准格尔至兴和运煤高速公路
准兴黄河大桥主桥（右幅）
静动载试验方案
西安长大公路工程检测中心
二○一三年十月
目 录
1 工程概况 ......................................................... 1 2 试验跨孔的确定 ................................................... 1 3 荷载试验目的 ..................................................... 2 4 试验依据与准则 ................................................... 2 5 试验内容 ......................................................... 2 5.1静载试验测试内容 ............................................... 2 5.2动载试验测试内容 ............................................... 3 6 仪器设备 ......................................................... 3 7 静载试验 ......................................................... 3 7.1测试截面的确定 ................................................. 4 7.2测点布置 ....................................................... 5 7.3试验荷载 ....................................................... 7 7.4试验工况及加载位置 ............................................. 7 7.5试验过程 ....................................................... 9 7.6静力数据分析 .................................................. 11 8 动载试验 ........................................................ 11 9 项目组织机构 .................................................... 14 10 实验数据质量保证措施、工作和管理制度 .......................... 14 10.1实验数据管理制度 ............................................. 14 10.2加载车辆移放方案 ............................................. 15 11附图 ........................................................... 16
柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
1 工程概况
准兴黄河大桥位于准格尔至兴和煤炭运输高速公路的控制性工程，大桥位于内蒙古自治区西南部，起点桩号为K1+251.625，终点桩号K2+105.775，桥长853.6米，桥型布置为76.8+140x5+76.8米预应力混凝土刚构-连续组合体系梁桥。桥面布置为0.5米（防撞栏）+ 13.5米(行车道)+0.5米（防撞栏）。参照外观检测结果及桥位地形情况，选取右幅第一﹑二、三、四孔为试验孔。
设计荷载为公路—Ⅰ级。本桥总体布置示意如图1所示，主梁横断面示意如图2所示。
85360准格尔768014000140001400014000140007680兴和678910111213
图1 右幅总体布置示意图（单位：cm）
1425兴和准格尔
图2 右幅主梁横断面示意图（单位：cm）（顶底板梁高都在图中标注一下）
2 试验跨孔的确定
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柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
（1）试验跨孔确定的原则
试验跨孔主要依据结构内力分析结果确定。 （2）桥梁结构内力分析
利用桥梁空间分析程序MIDAS/CIVIL对桥梁结构进行分析计算，依据桥跨结构的活载内力包络图和位移包络图，确定结构的最大弯矩截面和最大挠度截面，即控制断面。根据对本桥的分析结果（详见7.1），初步选定桥梁测试截面为第1跨0.4L截面（I-I）、7#墩墩顶附近截面（II-II）、第2跨跨中截面（III-III）、第3跨跨中截面（IV-IV）、第4跨跨中截面（V-V）。
3 荷载试验目的
（1）检验设计、施工质量，确定工程的可靠性，为交（竣）工验收提供技术依据；
（2）验证桥跨结构设计的合理性，为设计积累科学资料；
（3）直接了解桥跨结构在试验荷载下的实际工作状态，判断实际承载能力，评价其在设计使用荷载下的工作性能；
（4）通过动载试验了解桥跨结构的固有振动特性以及在长期使用荷载阶段的动载性能。
4 试验依据与准则
（1）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） （2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
（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）《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T 50283-1999） （6）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011） （7）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（1982年）
（8）《内蒙古准兴重载高速公路柳林滩黄河公路大桥设计图纸》
5 试验内容
5.1静载试验测试内容
2
柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
静载试验测试内容主要包括：
（1）主梁控制截面在试验荷载下的应变； （2）主梁控制截面在试验荷载下竖向挠度。
以上试验用于确定：应变校验系数、挠度校验系数以评定大桥的承受设计荷载的能力及桥梁刚度。 5.2动载试验测试内容
对本桥分别在桥面有、无障碍两种情况下，加载车辆以不同车速驶过桥面时，测试桥梁的动载试验动力特性，主要包括：
（1）测定桥梁结构的动力特性，即桥梁结构或构件的自振频率； （2）测定桥梁结构在动荷载作用下的强迫振动回应，即桥梁结构动应变、冲击系数等。
6 仪器设备
主要仪器及设备如表1所示。
表1 主要检测仪器及设备一览表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 仪器 DEWE-2010数据采集仪 ARF-A加速度传感器 TDS-303多通道静态测试仪 ASW-50C数据采集仪 应变片 精密水准仪 桥梁检测车 塞尺 数码相机 IBM笔记本电脑 产 地 奥地利 日本 日本 日本 国产 国产 国产 国产 日本 国产 用途 动态测试 动态信号响应 静态应变测量 动态应变测量 静、动态应变测量 挠度测量 外观检测及布点 裂缝宽度测量 损伤及现场资料记录 数据处理 主要参数 分辨率0.1µε 量程：10—500m/S2 分辨率0.1µε 测量精度：±0.05%； 分辨率0.1µε 测量精度：±0.05%； 静应变灵敏度为1µε 每公里往返测标准差为0.2mm 7 静载试验
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柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
7.1测试截面的确定
利用桥梁空间分析程序Midas进行建模分析，依据桥跨结构所得的活载内力包络图和位移包络图，选择测试截面为第1跨0.4L截面（I-I）、7#墩墩顶附近截面（II-II）、第2跨跨中截面（III-III）、第3跨跨中截面（IV-IV）、第4跨跨中截面（V-V）。大桥数值分析模型如图3所示，内力和位移包络图如图4～图7所示，测试截面示意如图8所示。
图3 Midas空间分析模型图
图4 活载弯矩包络图
图5 活载剪力包络图
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图6 活载挠度最大值图
图7 活载挠度最小值图
30.757.864IIIIIIIIIIII140IVIV140VV准格尔兴和678910111213图8 测试截面示意图 (单位：cm)（图中单位错误；单位统一一下，之前图中单位均为cm）
7.2测点布置
（1）应变测点
箱梁应变测点布置：选择在箱梁外布置应变测点，沿纵桥向布置于I-I、II-II、III-III、IV-IV、V-V截面。每个截面布置10个应变（应力）测点，测点布置如图9所示。
在每个测试断面的位置布置一个温度补偿片，用于抵消温度变化对测试应变（应力）的影响。
5
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1425兴和准格尔
图9 截面应变测点布置 (单位：cm)（应变片贴在箱梁内侧，记得标号）
全桥上部结构共布置应变（应力）测点50个（不含温度补偿片）。 （2）挠度测点
挠度测点设在桥面上，采用精密水准仪观测结构竖向变位。选择第1跨0.4L截面、第2跨跨中截面、第3跨跨中截面、第4跨跨中截面作为挠度测试断面，如图10所示。每个断面挠度测点布置如图11所示。
30.7121.81214031404准格尔兴和678910111213图10 挠度测点纵桥向布置示意图（单位：cm）（图中单位错误；单位统一一下，之前图
中单位均为cm）
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图11 挠度测点横断面布置示意图（顶底板梁高都在图中标注一
下）
7.3试验荷载
根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》的规定，静力试验荷载的效率系数η取值范围为0.95≤ η ≤1.05。这里
Sstat/(S)
式中:Sstat——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； δ——设计取用的动力系数。
为了保证试验的有效性，根据各测试截面的内力与挠度影响线，按最不利位置加载，在保证各测试截面试验荷载效率系数η至少达到0.95以上的条件下，经计算确定静载试验最多需用400kN（车重+荷重）载重汽车4辆。
试验加载重车车型如图12所示。
图12 试验加载重车车型图（单位：cm）
7.4试验工况及加载位置
（1）加载工况
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按各测试截面的最不利效应进行布载，共分为10种试验荷载工况，分别为： 工况1：纵桥向按I-I截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为中载布置。 工况2：纵桥向按I-I截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为偏载布置。 工况3：纵桥向按II-II截面负弯矩最不利位置布载，横桥向为中载布置。 工况4：纵桥向按II-II截面负弯矩最不利位置布载，横桥向为偏载布置。 工况5：纵桥向按III-III截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为中载布置。
工况6：纵桥向按III-III截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为偏载布置。
工况7：纵桥向按IV-IV截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为中载布置。
工况8：纵桥向按IV-IV截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为偏载布置。
工况9：纵桥向按V-V截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为中载布置。 工况10：纵桥向按V-V截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为偏载布置。
以上各工况车辆纵向布置如图13所示，横向布置图见14～图15，平面布置见附图。
工况九、十60工况七、八工况五、六60101062104245.21010工况三、四工况一、二2410准格尔兴和6788
910柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
图13 试验荷载纵桥向位置布置示意图（单位：cm）（图长度不够可以横向放置，图中尺
寸单位的问题）
14251.81.81.31.31.8兴和准格尔
图14 I-I及III-III横桥向中载示意图（单位：cm）（图中尺寸单位的问题）
14250.51.81.31.81.31.8兴和准格尔图15 横桥向偏载示意图（单位：cm）（图中尺寸单位的问题）
（2）加载效率
上述各工况中试验荷载对测试截面产生的荷载效应和标准活载效应的最大值及加载效率汇总如表2所示。
表2 各工况加载效率
工况 1 项 目 I-I截面中载最大正弯矩试验荷载效应 M1 29783 9
设计荷载效应 M2 29998 加载效率 η 0.99 柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
（kN·m） 2 3 4 5 6 7 8 9 I-I截面偏载最大正弯矩（kN·m） II-II截面中载最大负弯矩（kN·m） II-II截面偏载最大负弯矩（kN·m） III-III截面中载最大正弯矩（kN·m） III-III截面偏载最大正弯矩（kN·m） IV-IV截面中载最大正弯矩（kN·m） IV-IV截面偏载最大正弯矩（kN·m） V-V截面中载最大正弯矩（kN·m） V-V截面偏载最大正弯矩（kN·m） 34250 -65419 -75232 23731 27291 21802 25072 21179 24356 34498 -67616 -77758 23812 27384 21480 24702 21748 25010 0.99 0.97 0.97 1.00 1.00 1.01 1.01 0.97 0.97
7.5试验过程
（1）准备过程
试验前应对桥跨结构进行全面检查，在正式加载试验之前完成如下准备工作：
①试验前，按照试验方案要求试验车辆装载过磅，记录试验车的原始数据以便进行分析。清理桥面，标记加载位置及测点布设位置。
②按前述的应变和挠度测点布置方式进行放样，布片时先对各测点位置实施打磨找平并清洗干净，粘贴应变片，然后做防潮处理。为排除测试过程中大气温度变化带来的影响，每一断面布设处于同一温度场的温度补偿应变片。同时布设挠度测点。
③布设测试仪器及传感器连接导线，联机调试仪器。检查各个应变片及机电百分表，确保电路畅通，并处于良好的工作状态。
④进行预加载，进一步检查应变片、全站仪及精密水准仪，反应正常灵敏，一切无误后，按工况位置进行加载试验。
（2）荷载试验
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①各工况均采用分级加载，按每车道试验车辆递增加载，每级稳定时间5～10min，以仪器读数实时监控为准。
②对每一工况的每一次加载，载重汽车加载到位后，关闭发动机并持续5分钟以上，待数据完全稳定后进行记录采数。卸载10分钟以上再进行重复加载，以便使结构恢复弹性变形，减小塑性残余变形。
③现场试验中各工况保证有两个平行试验，即重复两次试验，并在试验中对重要测点数据与理论值及时进行分析比较。
（3）实时监控
在整个静力加载过程中，全程监控控制截面最大应变（应力）和挠度。如出现结构异常，应立即反馈给现场加载总指挥，并及时采取应急措施，确保加载试验安全。 7.6静力数据分析
（1）通过同一测点在荷载作用下的应变（及挠度）实测数据与理论计算数据比较，计算加载试验主要测点（即控制测点或加载试验效率最大部位测点）的应变（及挠度）校验系数；
（2）根据应变（及挠度）校验系数对桥梁结构进行实际工作安全状况评定分析。
8 动载试验
桥梁结构在移动车辆荷载作用下会产生振动、冲击等动力反应，此时桥梁各部位除产生静态应力和静态变形外，还产生动态应力和动态变形。
（1）测点布置
① 动应变测点(测点位置不对)
在Ⅰ-Ⅰ截面（第2跨跨中）梁底上布置一个动应变测点。动应变测试截面布置如图16。
② 振动特性测点
在Ⅰ-Ⅰ截面（第2跨跨中）布设加速传感器，分析主梁在跳车或载重车辆均速通过时的振动响应，识别大桥前2阶竖向振动的动力特性参数。动态测点横向布置如图17所示。
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图16 动应变测点布置示意图
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图17 传感器测点横桥向布置示意图
(2) 试验荷载
动力试验荷载的确定以保证激振信号达到足够的强度为条件。本次试验拟采用一辆或两辆载重汽车（与静载试验荷载相同）进行跳车及匀速驶过全桥，对桥桥梁激振，以测取振动回应信号。
(3) 结构动力分析
采用结构分析有限元通用程序进行空间结构建模分析。结构离散模型见图18所示，分析计算成果列于表3和图19～图20所示。
图18 动力分析模型示意图
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表3 前二阶自振频率（单位H z）
振型序列 第一阶 第二阶 计算值 0.94 1.98 振型特征 竖向振动 竖向振动
图19 一阶振型图（f1=0.94Hz）
图20 二阶振型图（f2=1.98Hz）
(4) 试验工况
①行车试验工况：拟采用载重汽车在无障碍条件下匀速通过试验桥跨，对动应变进行测试。为了确保桥上行车安全，本次拟定：
工况1：一辆试验车以30km/h匀速通过全桥； 工况2：一辆试验车以40km/h匀速通过全桥； 工况3：一辆试验车以50km/h匀速通过全桥。
②跳车激振试验工况：拟采用载重汽车的后轮在指定位置从高度为15cm的三角形垫木突然下落对桥梁产生冲击作用，在指定位置拾取结构的振动响应。
工况4：一辆试验车进行跳车激振。 (5) 试验过程
试验前首先清理桥面，确保试验车满足行驶要求，安装动态传感器并调试仪
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柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
器，试验时，严格按照所要求的车速行驶，每工况完毕后，间隔10分钟开始下一个工况。视数据采集情况，每工况重复2～3次。
9 项目组织机构
为了保证本次荷载试验的顺利实施和试验结果的科学性、可靠性，本项目将成立工程荷载试验项目部。包括外协组、外业检测组、安全监督组、内业分析组，分别从事相关项目的组织和实施。
10 实验数据质量保证措施、工作和管理制度
10.1实验数据管理制度
为了保证荷载试验的顺利实施，检测单位将本着精心组织、热情服务、一丝不苟的原则，根据合同的各项规定，严格执行国家和行业现行标准、规范、规程和设计图纸，加强质量控制，履行荷载试验服务，认真做到：
（1）建立严密、完善、运行有效的质量保证体系，按照有关规定对仪器设备进行正常维护，定期检定与校准；
（2）重视科技进步，及时更新试验检测仪器设备，不断提高业务水平，建立完善的档案制度，保证档案齐备，原始记录和试验报告内容清晰、完整、规范；
（3）加载前合理计划试验工况，提高工作效率。加载期间安全员必须严密注视车辆行驶安全，避免事故发生。
（4）荷载试验过程中，随时分析各种检测数据，动态掌握各试验阶段的情况，避免对大桥结构的损伤和破坏，如发现任何异常数据或现象，及时通知业主，并进行书面记录；
（5）荷载试验结束后，按照合同要求及时提交各种监测数据和符合业主要求的试验报告；
（6）对全部外业检测人员购买人身意外伤害保险，并对从事高空作业的人员进行体检，凡有高血压等不适应高处作业的人员，禁止攀高作业。现场人员应戴安全帽，并设专人全天巡视负责检测人员工作安全。
（7）在外业试验实施过程当中，为确保人员安全及采集数据的可靠性，当遇风速大于4级、能见度小于500米的雾天及中雨以上天气，将暂停外业工作。
（8）试验数据由专人保管，撰写报告期间采用小组讨论，集中商议及专家
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柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
咨询的方式确保检测结论的科学性。 10.2加载车辆移放方案
由于荷载试验所需加载车辆较多，如何停放及调度加载车辆对完成现场加载速度都有很大的关系，因此必须制定严格的加载车辆移放方案，以保证荷载试验的顺利实施和桥梁结构的安全。具体实施措施如下：
（1）加载车辆的停靠
为了减少试验中加载的调度时间，加载车辆在进场前及试验卸零时停放在各桥两端邻近路基上，但停放时车辆之间需保持一定的距离，防止由于加载车辆“淤积”而导致非试验桥跨的超载，发生意外事故。停靠位置应事先进行画线标记，以保证卸载后车辆停靠的有序性。
（2）加载车辆的编号
车辆按顺序编号，并将编号贴在车辆前、后方醒目位置。 （3）加载车辆的调配
每辆加载车的司机都配备一部对讲机随时听从加载指挥人员的指令，以便于试验车辆的调配，桥两侧各配备车辆指挥人员2人，协助试验总指挥进行车辆的调配。
（4）加载注意事项
加载时，按照试验总指挥的指令，加载车辆依次、分批、匀速、有序地上桥，并按照加载人员指令停靠到位。工况结束后，按照后进先出的顺序进行卸载，车辆保证直进直出，不允许在桥上掉头、急加速等。
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柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
11附图
241067图21 工况1加载平面图（单位：m）
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241067图22 工况2加载平面图（单位：m）
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柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
4245.210106
7图23 工况3加载平面图（单位：m）
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7图24 工况4加载平面图（单位：m）
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柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
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89图25工况5加载平面图（单位：m）（只要7~8之间）
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89图26 工况6加载平面图（单位：m）（只要7~8之间）
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柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
601078910图27 工况7加载平面图（单位：m）（只要7~8之间）
6010789621010图28 工况8加载平面图（单位：m）（只要7~8之间）
8919
1011图29 工况9加载平面图（单位：m）
柳林滩黄河大桥主桥右幅静动载试验方案
621089
1011图30 工况10加载平面图（单位：m）（只要7~8之间）
注：车辆分级加载时，第一级加载为小桩号里程加载车辆。
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