松花江大桥主桥实验方案

哈尔滨松花江大桥扩建工程跨江大桥

主桥成桥试验方案

哈 尔 滨 工 业 大 学 2011年08月08日

目录

1 哈尔滨松花江大桥扩建工程概述..........................4

1.1 项目背景与工程概述.....................................4 1.2 主桥结构形式...........................................5 1.3引桥结构形式............................................7 1.4主要技术标准............................................8 1.5主要技术规范............................................9

2 成桥荷载试验目的及内容...............................10

2.1 试验目的..............................................10 2.2 试验依据.............................................10 2.3 试验内容.............................................10

3 桥梁技术状况检查.....................................11

3.1 检测方法.............................................11 3.2 检查的主要内容.......................................11

4 静力荷载试验.........................................13

4.1 主桥试验方案.........................................13

4.1.1 试验内容及方法.................................13 4.1.2测试断面及测点布置..............................14 4.1.3 试验工况.......................................19 4.1.4加载原则及加载车辆..............................21 4.1.5有限元模型建立与活载内力分析....................22 4.1.6 与活载设计内力的比较...........................27 4.2 静力荷载试验步骤.....................................28

4.2.1 试验加载程序控制...............................28 4.2.2 静力试验规则...................................28 4.3仪器设备...............................................29

5 动力荷载试验.........................................31

5.1 测试内容..............................................31

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5.2 测点布置..............................................32 5.3 动态测试..............................................32

5.3.1 加载程序.......................................32 5.3.2 测试方法.......................................33 5.3.3 测试仪器.......................................33 5.3.4 数据处理.......................................34

6 哈尔滨松花江大桥新建大桥状况评价.....................35

6.1 桥梁结构承载能力和运营状态评定方法...................35 6.2 桥梁结构耐久性评定...................................35 6.3 评定内容.............................................35

7 检测质量保证措施.....................................36 8 安全生产保证措施.....................................39 9 工期保证措施.........................................41 10 试验人员、测试时间安排及提交成果....................43

10.1 时间安排............................................43 10.2人员安排..............................................43 10.3 提交成果............................................44

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1??哈尔滨松花江大桥扩建工程概述?

1.1 项目背景与工程概述

哈尔滨松花江大桥建成于1986年，是黑龙江省松花江流域上建设的第一座特大型永久性桥梁，桥梁全长1565米，主跨90m连续梁是当时全国公路连续梁桥跨之最，获国家鲁班奖。大桥贯通了哈黑、哈大、哈伊、哈肇等多条国道干线，是黑龙江省公路交通的重要枢纽，同时也是哈尔滨市区交通最为集中的越江通道之一，为沟通全省城乡物资，文化交流，促进科技进步，发展旅游事业，加速经济建设做出了突出贡献。随着城市向北扩张和哈尔滨绕城高速公路的修建，哈尔滨松花江公路大桥的功能已由公路桥梁转变为城市桥梁。

近年来全市汽车保有量猛增，目前哈尔滨市区的机动车保有量为60.5万辆，10年来增加了50余万辆，而且还在以每天200余辆的速度不断扩张。随着哈尔滨市政府北迁和松北区、呼兰区的开发提速，松花江公路大桥交通量增长迅速。2008年交通量为85152pcu/d，2009年达到101408pcu/d，增幅达19%，高峰小时交通量己达到7435pcu/h，现有大桥已经远远不能适应大交通容量的通车需求，尤其是南岸环形引桥半径只有50m，通行能力较差，交通拥堵严重，已经成为城市交通的“瓶颈”。

2009年8月，哈尔滨市按照省委、省政府建设“八大经济区”和实施“十大工程”的总体战略部署，制定了“北跃、南拓、中兴、强县”的城市发展战略，切实加快“一江居中，两岸繁荣”的开发建设步伐。为了加快发展位于松花江北岸的松北区和呼兰区，推进太阳岛风景名胜区和沿江景观带开发，解决过江交通的“瓶颈”问题，哈尔滨市规划了10条过江通道。松花江公路大桥由于所处的优越地理位置，仍将是

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松北区中央商务区、呼兰利民开发区与江南主城区南岗、道里和香坊三区之间交通联系的主要通道，同时还是江南江北城区通往太阳岛国家风景名胜区的唯一通道，其在道路网中便捷的区位优势不可替代，交通流吸引强烈，交通压力极为集中。为此，哈尔滨市将松花江公路大桥扩建工程列入近期重点建设项目规划。

新建松花江大桥全桥跨径布置为15×30m预应力混凝土简支转连续T梁+（59m+7×90m+52m）预应力混凝土连续箱梁，桥梁全长1194.58m。

1.2 主桥结构形式

主桥结构为变截面预应力混凝土连续箱梁，跨径布置为59m+7×90m+52m，全长741m。

1. 上部结构构造与尺寸

主桥箱梁采用单箱单室断面，主墩墩顶高度为5.4m，跨中高度为3.0m，期间的梁高在纵桥向按2次抛物线变化。

箱梁顶部宽度21m，底宽14.5m，采用直腹板单箱双室断面，翼缘板悬臂长度3.25m。标准段横向宽21.0m，22#主墩~23#主墩间的横向宽度为21.0~23.76m，23#主墩~24#过渡墩间为分离式断面，由两幅单箱单室箱梁组成，其中直引桥宽13.5m，东引桥宽14.7m.

本桥在23#主墩处由单箱双室断面变化为分离式的两幅单箱单室断面，断面突变处由23#主墩墩顶的加强0#段横隔梁进行过渡。其中，分离式的两幅单箱单室箱梁的内侧腹板和单箱双室箱梁的变厚度中腹板位置相对应，分离式的两幅单箱单室箱梁的外侧腹板和单箱双室的两外侧腹板位置分别相对应。

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跨中标准段箱梁顶板厚度30cm，底板厚度30~90cm，腹板厚度50~80cm，在支点处设置横隔板，边支点处横隔板厚度1.5m，标准宽度段中支点处横隔板厚度2.0m，变宽度段中支点横隔板厚度3.0m。

大桥设置三向预应力体系。 2. 主桥下部结构

主墩采用实体式桥墩，16#墩~22#墩破冰体以上墩身宽度15.6m，23#墩破冰以上墩身宽度18.63m，墩身厚度3.6m。在破冰体高度范围内，墩身厚度有破冰体顶宽3.6m向破冰体底部变宽至4.3m。

主墩采用整体式承台，承台长26.5m、宽为10.5m，厚度3.0m。每个承台下设18根钻孔桩，桩直径150cm，桩长70m左右。

主桥上部构造见图1.1，截面尺寸见图1.2。

（a） 标准段主梁构造图

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（b） 主桥加宽段构造图 图1.1 松花江大桥主桥结构图（单位：cm）

图1.2 松花江大桥标准横断面图（单位：mm）

1.3引桥结构形式

引桥结构为15×30m预应力混凝土简支转连续T梁，全长453.8m。预应力混凝土简支转连续T梁，采用先简支后连续方法架设。预制T梁在连续墩上先简支于临时支座上，结构连续施工完成后，解除连续墩上临时支座转换为支撑于墩中心线的永久支座上。

1. 上部结构

梁高2.0m，梁间距2.084m，其中边梁预制宽度1.975m、中梁预制宽度1.7m，翼缘板中间湿接缝宽度0.384。T梁行车道板顶面横坡度设计与桥面横坡相同。

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2. 下部结构

引桥桥墩采用双柱式墩身，钻孔灌注桩基础；桥台采用钢筋混凝土肋板式桥台，钻孔灌注桩基础。

桥面铺装采用8cm厚的C50防水混凝土、10cm厚的聚酯纤维改性沥青混凝土。在沥青混凝土与防水混凝土间刷AE-2-5防水层。

桥梁两侧均设置栏杆，栏杆底座宽0.5m；栏杆内侧设置0.5m宽的检修道。栏杆底座和检修道高度均为40cm。

1.4主要技术标准

z 道路等级：城市主干道Ⅰ级。 z 设计车速：60km/h。 z 车道宽度

z 大桥采用双向十车道横断面布置，下行桥（现有大桥）全宽24m，上行桥（新

建大桥）全宽21m，其中：行车道宽2×18m（小型机动车道6×3.5m，大型机动车道4×3.75m）；路缘带4×0.5m；原有大桥保留双向人行道2×2.5m，新建大桥两侧均设置0.5m检修道。

z 荷载标准：汽车荷载：城市-A级设计，公路-Ⅰ级验算；人群荷载：3.5KN/m2。 z 抗震设防标准：地震动峰值加速度0.05g（基本烈度6度）。 z 设计洪水频率：桥涵采用1/300，设计洪水位122.09m。 z 环境类别：II类。

z 桥梁结构安全等级：一级。

其余技术标准符合《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）中的有关规定。

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1.5主要技术规范

z 《市政公用工程设计文件编制深度规定》（中华人民共和国建设部） z 《城市道路设计规范》（CJJ37-90）

z 《城市道路交通规划设计规范》GB50220-95 z 《城市桥梁设计准则》（CTJ11-93） z 《内河通航标准》（GB50139-2004） z 《桥梁用结构钢》（GB/T714-2000） z 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） z 《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）

z 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004） z 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（TJT 025-86） z 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007） z 《公路工程抗震设计规范》（JTJ 004-89） z 《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008） z 《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）

z 《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07-01-2006） z 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000） z 《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） z 《公路路线设计规范》（JTJ011-94）

z 《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2002 z 《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97）

z 《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1－2004） z 《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T50283-99） z 《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2006） z 《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81-2006） z 《道路交通标志和标线》（GB5768-1999） z 《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002） z 《城市道路照明设计标准》（CJJ45-91）

z 《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008） z 《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）

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2??成桥荷载试验目的及内容?

2.1 试验目的

对哈尔滨松花江公路大桥新建工程进行成桥试验的主要目的是： 1、了解桥梁结构的实际工作状态，评价其在设计荷载下的工作性能； 2、检验施工质量，评定桥梁的承载能力，为竣工验收提供必要的技术依据； 3、验证设计理论、计算方法和设计中的各种假定的正确性与合理性，为设计积累科学资料；

4、通过动载试验了解桥跨结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力性能；

5、通过荷载试验，建立桥梁健康安全评定的基准模型，记录桥梁成桥状态的结构参数。

2.2 试验依据

1、交通部公路科学研究所：《大跨径混凝土桥梁的试验方法》，1982； 2、中华人民共和国交通部标准：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）； 3、中华人民共和国交通部标准：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；

4、《哈尔滨松花江大桥扩建工程过江大桥施工图设计图纸》，黑龙江省公路勘察设计院，哈尔滨市政工程设计院，2010；

5、中华人民共和国交通部标准：《公路旧桥承载能力鉴定方法》，1988； 6、交通部公路科学研究所：《公路桥梁承载能力检测评定规程》(报批稿)， 2007。

2.3 试验内容

试验内容共三部分：

1、全桥技术状况检查，桥面线形检测； 2、静载试验； 3、动载试验。

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3??桥梁技术状况检查?

要把握桥梁的竣工质量并对桥梁的技术状况做可靠的评定，必须对桥梁的技术状况进行认真检测，采用规范的方法把握桥梁在当前的技术状况，为桥梁的竣工验收提供科学依据。

3.1 检测方法

构件长度和尺寸采用钢尺进行几何测量，对上部结构量测断面不少于17个。对桥梁墩台等下部主要承重构件，量测断面以3~5个为宜。桥梁主要承重构件的受力部位采用无损检测等方法检测材质强度。

已竣工结构几何形态测量中，主梁控制点高程，则采用精密水准仪按国家二等水准施测纲要进行往返闭合水准测量。施测时，桥跨结构主要承重构件控制测点温度采用热敏电阻温度传感器测量。

3.2 检查的主要内容

主要内容为：结构各部位状况、结构尺寸、各部位高程、桥面平整度、支座位置、工程材料的物理力学性能、结构缺陷、裂缝、损坏等情况，以及加载过程中和试验完成后结构的检查对比。具体按交通部《公路工程质量检验评定标准》和《公路桥涵养护技术规范》进行。具体检测如下：

1、主梁：主要观察主梁梁控制点高程，有无明显变形扭曲，在大风大雨时应适时观察，另应注意桥面板有无局部变形损坏。

2、桥面铺装：查看桥面铺装是否平整，有无车辙坑槽，桥面排水设施有无损坏、堵塞等。

3、伸缩缝：伸缩缝是否堵塞、破损，过车时是否有异常响动。

4、防撞栏：主要观察有无被车撞及刮蹭痕迹，或是否有大面积锈蚀掉皮等病害。

5、标志物：观察是否清晰完好。

6、桥上各种管道：检查设在主梁箱内及桥上的各种管道是否完好、畅通，是否有松动现象。

7、防雷设施：检查各部件否完好，是否处于正常工作状态。

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8、桥墩：检查结构表面混凝土是否光滑、是否存在裂缝及其强度。 9、量测结构各部分尺寸、各部位高程。

对以上各部分内容采用外观检测设备进行详细检测，对各部位拍照，做成桥梁健康档案。

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4??静力荷载试验?

桥梁静载试验主要是通过测量桥梁结构在静载荷载作用下各控制截面的应力和结构变形及其分布规律，判断其实际承载能力，从而确定桥梁结构实际工作状态与设计期望值是否相符，它是检验桥梁性能(结构强度、刚度等)及工作状态最直接、最有效的办法。

4.1 主桥试验方案

主桥结构为变截面预应力混凝土连续箱梁，跨径布置为59m+7×90m+52m，静载试验方案如下。

4.1.1 试验内容及方法

1、试验项目

本次试验主要针对以下项目进行：

（1）主梁中跨跨中最大正弯矩，测定主梁跨中截面在设计活载作用下上缘、下缘的最大应力状态；

（2）主梁中跨跨中最大挠度，测定主梁在设计活载作用下跨中截面的最大变形。

（3）主梁中跨中支点最大负弯矩，测定主梁中支点断面在设计荷载作用下截面边缘的最大应力状态。

（4）松北边跨中截面最大正弯矩，测定主梁跨中截面在设计活载作用下上缘、下缘的最大应力状态。

（5）松北边跨中截面跨中最大挠度，测定主梁在设计活载作用下跨中截面的最大变形。

（6）南岸次边跨跨中最大弯矩，测定主梁跨中截面在设计活载作用下上缘、下缘的最大应力状态；

（7）南岸次边跨主梁中跨跨中最大挠度，测定主梁在设计活载作用下跨中截面的最大变形。

（8）23号墩顶截面最大负弯矩，测定主梁中支点断面在设计荷载作用下截

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面边缘的最大应力状态。

（9）直行匝道跨中最大正弯矩，测定主梁跨中截面在设计活载作用下上缘、下缘的最大应力状态。

（10）直行匝道跨中最大挠度，测定主梁在设计活载作用下跨中截面的最大变形。

（11）东引匝道桥跨中截面最大正弯矩，测定主梁跨中截面在设计活载作用下上缘、下缘的最大应力状态。

（12）东引匝道跨中最大挠度，测定主梁在设计活载作用下跨中截面的最大变形。

（13）东引匝道桥跨中截面最大扭矩，测定主梁跨中截面在设计活载作用下上扭转变形。

2、观测项目及其量测方法

（1）箱梁应力：测试主梁在活载作用下的整体应力变化情况。由于桥面铺装已完成，因此，主桥静载试验时箱梁的应力采用在梁内侧的振弦式应变计，由JM-3000应变测试系统采集数据。

（2）主梁的竖向挠度：采用三种方法观测，其一是在桥上沿桥轴线及行车道上下游边缘分南北两半跨按二等水准施测纲要进行闭合水准测量主梁高程；其二是用倾角仪进行测量，在与桥梁中轴线平行的轴线上选定的测点上布设倾角仪,通过测量加载前后的倾角变化,可以计算该轴线上任何点的动挠度或者静挠度。第三种采用激光挠度计和全站仪测试.

主梁扭转测试采用在跨中截面桥面横向布置测点，采用精密水准仪测其各级加载后的标高来完成。

主梁挠度的测量工作都有测量人员利用架设在地面测站处的能在夜晚自动捕捉目标的全站仪完成，从而在捕捉目标时不需光源照射棱镜，这样大大加快测量速度，保证了安全，提高了精度。

（3）结构温度，采用埋设在结构控制断面处的热敏温度传感器进行温度测量，并辅以红外摄像仪测定结构表面温度场。

4.1.2测试断面及测点布置

1、主梁应变测点

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主梁应变测点采用振弦式应变传感器，应力测量的测试截面共9 个，分别编号为 F1～F9 ，截面布置在跨中和支点附近断面（如图 4.1所示）。主梁应力主要采用振弦传感器应变传感器，单箱双室截面设置11个，单箱单室截面设置7个，全桥共设83个应变测点，应变测点汇总见表4.1。

各实验工况下，不仅对关键截面应变进行测量，对其他应变测点也进行测量。

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图4.1 主梁应变测点断面布置图

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表4.1 主桥应变测点汇总表

序号

截面编号

测点个数

截面位置 松北侧边跨跨中截面 中跨中支点截面 中跨跨中截面

1 F1 11 2 F2 11 3 F3 11 4 F4 11 市区侧次边跨跨中（主梁变宽段） 5 F5 11 23#桥墩主梁中支点断面（双箱） 6 F6 7 23#桥墩主梁中支点断面（直引单箱） 7 F7 7 23#桥墩主梁中支点断面（东引单箱） 8 F8 7 市区侧边跨跨中截面（直引单箱） 9 F9 7 市区侧边跨跨中截面（东引单箱） 合计

2. 主梁挠度测量测点（图4.2）

主梁变形测试分成两个部分：特征截面的变形（比如跨中截面）和全桥各断面的连续变形曲线测试。

对于跨中截面采用激光挠度计测量并结合跨中截面的全站仪测点配合桥面水准进行。跨中测点截面上下游各布置一个。如图4.2所示。对于桥梁纵向的连续变形曲线，采用沿桥梁上下游边缘连续布设全站测点的方法进行。由于主桥全长741m，共有9跨，桥梁较长。由于连续梁仅受相临近的桥跨变形影响，因此在测量变形时，仅取包括试验桥跨在内的相邻三跨进行，测点布置在跨中、四分点及8分点以及支点。上下游同时测量，测试结果可完全反应的桥梁的竖向变形

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9 83

和扭转变形，全桥共60个测点，如图4.2所示。挠度测点汇总表4.2。

表4.2 挠度测量工况及测点数

测点个数

松北侧边跨跨

工况1

中最大挠度 中跨跨中最大

工况2

挠度 次中跨跨中最

工况3

大挠度 直引匝道跨中

工况4

挠度 东引匝道跨中

工况5

挠度

30

挠度

30

挠度

测试第7、8、9跨跨中、四分点、8分点30

挠度

测试第7、8、9跨跨中、四分点、8分点30

挠度

测试第7、8、9跨跨中、四分点、8分点30

挠度

测试第4、5、6跨跨中、四分点、8分点测试第1、2、3跨跨中、四分点、8分点

序号 特点截面 测试桥跨及断面

（a）箱梁顶面位移测点

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（b）主梁挠度测点纵向布置图

图4.2 主梁变形测点布置图 4.1.3 试验工况

1、加载工况

静载试验的主要目的之一是检验结构在设计荷载作用下的反应，与理论值对比，从而对结构承载能力和工作状况做出评定。哈尔滨松花江大桥扩建工程主桥为9跨连续箱梁。根据其特点，其主要结构在活载作用下的直观反映是主梁的挠度，其内在反应是主梁的应力。根据连续梁的受力特点即多跨相互影响的特点，加之本桥南北两岸边跨不对称，23#桥墩结构变化大，复杂。因此，该桥静载试验工况应包括中跨跨中、两侧边跨跨中、次边跨跨中、中跨支点等关键桥跨的最大弯矩工况和挠度工况，以全面的反应该桥的力学性能。详细的实验工况见表4.3。

待后续详细结构分析以后，部分工况可能出现大致相同的荷载布置方法，静载试验时将大致相同的荷载布置的工况进行合并，从而减小试验加载次数，缩短实验时间。

表4.3 不同加载工况对应的加载试验项目内容及其主要观测项目

加载工况 Ⅰ

试验项目内容 中跨跨中最大正弯矩、挠度

（第5跨跨中）

19

观测项目

1、主梁控制截面的应力 2、主梁竖向挠曲变形

（偏心、对称各2次） 中跨中支点最大负弯矩

Ⅱ

（19#墩顶） （偏心、对称各2次） 松北侧边跨跨中最大正弯矩、

Ⅲ

挠度 （第1跨） （偏心、对称各2次） 市区侧次边跨跨中最大正弯

Ⅳ

矩、挠度 （第8跨跨中） （偏心、对称各2次） 次边跨支点最大负弯矩

Ⅴ

（23#墩顶） （偏心、对称各2次） 市区侧直引边跨跨中最大正弯

Ⅵ

矩、挠度 （第9跨） （偏心、对称各2次） 市区侧东引边跨跨中最大正弯

矩、挠度

Ⅶ

（第9跨） （偏心、对称各2次）

市区侧东引边跨跨中最大扭转1、主梁控制截面的应力

Ⅷ

（第9跨） （偏心加载）

2、主梁竖向挠曲变形 3、主梁扭转

1、主梁控制截面的应力 2、主梁竖向挠曲变形

1、主梁控制截面的应力 2、主梁竖向挠曲变形 1、主梁控制截面的应力 2、主梁竖向挠曲变形

1、主梁控制截面的应力 2、主梁竖向挠曲变形 1、主梁控制截面的应力 2、主梁竖向挠曲变形 1、主梁控制截面的应力 2、主梁竖向挠曲变形

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4.1.4加载原则及加载车辆

首先利用各截面的弯矩、挠度影响线，确定其最不利荷载位置，根据设计荷载作用下的活载内力及试验荷载作用下的活载内力，采用等效荷载的试验方法确定试验荷载，然后用满足规范要求的试验车队进行加载，测出各控制截面的挠度、应力等。按等效荷载的原则，在控制断面上，试验荷载产生的效应应与设计荷载产生的效应等效。按《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的要求，试验荷载效率系数应满足介于0.85~1.05之间。由于对于特大跨度桥梁，目前我国规范的设计荷载偏大，因此，效率系数宜取下限，控制在0.85～0.9内。

实际加载时，采用的车辆为中国长春一汽重型车厂生产的FAW解放型翻斗汽车加载，如图4.3所示。就某一加载试验项目而言，所需试验加载车辆的数量及其排列布置，主要根据加载试验项目（如内力和位移等）的静力试验荷载效率介于0.85~0.9之间的原则等效换算确定。

图 4.3 试验拟采用加载车辆示意图（单位：m）

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图4.4 车辆横桥向布置图

车辆特性参数列于表4.4。荷载试验时以保证各车重量较为均匀，单车重量的误差均在1吨以内，达到了静载设计车重30吨的要求。

表4.4加载车辆参数

车型 FAW解放

前轴重

轴重（kN） 中轴重

后轴重

总重

轴距（cm） 前-中

中-后

50 125 125 30 325 25 试验加载位置与加载工况的确定主要依据以下原则进行： ① 尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率；

② 在满足试验荷载效率以及能够达到的试验目的前提下，加载工况进行简化、合并，以尽量减少加载位置，同时兼顾其他截面不产生超过其最不利效应的情况；

③ 每一加载工况依据某一加载试验项目为主，兼顾其他加载试验项目。

4.1.5有限元模型建立与活载内力分析

计算软件采用桥梁空间分析设计计算软件Midas Civil2010。采用空间梁单元

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来模拟主梁，全桥共用292个单元。建立的全桥有限元模型见图4.5。

图4.5 全桥有限元模型

设计活载为公路I级，按6车道布载计算，首先计算出各关键截面的内力影响线，然后进行最不利位置加载。采用机动法计算关键截面的内力影响线，为节省篇幅，仅给出关键截面的内力影响线，见图4.6。

（a）跨中截面203节点弯矩影响线

（b）跨中截面203节点剪力影响线

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（C）1/4左右截面209节点弯矩影响线

（d）1/4左右截面209节点剪力影响线

（d）23#墩顶截面217节点弯矩影响线

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（d）23#墩顶截面217节点剪力影响线

（e）直行匝道跨中截面227节点弯矩影响线

（f）直行匝道跨中截面227节点扭矩影响线

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（g）东引桥根部截面238节点弯矩影响线

（h）东引桥根部截面238节点扭矩影响线

（i）东引桥跨中截面246节点弯矩影响线

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（j）东引桥跨中截面246节点扭矩影响线

图4.6 关键截面内力影响线

根据上述计算得到的影响线，即可确定测试断面活在设计内力以及加载位置。

4.1.6 与活载设计内力的比较

静力试验荷载加载方式是采用单辆重约30吨的三轴载重汽车作为等效荷载，在试验过程中模拟设计活载所产生的内力值。因此就具体某一测试项目（截面）而言，其所需加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的在该项目（截面）最不利内力或变位值，按《公路旧桥承载能力鉴定方法》要求所确定的原则等效换算而得，不同截面其荷载效率将随加载位置不同而不同。

0.85≤η=

Sstat

≤1.05

(1+μ)S

式中：η—静力试验荷载效率；

Sstat—试验荷载作用下，某一加载试验项目（截面）对控制截面内力或变位等的最大计算效应值；

S—设计标准活载不计冲击荷载作用时产生的该加载试验项目（截面）对应的控制截面内力或变位等的最不利计算效应值；

( 1+μ)—设计计算取用的冲击系数。

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4.2 静力荷载试验步骤 4.2.1 试验加载程序控制

① 在进行正式加载试验前，用4辆载重加载车分别对测试对象各跨跨中进行横桥向对称的预加载，预加载试验每一加载载位的持荷时间为15分钟。预加载的目的在于，一方面是使结构进入正常工作状态，另一方面是检查测试系统和试验组织是否工作正常。

② 预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷恢复后，才可进入正式加载试验。正式加载试验分别按加载工况序号逐一进行，本次试验按各检测项目最不利效应值的60%、80%、100%进行,并随时观测每项参数的变化，注意荷载终止条件。完成一个序号的加载工况后，应使结构得到充分的零荷恢复，方可进入下一加载工况。结构零荷充分恢复的标志是，加载试验实测的结构最大变位测点在卸零荷后变位恢复最后一个10分钟的增量小于第1个10分钟增量的15%。加载时车辆必须按照画好的轮位线准确就位，加、卸载时的车速不得大于5km/h。加载时采用应变、裂缝观测及挠曲变形同时监控，若发现任何测量部位发生异常情况，如构件控制部位的位移或应变在荷载未加到预计最大试验荷载前，提前达到或超过设计允许值或对应的理论值，以及出行裂缝较大并迅速发展、结构挠曲不正常时，则立即停止加载。

4.2.2 静力试验规则

① 静力试验原则上应选取无雨、无雾、风力不大于4级的良好气候状况下进行，并宜选择在气温变化不大于2℃和结构温度趋于稳定的时间段。试验过程中在量测试验荷载作用下结构响应的同时应相应地测量结构表面温度。

② 静力试验荷载持续时间，原则上取决于结构变位达到相对稳定所需要的时间，只有结构变位达到相对稳定后，才能进入下一荷载阶段。同一级荷载内，若结构变位最大的测点在最后5分钟内的变位增量小于第一个5分钟变位增量的 15%，或小于所用量测仪器的最小分辨值，即认为结构变位达到相对稳定。

③ 全部测点在正式加载试验前均应进行零级荷载读数，以后每次加载或卸载后应即读数一次，并在结构变位达到相对稳定后，进入下一级荷载之前再读数

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一次。对结构变位较大的测点，宜每隔5分钟观测一次，以观测结构变位是否达到相对稳定。

④ 若在加载试验过程中发生下列情况之一应立即终止加载试验： (a) 控制测点应力或力值超过计算值并且达到或超过按规范安全条件反算的控制应力或力值时；

(b) 控制测点变位超过规范允许值时；

(c) 由于加载试验使结构出现非正常的受力损伤或局部发生损坏，影响桥梁承载能力和今后正常使用时。

⑤ 为了获得结构试验荷载与变位的连续曲线和防止结构意外破坏，静力荷载分3至4级施加，分3~4级卸载。

另外，在施加试验荷载过程中，当某一加载工况接近满载时（大于满载量的 80%），应将该工况后续加载车在试验测试桥跨的行车速度控制在5km/h以下；在卸载过程中，禁止多辆加载车同时启动。每次加载前，首先读取测试点的初值，然后按设计载位布置完加载车辆，稳定后后读取加载值；读完后加载车辆完全退出桥梁范围，稳定后读取卸载值。

4.3仪器设备

本静力荷载试验中用到的仪器设备见表4.7。

表4.7 仪器设备

序号 1 2 3 4 5 6

设备名称 激光挠度计 光电挠度计 全站仪 全站仪 电子水准 振弦式应变计

型号 PSM-200BJQN-4B GTS332N GPS530 DNA03 JM系列

产地 芬兰 北京 日本 瑞士 瑞士 长沙

数量 出厂日期 状态

1 2010.10 良好 1 2008.06 良好 1 2009.11 良好 1 2010.12 良好 2 2010.12 良好 200 2011.05 良好

7 8

桥式应变计 静态应变采

GBY DH3815

江苏 江苏

29

50 2010.12 良好 2 2010.10 良好

集系统

9 10 11 12 13

应变读数仪 裂缝观测仪

JM-3000 SW-WL-101

长沙 深圳 上海

4 2010.10 良好 2 2009.12 良好 1 2010.10 良好 2 2008.12 良好 40 2010.10 良好

数码摄像机 SONY 索力动测仪 加速度传感器

JMM-268-2长沙 941-B

哈尔滨

14 动态数据采集系统

DH5922 江苏 2 2008.12 良好

15 16 17

数显回弹仪 笔记本电脑 对讲机

HT225w IBM TC-500

山东 北京 哈尔滨

1 2010.10 良好 2 2010.12 良好 10 2009.05 良好

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5??动力荷载试验?

桥梁结构的动力特性如固有频率、阻尼系数和振型等，它们只与结构本身的固有性质有关，如结构的组成形式、刚度、质量分布、支承情况和材料性质等，而与荷载等其他条件无关，结构的动力特性是结构振动系统的基本特性，是进行结构动力分析所必须的参数。另一方面，桥梁结构在实际的动荷载作用下，结构各部位的动力响应，如振幅、应变、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司机、乘客舒适性的影响。桥梁结构的动荷载实验，就是要从大量的实测数据信号中，揭示桥梁结构振动的内在规律，综合评价桥梁结构的动力性能。

在动荷载试验中，可获得大量桥梁结构振动系统的各种振动量如位移、应变、加速度等的时间历程曲线。由于实际桥梁结构的振动往往很复杂，一般都是随机的，直接根据这样的信号或数据来分析判断结构振动的规律是困难的，一般需要对实测振动波形进行分析与处理，以便对结构的动态性能做进一步分析，可以得出诸如振幅、阻尼比、振型、冲击系数等参数；频域分析是把时域信号通过傅立叶变换的数学原理变为频域信号，揭示信号的频率成分和振动系统的传递特性，以得到振动能量按频率的分布情况，从而确定结构的频率和频率分布特性。得出这些振动参数量后，就可以根据有关指标综合评价桥梁结构的动力性能。

根据本桥的构造和现场试验条件，选择引桥和主桥中跨作为试验跨，将加速度传感器放置在主梁跨中截面的竖向及横向位置。通过跳车激振测定这些截面点的振动响应及梁的动力特性。

5.1 测试内容

(1) 跑车试验：试验车分别以5 km/h、10 km/h、20km/h、40km/h、60km/h、 80km/h的速度行驶通过大桥；

(2) 跳车试验：一辆标准试验车通过15cm高三角形(或矩形)垫木，此时后轮将有瞬时冲击作用于桥面，使结构产生带有附加质量(试验车)的自由振动，同时测量记录各测点的振动信号。

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5.2 测点布置

（1）跳车试验测试加速度：对主梁，跳车试验测试桥面振动加速度，加速度测点布置在主梁跨中上游，主桥布置在第5跨跨中。

（2）跑车试验测试冲击系数：主梁桥面板动应力测点在中跨跨中（第5跨）断面梁内，横桥向对称布置。见图5.1所示，2个测点

动挠度测点同样位于第5跨跨中截面，采用激光挠度计测试。

对于移动荷载作用下结构动态响应的测试，根据设计荷载结构特点，选择1~2 辆车辆作为试验荷载。

图5.1 动态测试测点布置

5.3 动态测试

5.3.1 加载程序

1) 跳车试验

使一辆试验车自北向南行驶，以后轮缓缓越过中跨跨中处高度为15cm左右的楔形体垫木，此时后轮将有瞬时冲击作用于桥面，使结构产生带有附加质量（试验车）的自由振动，同时测量记录各测点的振动信号。

2) 跑车试验

A) 一辆试验车沿桥轴线分别以5 km/h、10 km/h、20km/h、40km/h、60km/h、 80km/h的速度匀速行驶于主桥上，分别记录每一车速下各测点的动态响应信号。

B) 两辆试验车并排沿桥轴线横向对称布置分别以5 km/h、10 km/h、20km/h、40km/h、60km/h、80km/h的速度匀速行驶。

C) 两辆试验车按前后一列(车距控制在15m)沿桥轴线分别以5 km/h、10km/h、20km/h、40km/h、60km/h、80km/h 的速度匀速行驶，分别记录每一车速下各测点的动态响应信号。

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5.3.2 测试方法

动态测试观测： （1）

加速度信号：在桥上安装若干加速度传感器，由动态测试分析系统进行测试的数据采集和分析。

（2）

动应力和动挠度信号，主要测定主梁跨中截面动应力和桥面板动挠曲变形。由动态测试系统

5.3.3 测试仪器

结构动态特性及动态响应测试系统如图5.2所示。动态测试仪器设备见表5.1

图 5.2结构动态特性测试系统框图 表5.1 动态测试设备

序号 1 2 3 4 5 6

设备名称 激光挠度计 光电挠度计 桥式应变计 应变读数仪

型号 PSM-200BJQN-4B GBY JM-3000

产地 芬兰 北京 江苏 长沙 上海 哈尔滨

数量 出厂日期 状态

1 2010.10 良好 1 2008.06 良好 50 2010.12 良好 4 2010.10 良好 1 2010.10 良好 40 2010.10 良好

数码摄像机 SONY 加速度传感器

941-B

7 动态数据采集系统

DH5922 江苏 2 2008.12 良好

8 笔记本电脑 IBM 北京

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2 2010.12 良好

9

对讲机 TC-500 哈尔滨 10 2009.05 良好

5.3.4 数据处理

结构的自振特性 （振动频率、振型、阻尼比）取决于结构本身的材料特性和结构刚度、质量及其分布规律，有时也可作为结构损伤识别和质量评定的依据。

根据桥梁结构的自振特性（频率、阻尼比、对数衰减率等）、跑车、刹车、跳车情形下，桥梁结构的动应变时程响应曲线以及随车速和行车位置而变化的冲击系数对结构进行评定。

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6??哈尔滨松花江大桥新建大桥状况评价?

对成桥后的实际桥梁状况评定是指：利用全桥静、动荷载试验结果，以及结构的检查、检测结果等特定信息，综合分析和评定桥梁的可靠性的工作过程。对结构现状评定的内容主要有三个方面：承载能力、运营状态和耐久性。

1、承载能力评定与其各结构或构件的极限强度、稳定性能和动力特性等相关；

2、运营状态评定是要找出结构实际安全储备；

3、耐久性评定是为了避免桥梁在日常使用中发生灾难性的后果，因其与人身安全和财产损失有关而成为结构状况评定的主要内容之一。

6.1 桥梁结构承载能力和运营状态评定方法

1、通过成桥后的实桥静、动荷载试验的测试结果，了解主梁在静、动载作用下的实际受力状态和实际刚度，并与理论验算值进行分析和比较；

2、对实测桥梁的自振特性、强迫振动的动力反应等进行分析、评定； 3、依据有关规范、规程和试验荷载作用下的相关结构理论验算结果，对试验桥梁的承载能力和运营状况进行评定。

6.2 桥梁结构耐久性评定

桥梁结构的正常运营和使用寿命（即耐久性能）很大程度上取决于混凝土的质量以及附属设施的完好程度。因此重点检测混凝土主梁的混凝土施工质量以及有无结构裂缝。

6.3 评定内容

1、对主梁控制断面在各级荷载作用下的实测应力、挠度（变位）进行分析和评定；要求实测应力、挠度（变位）小于或接近理论计算值，即校验系数η小于或等于1，在校验系数常见范围内，η越小结构的安全储备越大。

2、对动载试验的结果分析与评定：动载试验结果分析与评定的主要内容有： 跑车试验，实测冲击系数分析等。

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7??检测质量保证措施?

为保证桥梁检测工程的顺利进行，保证检测质量特制定如下质量保证措施： 1、 检测工作服务目标

检测工作服务目标：组织一支经验丰富的队伍，配备先进的检测设备，严格按照检测项目的质量管理模式组织检测，全面优质地履行检测合同，检测工作达到本合同的各项要求，即优质检测服务。

检测工作服务的具体目标：

1) 确保检测结果准确、科学、公正，差错率低于5‰，最终检测报告差错率低于2‰，并向差错率低于1‰，最终检测报告准确率达到100%目标努力。 2) 采取非常规措施，确保工程进度和质量目标，满足业主要求。 3) 顾客不投诉，业主满意率达100%。

4) 不发生违章、违纪、徇私等有损检测单位形象的不良事件。 5) 加强检测期间交通安全管理，不出现重大施工安全事故。 我们的服务承诺： 先进 科学 准确 高效

先进：采用先进的检测仪器设备和技术手段进行检查。

科学：使用科学、合理的检测方法进行检测，确保检测数据的科学性。 准确：以认真负责的工作态度，严格按现行标准、规程、规范及本公司制定

的程序开展检测工作，确保检测数据的准确有效。

高效：按规定的检测工作时限要求为委托方提供及时、优质的检测服务。

2、检测质量保证措施

为确保上述检测服务目标的顺利实现，我单位将组织一批有相关类似工程施工管理经验的技术骨干，严格按照国家标准、规范及浙江省有关行业规范进行检测，认真落实质量管理措施。在工作中严格贯彻执行质量保证体系，在政府质监部门、业主共同指导与监督下，以项目负责人为质量管理核心，建立详细的质量控制计划来具体实现本工程的质量管理目标。

1) 质量总体保证措施

本工程的质量管理将严格按照建设单位的要求和国家现行的检测规范组织

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实施，以项目质量管理目标为中心开展质量管理工作。

2) 培训教育：本工程实行创优目标管理，认真抓好检测技术人员质量意识教育，牢固树立\公正、科学、准确、诚信\的质量方针，认真的完成每项检测工作。初步调查阶段，组织工程技术人员学习桥梁检测的有关技术文件，确定本次检测的相关标准。

3) 建立责任负责制：认真贯彻执行本公司质量保证体系，实行包括项目经理、检测工程师等人员在内的岗位责任负责制，并制定严格的奖罚制度，对工程全过程、全方位进行严格的控制。

4) 加强施工过程真实性的控制：为了加强工程技术管理的真实性，我单位除了做好通常的各项检测资料的收集整理工作外，还增加摄像图片资料的管理。在检测过程中，对检测的过程及病害情况、都用图片记录在案，具体体现各环节的相关人员、时间、地点、部位，真正做到\百闻百见\，检测完工后，将图片整理成册，存档管理，并提供一张关于检测过程的光盘给业主、监理及相关单位。 5) 检测使用的仪器经过检校合格，仪器的精度满足本次检测精度的要求。在每一次检测前，所有的仪器设备均应进行检查校验，全部使用计量合格的仪器设备。现场检测期间，严格按照仪器的作业指导书及自校规程对仪器进行操作，定期对仪器进行维修和保养。如无特殊原因，整个检测过程不得更换仪器，以最大限度地消除仪器误差。检测中的读数应准确、迅速，记录要清楚、真实。切实履行记录和检查制度，发现疑点或异常的数据应及时检查，保证测试数据的准确可靠。

6) 质量监督：监督员应认真行使其监督职责，对检测方法不合理、操作不当者应立即提出并加以纠正。

7) 数据整理分析。为保证检测完整、可靠，严格要求当天的检测数据当天整理分析，并得出初步结论。发现问题及时采取纠正措施，并上报检测负责人、甚至上报公司负责人。

8) 定期召开总结会议：建立质量专题会议制度，定期对近期检测工作质量的总结和评估，研究质量工作的计划和对象，制定改正优化方案，促进检测质量的不断提高。

9) 绩效考核制度：为了保证检测工作按计划保质保量的完成，本次检测质

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量检测工作成绩与绩效考核挂钩。

为保证哈尔滨松花江大桥新建工程成桥荷载试验工作的顺利进行，保证检测质量，本检测中心特制定质量保证框图如下：

图 7.1质量保证体系图

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8??安全生产保证措施?

为杜绝试验期间人身、结构物、试验加载设备和仪器设备等重大事故的发生，把一般事故减少到最低限度，确保检测工作的顺利进行，特制订安全措施如下：

1、对现场检测人员进行安全教育与管理

为达到教育的效果，现场检测前安全教育准备以下几个方面的内容： 1) 有关安全的法律、法规、安全作业规程； 2) 安全作业的方案、安全作业常识； 3) 安全隐患及事故案例分析； 4) 事故应急措施及自救知识。 2、现场检测前准备

1) 严格要求现场配备、架立并维修必要的标志牌，以保证现场检测的交通秩序和检测人员的人身安全。标志牌包括：警告与危险标志、安全与控制标志、指路标志与标准的道路标志、限速标志和线形诱导标志、锥形交通路标和防撞桶。 2) 严格按照当地路政、交管理部门的要求，办理施工许可手续。 3) 现场检测前给每位现场检测人员上人身意外保险，并配备反光衣、安全帽、防滑鞋等劳保用品。

3、现场作业安全管理措施

1) 外业检测现场严格按照《道路交通标志和标线》（GB 5768-1999）摆放安全交通标志及锥形交通标志。

2) 检测期间，现场设两名安全员，该专职安全员应具有做安全工作的资格，且熟悉所检测的工作类型，其工作任务包括制定健康保护与事故预防措施和个人检查，查看所有安全规则与条例的实施情况。安全员一律佩证上岗，佩证内容有姓名、职务和本人像片，以红色以示醒目。

3) 现场检测前，严禁喝酒。违者责令退出检测现场，处以 200 元的罚款并扣发当天工资、奖金。

4) 现场检测期间根据需要对检查人员配备必要的安全工具，如反光背心、反光标记、安全带等；对停滞在高速公路上检测车辆按照规定摆放警示标志和导

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向标志。

5) 现场检测必须带安全帽，佩带上岗证，高空作业必须使用安全带。经医生检查不适宜高空作业的人员，不得进行高空作业。

6) 各检测组必须严格按操作规程进行操作，如有违反者，罚款200元，如因违反操作规程而造成人身伤亡，责任自负，并对负责人处以1000~5000元罚款。对直接现任责任者扣发全年奖金，并给予行政处罚，直到追究法律责任。

7) 严格按《用电操作规程》进行操作，非专业电工不得私自接电。 8) 现场检测完毕后，收拾交通指示标志及路锥，人员在15分钟之内迅速撤离现场。

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9??工期保证措施?

为保证工作能够按照合同期限顺利完成，我单位制定如下措施： 1) 指挥机构迅速成立及时到位

为加快本项目的建设，我所将成立有力的项目部，对内指挥检测仪器、设备调试，对外负责合同履行及协调联络。经理部主要成员已经确定，一旦中标，即可按照工期迅速到位行使职能。

2) 检测力量迅速进场本检测项目的检测队伍已选定，目前已开始熟悉本检测项目的内容及方法，中标后即可按工期迅速进场，进行检测准备。检测设备、仪器将随同检测队伍迅速抵达，确保实体工程按时（或提前）开工。

3) 检测准备抓早抓紧根据该合同段的检测工作量清单，确定要检查的单位工程，制定周详的现场检测计划，按单位工程按地理位置和检测项目进行分类、分组检测，进一步完善分组方案。

4) 检测组织不断优化以投标的检测组织进度和工期要求为据，及时完善检测组织设计，落实检测方案，报单位总工程师审批。根据检测情况变化，不断进行设计、优化，使工序衔接，劳动力组织、仪器设备、工期安排等有利于现场检测。

5) 充分发挥我单位检测组织管理的优势，各职能部室对本进度计划全力支持，在项目整体规划下，促使各分部工程以最大限度进行合理的交叉检测，保证检测能按计划正常运转。

6) 强化检测管理，严明劳动纪律，对检测人员实行动态管理，优化组合，使作业专业化、正规化。

7) 制定严密的人员增加及加班制度，使进度计划更充分、更有把握地得到实施。

8) 根据当地气象、水文资料，有预见性地调整各项工作的检测顺序，并作好预防工作，使工程能有序和不间断的进行。

9) 加强检测仪器设备管理切实做到加强仪器设备的检修和保养工作，配专门人员负责仪器的检修和保养，配足常用配件，确保仪器设备正常工作。

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10) 确保检测人员充足，高效根据工程需要，配备充足的现场检测人员，并采用各项措施，提高检测人员素质和工作效率。

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10??试验人员、测试时间安排及提交成果??

10.1 时间安排

z 2011.08.6~2011.8.13实验准备,测点贴片. z 2011.8.13~2011.8.15静载试验 z 2011.8.16 动载试验

10.2人员安排

表 10.1 人员情况表

组别 项目负责人 技术负责人 内业组

姓名 张连振 王宗林 王永平 孙 航 李伟钊 刘贵位 李忠龙

测量组

李 岩 马 俊 孙永明

职称 副教授、博士教授、博士

教授 讲师、博士 博士研究生 教 授 讲师、博士 讲师、博士 讲师、博士 讲师、博士

在本项目中承担的职务

项目负责人 技术负责人 内业负责人 内业工程师 内业工程师 测量负责人 温度、应力现场测量 温度、应力现场测量 现场测量工程师 现场测量工程师

注：协调配合为主，人员分工为辅

?

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图11.1 组织结构

10.3 提交成果

按招标文件要求的时间，向甲方提供具有合法检测资格的桥梁检测报告，内容包括以下几个方面：

1、分析桥梁结构的实际工作状态，评价其在设计荷载下的工作性能； 2、检验施工质量，评定桥梁的承载能力，为竣工验收提供必要的技术依据； 3、验证设计理论、计算方法和设计中的各种假定的正确性与合理性，为设计积累科学资料；

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4、通过动载试验分析桥跨结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力性能；

5、通过荷载试验，建立桥梁健康系统安全评定的基准模型，记录桥梁成桥状态的结构参数。

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