托巴水電站托巴大橋
荷載試驗
實施方案
昆明理工大西維爾技術服務****
2023年12月9日
1 概述
1.1 任務及內容
本次主要通過荷載試驗評價測試橋跨主體結構的工作效能，檢驗結構的強度、剛度是否滿足設計和規範要求。
1.2 工程概況
托巴水電站樞紐位於雲南省迪慶州維西縣中路鄉吉介土村至中路村之間的瀾滄江幹流上，距維西縣城約56km，至下游中路鄉約7km。為滿足托巴水電站區兩岸交通的要求，擬在壩址下游修建跨江大橋，按雲南華能瀾滄江水電****華能瀾電建的要求，根據托巴水電站現階段施工總布置規劃成果，托巴大橋布置於瀾滄江幹流上，左岸橋台與原公路相接，橫跨瀾滄江，連線至右岸。
托巴大橋是連線托巴水電站左右岸交通的主要設施，擔負著永久機電裝置、金屬結構裝置、左右岸施工機械裝置、物資和人員過河、混凝土骨料以及後期大壩混凝土運輸等重要任務。由於後期大壩混凝土運輸需過托巴大橋，且本工程重大件運輸由左岸沿江公路進場，需經過托巴大橋後運至右岸地下廠房。橋梁的設計荷載標準應滿足混凝土運輸和重大件運輸的需要。
考慮到後期大壩混凝土運輸使用的車型及機電裝置運輸重量將設計荷載標準定為汽-60級（掛-300驗算）。
圖1-1托巴大橋橋型布置圖（單位：cm）
主橋設計技術標準：
1、設計荷載：汽車-60級，人群荷載3.5kn/m2（掛車-300驗算）；
2、**烈度：本區**動峰值加速度為0.10g，**動反應譜特徵週期為0.35s，相應**基本烈度為ⅶ度；
3、橋面寬度：淨9+2×1.25m；
4、橋面橫坡：雙向橫坡1.5%；
5、橋面縱坡：雙向縱坡1.0%；
6、設計洪水頻率：p=2%，p=2%設計水位為1630.96m。
2 試驗目的、依據及內容
2.1 試驗目的
（1）通過成橋荷載試驗，了解測試橋跨主體結構在試驗荷載作用下的實際受力狀態和工作狀態，評價結構在試驗荷載作用下的工作效能，檢驗橋梁結構的強度和剛度是否滿足設計和規範要求，掌握結構的安全承載能力和使用條件，為橋梁交、竣工驗收提供基礎資料。
（2）檢驗大橋主體結構的工程質量，驗證結構的可靠性，建立橋梁結構的「指紋」檔案，為以後的運營、管養、檢測提供基礎資料。
2.2 試驗依據
（1）《公路橋涵設計通用規範》（jtg d60－2004）；
（2）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規範》（jtg d62－2004）；
（3）《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（jtg/t j21－2011）；
（4）批准的橋梁設計檔案、變更設計檔案；
（5）行政主管部門的有關批覆和批示；
（6）其他現行相關標準、規範、規程；
（7）簽訂的技術服務合同。
2.3 試驗內容及控制截面
本橋屬於大跨度拱橋，鑑於庫區過載條件下的技術難度、風險高，因此在交工檢測過程有必要進行荷載試驗，以驗證設計目的是否達到，橋梁承載力是否足夠，通行安全性能否得到保證。荷載試驗還可以為橋梁養護的重難點提供技術支撐，通過變形、應力、動力響應的測試，對橋梁的狀況有更加準確的把握。
2.3.1 試驗內容
托巴大橋主橋成橋荷載試驗內容：靜載試驗、動載試驗。
（1）靜載試驗
在試驗車輛載入的情況下，測試結構的靜態響應（應力、位移）。
選取全橋主梁受力構件的典型控制截面進行內力（位移）的最大值載入，測試結構的靜力學特性，考察在設計荷載下橋梁是否處於彈性工作狀態，殘餘應變、變形值是否在容許範圍內。
（2）動載試驗
動載試驗包括以下測試內容：
脈動試驗，測試橋梁結構在自由狀態時的速度時間歷程曲線，用以計算結構的自由振動頻率和振型。
正常行車試驗，以幾種不同速度正常行駛，測試動態應變，用以計算試驗衝擊係數。
有障礙行車試驗，在橋梁跨度的適當位置放置高度為5-10cm三角木，載入車輛以較低的速度通過，模擬橋面損傷後車輛對橋面的衝擊作用，測試結構的動態應變，計算試驗衝擊係數。
剎車試驗，車輛正常速度通行，在橋梁特定位置進行剎車、然後啟動，測試車輛制動力和牽引力對橋梁結構的影響，主要測試結構的動態應變。
2.3.2 靜載控制截面及荷載工況
靜載試驗是通過施加試驗荷載，檢驗結構主要受力構件在最大（最小）內力狀態下的應變和變形。載入位置一般選取結構的控制截面（內力極值截面），並且需要按照內力等效的原則確定試驗荷載的大小和載入位置，使試驗荷載作用下的結構內力與設計荷載作用下的結構內力相等或接近，同時確保各個試驗工況下結構處於安全狀態。
為了滿足橋梁承載力檢測的要求，共選擇了反映橋梁結構最不利受力狀態的5個測試專案，分別為：
載入測試專案1：拱頂截面最大正彎矩；
載入測試專案2：拱頂最大撓度；
載入測試專案3：拱腳截面最大負彎矩；
載入測試專案4：t梁跨中截面最大正彎矩；
載入測試專案5：立柱截面最大軸力。
以上載入測試專案按照正載與偏載分別載入，共10個載入工況。
圖2-1 全橋載入測試專案示意圖
3 擬投入的檢測人員及儀器裝置
3.1 檢測人員
鑑於本橋的重要性和特殊性，本單位特別重視，組建了「托巴大橋交工質量檢測專案部」，任命技術專家吳永紅為專案經理、橋梁專家冉志紅博士為專案技術負責人。
本專案擬投入主要檢測人員見表3-1。
表3-1 擬投入主要檢測人員一覽表
3.2 儀器裝置
檢測採用的儀器裝置主要有全自動全站儀、靜態應變測試系統、動態應變測試系統、抗混濾波放大器等相關儀器裝置。所有投入的儀器裝置按照規定已定期進行檢定校驗，以保證測試資料的準確性。主要投入儀器裝置見表3-2。
表3-2 荷載試驗擬投入儀器裝置一覽表
4 理論計算分析
4.1 試驗荷載及其確定原則
採用載重汽車等效設計荷載來實現和滿足載入要求，在結構控制截面內力影響線最不利位置布載，使其試驗荷載效率滿足下式要求。
0.95≤≤1.05
式中：——靜力試驗荷載作用下，某一載入試驗專案對應的載入控制截面內力、應力或變位的最大計算效應值；
——檢算荷載（設計荷載）產生的同一載入控制截面內力、應力或變位的最不利效應計算值；
——按規範取用的衝擊系數值；
——靜力試驗荷載效率。
根據計算確定，本橋靜載試驗需6輛50t（車重＋荷重）雙後軸汽車載入。試驗荷載（試驗用車）見圖4-1。
圖4-1 試驗荷載（試驗用車）
4.2 理論計算分析
利用midas civil 2010專業橋梁結構計算分析軟體，建立橋梁空間靜動力計算模型（僅選擇試驗跨進行建模計算）。按照相關橋梁設計規範規定，考慮橋梁實際運營荷載情況，對橋梁設計規範中各項指標進行核算。計算結果為制定荷載試驗詳細方案提供參考依據。
有限元計算模型見圖4.1，試驗載入見圖4.2-4.6。理論計算的內容包括：
（1）計算試驗荷載作用下的荷載效率係數（試驗內力/設計內力），按影響線確定試驗荷載的大小和位置。
（2）計算試驗荷載作用下各測試量的大小，包括應力應變、位移。
（3）結構動力計算，包括橋梁結構前5階自振頻率、振型。
圖4-2 計算模型圖
設計荷載下計算，前五階模態計算結果：
汽車荷載載入圖如下：
圖4-3拱頂截面最大正彎矩（中載）
圖4-4拱頂截面最大正彎矩（偏載）
圖4-5拱頂最大撓度（中載）
圖4-6拱頂最大撓度（偏載）
圖4-7拱腳截面最大負彎矩（中載）
圖4-8拱腳截面最大負彎矩（偏載）
圖4-9 t梁跨中截面最大正彎矩（中載）
圖4-10 t梁跨中截面最大正彎矩（偏載）
圖4-11立柱最大軸力（中載）
圖4-12立柱最大軸力（偏載）
5 荷載試驗方案
5.1 靜載試驗
為了全面、科學地了解托巴大橋主橋上部主體結構在設計荷載作用下的工作狀態，以評價結構的承載能力，對橋梁進行靜載試驗。通過模擬設計荷載進行載入試驗，測試橋跨上部主體結構在試驗荷載作用下的效應（應力應變、撓度），對橋梁結構效能進行評價。測試斷面見圖5-1。
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