷载：汽车—超20级、挂车—120、人群荷载3.5kN/m2。1.3、静动载试验的目的铁道科学研究院铁道建筑研究所21、通过静载试验，可以掌握桥梁结构的实际工作状况，判断桥梁的实际工作状况是否符合设计要求或处于正常受力状态；通过动载试验，掌握桥梁结构的动力性能，桥梁的振动特性反映检测时桥梁的实际刚度及质量分布情况，日后桥梁若在使用过程中受到损伤，结构的振动特征将发生变化。利用这一特性，通过动态检测资料的对比可有效地判断桥梁安全度的变化动态。通过静动载试验和理论计算分析，对桥梁的使用承载力及工作状况做出综合评价，为桥梁维护及评估提供原始数据，指导今后桥梁的正确使用、养护和维修；2、通过以上工作，掌握桥梁的整体状况，工作状态；对桥梁使用状态作出综合评价。1.4、试验依据为保证桥试验工作取得较好的效果，本次荷载试验要求依据以下列规范或文件进行：⑴、《公路桥涵设计规范》（1989年合订本）⑵、《大跨径混凝土桥梁的试验方法》⑶、《广东省桥梁城市桥梁检查及检验办法》（试行）⑷、东莞大汾北水道特大桥工程施工图（桥梁工程）二、主桥动静载试验方案成桥后须对主桥进行动静载荷载试验。检验在试验荷载下桥梁的动力特性和静力特性是否达到设计要求和满足使用要求，桥梁开通后是否满足行车安全，动静载试验的结果还可以作为桥梁运营前初始状态的永久技术档案，是若干年后评估桥梁状态的重要依据。1、动载试验动力荷载试验包括行车试验、跳车试验、制动试验和模态试验，通过上述试验内容综合判定桥梁在动荷载作用下的动力响应。⑴、行车试验铁道科学研究院铁道建筑研究所3行车试验采用横向并进1辆和2辆30吨载重车以10Km/h为一挡，分对称和偏心两种工况过桥，车速为10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h…至最高时速80Km/h。测试主跨跨中截面和1/4截面上下游竖向及横向振动的振幅、强振频率、阻尼、动挠度以及冲击系数。行车试验测点布置见图3和图4。图1.1行车试验测点布置⑵、跳车试验跳车采用30吨单车以10Km/h、30km/h的速度超越跨中高10厘米三角木，模拟桥梁运营过程中路面缺陷产生的振动响应。测试主跨跨中截面和1/4截面上下游竖向及横向振动的振幅、余振频率及结构的阻尼。测试截面及测点布置见图5和图6。图1.2跳车试验测点布置⑶、制动试验铁道科学研究院铁道建筑研究所4制动试验采用30吨单车在跨中和拱脚以20Km/h和30Km/h的速度紧急制动，测跨中和墩顶顺桥向的振动响应的振幅、余振频率和阻尼。测点布置见图7和图8。图1.3制动试验测点布置⑷、模态测试自振频率和振型是综合分析和评价桥梁结构刚度的重要指标，桥梁的自振频率和阻尼采用撞击法或脉动法进行测试竖向、横向及扭转固有频率及阻尼。桥梁的自振频率和阻尼当采用撞击法进行模态测试时竖向加激振力，模态拟合采用单点输入多点输出的方法，分析采用多次平均，加力窗，指数窗。测试桥梁的前4阶横向、垂向及扭转自振频率，分析桥梁振动的振幅、频率及阻尼比和各阶振型等动力参数，验证桥梁的实际刚度是否满足设计要求。测点布置见图9和图10。图1.4模态试验测点布置2、静载试验铁道科学研究院铁道建筑研究所5静载试验内容包括主桥主控截面的应力测试及线形测试、墩柱应力及墩顶位移测试、桥面挠度、吊杆内力、水平系杆内力。静载试验的荷载效率，应满足《大跨径混凝土桥梁试验方法》中的规定，即05.18.0。根据静载试验结果判断主桥的结构校验系数、残余变形是否满足规范要求，评价结构在运营阶段中是否能够安全使用。静载试验结果也是桥梁竣工质量验收的重要依据。2.1、加载工况每幅桥静载试验按最不利荷载布置共分以下6个工况：⑴、南北岸拱脚最大负弯矩和最大推力加载；⑵、1/4跨最大弯矩加载；⑶、跨中上游偏心加载；⑷、跨中下游偏心加载；⑸、跨中最大弯矩加载；2.2、加载轮位试验车采用8辆30吨的运输车，前轴距为322cm，后轴距为134cm。由于桥梁为新建结构，试验前用该8辆车对称排成2行往返3次对结构进行预压，以消除结构的非弹性变形。对称加载和偏心加载试验主桥纵向车位布置相同，如图5.2-1、图5.2-2。5128北南61212121263.221.341.343.2229.02铁道科学研究院铁道建筑研究所6图2.2-1北岸拱脚最大弯矩或轴力加载（轮位与荷载待定）5128北南12612121261.343.223.221.3457.282.16图2.2-2跨中最大弯矩与轴力加载（轮位与荷载待定）对称加载试验和偏心加载试验主桥横向车位布置分别见5.2-5。东侧西侧图2.2-5上游（东侧）偏心加载车位横向布置图铁道科学研究院铁道建筑研究所72.3、静载试验测点布置⑴、拱肋各主控截面应力EDCE截面C截面A截面北南BAD截面B截面62西侧5东侧78431图2.3-1主拱拱肋应力测点布置⑵、墩柱应力托盘测点河流北墩身帽梁图2.3-5左幅桥墩柱应力测点布置铁道科学研究院铁道建筑研究所8墩身帽梁托盘12.5212.5（、）（、）（、）（、）（、）（、）（、）（、）570河流北图2.3-6右幅桥墩柱应力测点布⑶、主拱拱肋线形线型测点北南图2.3-7主拱肋位移测点布置铁道科学研究院铁道建筑研究所9⑷、墩柱水平位移南北位移测点转角测点图2.3-8墩柱水平位移测点布置⑸、桥面各主控截面竖向位移挠度测点南北图2.3-9桥面主控截面竖向挠度测点布置⑹、吊杆内力北南567111213191817图2.3-10吊杆内力测点布置铁道科学研究院铁道建筑研究所10⑺、水平系杆内力系杆锚索计图2.3-114-6根系杆内力测点布置三、主要仪器设备简介动静载试验使用仪器设备清单见下表，主要说明及介绍附于表后。序号仪器设备名称测试精度产地数量特点1GEKON钢弦应变计（外贴）1美国160长期性能好,抗环境干扰能力强,能自动进行温度修正,特别适用于长期监测。2钢筋应变计1上海154内埋，长期性能好,抗环境干扰能力强,特别适用于长期监测。3GK－403读数仪1美国2台读数精度高，稳定性好。4Leica—TC1800A型全站仪角度1//线座标1mm瑞士1台能自动多点扫描测试、储存，并进行数据整理分析。5JC-J4静态应变、温度测试系统10.2℃国产1仪器小，重量轻，抗干扰能力强，能自动记录储存，适用于构件短期应力监测6FW2000分布式网络测试系统1南京10自动采集处理数据7ASQ饲服式加速度传10-6mm日本8低频测试铁道科学研究院铁道建筑研究所11感器8BJQN光电测挠仪0.1-1mm北京2非接触式仪器，采样频率可达200Hz9TOPCONAT-G2水准仪0.7mm日本1桥梁线型和静挠度测试10倾角仪1/120”美国6电子式，可直接显示角度值我院采用的仪器设备都是国内外目前用于土木工程测试较为先进的仪器设备，仪器测试精度高、长期稳定性和可靠性好，例如：⑴、钢弦应变计钢弦应变计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，特别适用于结构长期效应的观测。西方发达国家已用它对结构进行了长达几年的观测，得到了很好的结果，我院5年前在国内首次进口这种设备，成功地应用于广州丫髻沙钢管混凝土拱桥、深圳北站钢管混凝土拱桥、深圳芙蓉钢管混凝土拱桥、连徐高速公路京杭运河大桥、芜湖长江大桥等多种桥梁的施工监测，在科研生产中发挥重要作用。这种应变计分为内埋式和外贴式，为密封自保正体系，与外界物质并不直接相关，测试时间~脉冲电激励，通过其内部钢铉的频率变化来反映结构应力的变化，内埋式可直接埋在混凝土内，可进行长达数年的结构应力状态观测。⑵、ASQ伺服加速度计ASQ伺服加速度计是专门用于大跨度结构低频率振动测试的先进振动传感器，精度高，线性好。日本KYOWA株式会社一直与我院联合推广这种仪器在我国土木工程领域的应用，已成功地应用在我国多座大桥和高层建筑的振动测试中。⑶、LeicaTCA1800全站仪LeicaTCA1800全站仪是瑞士Leica公司生产的目前最先进的测量仪器，测试转角精度1，测试线距离3.5km精度1mm，测量变位的精度为0.1mm。并配备有先进的笔记本电脑和专用软件，能自动进行跟踪测试、数据采集、储存和分析。铁道科学研究院铁道建筑研究所12本项目由单位负责人全权代表对本项目的管理，负责对本项目所有人员的管理。项目技术负责人对检测质量负责。顾问组负责为单位负责人和项目技术负责人提供技术支持。项目技术负责人领导质检部和计算分析部，一方面检查检测组工作情况，根据检查及试验过程中发现的问题，结合实际检测结果对结构进行复核计算，分析病害产生原因（若存在），并给出合理化建议；各检测组负责各自的检测任务进行仔细的检查、检测和试验，详细记录各种情况，及时向项目技术负责人汇报检查及试验情况。