橋梁荷載試驗

1、 n荷載試驗的目的及主要內(nèi)容 n加載方案和測點布置 n靜載試驗儀器設(shè)備 n靜載試驗 n試驗數(shù)據(jù)分析及橋梁承載力評定 n結(jié)構(gòu)動載試驗 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 n橋梁荷載試驗就是對橋梁結(jié)構(gòu)物進(jìn)行直接加載測試的一種 特殊的科學(xué)試驗工作。 n橋梁荷載試驗分為靜載試驗和動載試驗。 荷載試驗的目的及主要內(nèi)容 動載試驗動載試驗： 橋梁動載試驗是利用某種激振方法激起橋梁 結(jié)構(gòu)的振動，然后測定其固有頻率、阻尼比、振型、動力 沖擊系數(shù)、行車響應(yīng)等參量，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛 度、行車性能。 靜載試驗靜載試驗： 所謂橋梁靜載試驗，是將靜止的荷載作用在橋 梁上的指定位置，然后對橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、 裂縫

2、等參量進(jìn)行測試，從而對橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工 作性能及使用能力作出評價。 一、荷載試驗的目的： 新建橋梁：（1）檢驗橋梁設(shè)計施工質(zhì)量； （2）判定橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載力； （3）驗證橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論和設(shè)計方法。 舊橋：（1）確定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力及營運條件 （2）分析橋梁病害原因及其變化規(guī)律 荷載試驗的目的及主要內(nèi)容 二、主要工作內(nèi)容： （1）明確荷載試驗的目的； （2）試驗準(zhǔn)備工作； （3）荷載試驗的方案擬定(包括靜載試驗與動載試驗測試 項目） （4）荷載試驗的測點設(shè)置與測試儀器、設(shè)備組配； （5）荷載試驗的加載等級控制與試驗過程安全控制； （6）試驗數(shù)據(jù)分析與結(jié)構(gòu)性能評定； （7）試驗報

3、告編寫 一般程序分為三個階段：1. 試驗準(zhǔn)備 階段 2.加載與觀測階段 3. 測試結(jié)果的分析與評定 荷載試驗的目的及主要內(nèi)容 三、荷載試驗的準(zhǔn)備工作： 計劃與淮備階段的工作內(nèi)容主要有：收集、研究試驗橋梁的有關(guān) 技術(shù)文件，考察試驗橋梁的現(xiàn)狀和試驗的環(huán)境條件，擬定試驗方案 及試驗程序，確定試驗組織及人員組成，測試系統(tǒng)的構(gòu)成，儀器的 組配及標(biāo)定，必要的器材淮備等工作。 1試驗孔(或墩、塔)的選擇 2搭設(shè)腳手架和測試支架 3靜載試驗加載位置的放樣和卸載位置的安排 4試驗人員組織及分工 5其他準(zhǔn)備工作 試驗方案與實施 一、試驗荷載工況的確定： 1簡支梁橋試驗荷載工況 (1)主要工況 跨中最大正彎矩工況

4、(2)附加工況 l4截面最大正彎矩工況 支點最大剪力工況 橋墩最大豎向反力工況 3懸臂梁橋(T形剛構(gòu)橋)試驗荷載工況 (1)主要工況 墩頂支點最大負(fù)彎矩工況 錨固孔跨中最大正彎矩工況 (2)附加工況 墩頂支點最大剪力工況 桂孔跨中最大正彎矩工況 橋墩最大豎向反力工況 4連續(xù)剛構(gòu)橋試驗荷載工況 (1)主要工況 主跨墩頂最大負(fù)彎矩工況 主跨跨中最大正彎矩工況 (2)附加工況 墩頂支點最大剪力工況 邊跨最大正彎矩工況 橋墩(臺)最大反力工況 2連續(xù)梁橋試驗荷載工況 (1)主要工況 主跨支點最大負(fù)彎矩工況 主跨跨中最大正彎矩工況 (2)附加工況 邊跨最大正彎矩工況 主跨橋墩最大豎向反力工況 主跨支點最

5、大剪力工況 試驗方案與實施 一、試驗荷載工況的確定： 5無鉸拱橋試驗荷載工況 (1)主要工況 拱頂最大正彎矩工況 拱腳最大負(fù)彎矩工況 （2）附加工況 拱腳最大水平推力工況 l/4截面最大正彎矩和最大負(fù)彎矩工況 l/4截面正負(fù)撓度絕對值之和最大工況 7、斜拉橋試驗荷載工況 (1)主些工況 主梁中兒跨中最大正彎距工況 主梁墩頂支點最大負(fù)彎矩工況 主塔塔頂縱橋向最大水平變位與塔腳 截面最大彎矩工況 (2)附加工況 中孔跨中附近拉索最大拉力工況 主梁最大撓度工況 輔助墩最大豎向反力工況 6、兩鉸拱橋試驗工況 (1)主要工況 拱頂最大正彎矩工況 拱腳最大水平推力工況 (2)附加工況 l/4截面最大正彎矩

6、和最大負(fù)彎矩工況 l/4截面正負(fù)撓度絕對值之和最大工況 試驗方案與實施 二、試驗荷載等級的確定： (1)汽車和人群(標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計荷載)； (2)掛車或履帶車(驗算荷載) (3)需通行的特殊重型車輛。 分別計算設(shè)計時所采用的控制荷載或由試驗?zāi)康乃鶝Q定的荷載對結(jié) 構(gòu)控制截面產(chǎn)生的內(nèi)力(或變形)的最不利值并進(jìn)行比較，取其中最不利 者對應(yīng)的荷載作為控制荷載。 荷載試驗應(yīng)盡量采用與控制荷載相同的荷載，而組成控制荷載(標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計荷載)的車輛是由運管車輛統(tǒng)計而得的概率模型。當(dāng)客觀條件所限， 采用的試驗荷載與控制荷載有差別時，為保證試驗效果，在選擇試驗荷 載的大小和加載位置時采用靜載試驗效率q進(jìn)行控制。 控制荷載

7、 試驗方案與實施 )1 ( S Ss q 注意取值：提高還是降低、新橋與舊橋 靜載試驗效率 s S式中：式中： 試驗荷載作用下控制截面最不利效應(yīng)計算值；試驗荷載作用下控制截面最不利效應(yīng)計算值； S 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下控制截面最不利計算值；設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下控制截面最不利計算值； 按規(guī)范計算的沖擊系數(shù)。按規(guī)范計算的沖擊系數(shù)。 正常試驗條件下正常試驗條件下 應(yīng)滿足下列條件：應(yīng)滿足下列條件：0.95 1.05 試驗方案與實施 靜載加載分級與控制 為了加載安全和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變位隨試驗荷載增加的變化關(guān)系。 1、分級控制的原則 (1)當(dāng)加載分級較為方便時，可按最大控制截面內(nèi)力荷載工況均分為45級。 (2

8、)當(dāng)使用載重車加載，車輛稱重有困難時也可分成3級加載。 (3)當(dāng)橋梁的調(diào)查和驗算工作不充分，或橋況較差，應(yīng)盡量增多加載分級。如 限于條件，加載分組較少時，應(yīng)汁意每級加載時，車輛荷載應(yīng)逐輛緩緩駛?cè)?預(yù)定加載位置，必要時可在加載車輛未到達(dá)預(yù)定加就位置的分次對控制測點 進(jìn)行讀數(shù)監(jiān)控，以確保試驗安全。 (4)在安排加載分級時，應(yīng)注意加載過程中其他截面內(nèi)力亦應(yīng)逐漸增加，且最 大內(nèi)力不應(yīng)超過控制荷載作用下的最不利內(nèi)力。 (5)根據(jù)具體條件決定分級加載的方法最好每級加載后卸載，也可逐級加載， 達(dá)到最大荷載后逐級卸載。 三、加載方式及設(shè)備的選擇： 2、車輛荷載加載分級的方法 （1）逐漸增加加載車輛數(shù) （2）先

9、上輕車后上重車 （3）加載車位于內(nèi)力影響線的不同部位 （4）加載車分次裝載重物 以上各法亦可綜合采用，以方便加載分級實施。 試驗方案與實施 3、加卸載的時間選擇 主要是考慮溫度變化對試驗引起的影響 4、加載分組的計算 根據(jù)各荷載工況的加載分級，按彈性階段計算結(jié)構(gòu)各測點在不同荷 載等級下的理論計算變位(或應(yīng)變)，以便對加載試驗過程進(jìn)行分析和 控制。計算采用的材料彈性模量如已做材料試驗的用實測值，未做 材料試驗的可按規(guī)范規(guī)定取值。 加載設(shè)備的選擇 可行式車輛、重物直接加載 加載重物的稱量 稱重法、體積法、綜合計算法 軸重 無論采用何種方法確定加載重力，均應(yīng)做到準(zhǔn)確可靠，其稱量誤 差最大不得越過5%

10、，最好能采用兩種稱量方法互相校核。 試驗方案與實施 四、測點的布置： 1、主要測點的布設(shè) 布沒的測點不宜過多，但要保證觀測質(zhì)量。有條件時，同一測 點可用不同的測試方法進(jìn)行校對。一般情況下，對主要測點的布設(shè) 應(yīng)能控制結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)(應(yīng)變)和最大撓度(或位移）。 2、附加測點的布設(shè) 根據(jù)橋梁調(diào)查和檢算工作的深度，綜合考慮結(jié)構(gòu)持點和橋梁目前狀 況等可適當(dāng)加設(shè)以下測點： （1）撓度沿橋長或沿控制裁面橋?qū)挿较蚍植迹?（2）應(yīng)變沿控制截面橋?qū)挿较蚍植迹?（3）應(yīng)變沿截面高度分布； （4）組合構(gòu)件的結(jié)合面上、下緣應(yīng)變； （5）墩臺的沉降、水平位移與轉(zhuǎn)角，連拱橋多個墩臺的水平位移； （6）剪切應(yīng)變； （7）其他

11、結(jié)構(gòu)薄弱部位的應(yīng)變； （8）裂縫的監(jiān)測 試驗方案與實施 3、溫度測點的布設(shè) 一般應(yīng)實測控制截面的橫向應(yīng)力增大系數(shù)。當(dāng)結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系構(gòu)件質(zhì)量 較差，連接較弱時，則必須測定控制截面的橫向應(yīng)力增大系數(shù)。簡支梁跨中 截面橫向應(yīng)力增大系數(shù)的測定，既可采用觀測跨中沿橋?qū)挿较驊?yīng)變變化的方 法，也可采用觀測跨中沿橋?qū)挿介g撓度變化的方法來進(jìn)行計算或用兩種方法 互校。 對于剪切應(yīng)變測點一般采取設(shè)置應(yīng)變花的方法進(jìn)行觀測，為了方便，對 于梁橋的剪應(yīng)力也可在截面中性軸處主應(yīng)力方向設(shè)置單一應(yīng)變測點來進(jìn)行觀 測。梁橋的實際最大剪應(yīng)力截面應(yīng)設(shè)置在支座附近而不是支座上，即設(shè)在自 梁底支承線與水平成45度方向斜線與截面中性釉的交點

12、上。 選擇與大多數(shù)測點較接近的部位設(shè)置12處氣溫觀測點。此外，可根 據(jù)需要在橋梁主要測點部位布置一些構(gòu)件表面溫度觀測點，尤其對于溫度 敏感的大跨徑索支承體系橋梁，宜沿跨徑長度人們多設(shè)置一些氣溫觀測點。 試驗方案與實施 靜載試驗儀器設(shè)備 一、機械式儀表量測裝置： 1、機械式儀表測量裝置 （1）接觸式位移量測裝置 （2）張線式位移量測裝置 （3）機械式應(yīng)變量測裝置 （4）手持式應(yīng)變儀 （5）機械式轉(zhuǎn)角量測裝置 特點、原理、使用方法、使用注意事項、溫度補償 靜載試驗儀器設(shè)備 靜載試驗儀器設(shè)備 靜載試驗儀器設(shè)備 電阻應(yīng)變測量方法是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行測量的方法，簡稱電測法。 電測法的基本原理是：將電

13、阻應(yīng)變片（簡稱應(yīng)變片）粘貼在被測構(gòu)件的表 面，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形，應(yīng)變片的電阻值將發(fā) 生相應(yīng)的變化，通過電阻應(yīng)變測量儀器（簡稱電阻應(yīng)變儀），可測量出應(yīng) 變片中電阻值的變化，并換算成應(yīng)變值，或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信 號（電壓或電流），用記錄儀記錄下來，也可用計算機按預(yù)定的要求進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理，得到所需要的應(yīng)變或應(yīng)力值。其工作過程如下所示： 二、電測式量測裝置： 應(yīng)變電阻變化電壓（或電流）變化放大記錄數(shù)據(jù)處理 電測法具有靈敏度高的特點，應(yīng)變片重量輕、體積小且可在高（低） 溫、高壓等特殊環(huán)境下使用，測量過程中的輸出量為電信號，便于實現(xiàn)自 動化和數(shù)字化，并能進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量及無線

14、遙測。 靜載試驗儀器設(shè)備 1、電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片優(yōu)點 電阻應(yīng)變片構(gòu)造 電阻應(yīng)變片分類 金屬應(yīng)變片工作原理 電阻應(yīng)變片的選用 電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù) 靜載試驗儀器設(shè)備 引出線引出線 電阻絲電阻絲( (絲柵絲柵) ) 基底基底 由試驗發(fā)現(xiàn)：由試驗發(fā)現(xiàn)： l 應(yīng)變片應(yīng)變片 FF l+D Dl l l K R RD D D D K K電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變片的 靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù) 應(yīng)變片應(yīng)變片：將力學(xué)量：將力學(xué)量( (應(yīng)變應(yīng)變) )轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為 電量電量( (電阻電阻) )的傳感器的傳感器 電阻應(yīng)變片種類：電阻應(yīng)變片種類： 絲式絲式( (繞線式繞線式) )、箔式、半導(dǎo)體式、箔式、半導(dǎo)體式 靜載試驗儀

15、器設(shè)備 應(yīng)變測量原理應(yīng)變測量原理：利用電橋平衡測量電阻改變，從而進(jìn)一步得到應(yīng)變。利用電橋平衡測量電阻改變，從而進(jìn)一步得到應(yīng)變。 B A D C E R1R2 R3 R4 電橋平衡電橋平衡( (UBD=0) )： 4231 RRRR 若若R R1 1 R R4 4為四個為四個阻值相同阻值相同應(yīng)變片，受力后，應(yīng)變片，受力后， BDBD間電壓改變?yōu)椋洪g電壓改變?yōu)椋?)( 4 4 4 3 3 2 2 1 1 R R R R R R R R E UBD D D D D D D D D )( 4 4321 K E 靜載試驗儀器設(shè)備 2、應(yīng)變儀 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀是專供測量不隨時間變化或變化極緩慢的電阻應(yīng)變儀靜

16、態(tài)電阻應(yīng)變儀是專供測量不隨時間變化或變化極緩慢的電阻應(yīng)變儀 器，其功能是將應(yīng)變電橋的輸出電壓放大，在顯示部分以刻度或數(shù)字形式器，其功能是將應(yīng)變電橋的輸出電壓放大，在顯示部分以刻度或數(shù)字形式 顯示應(yīng)變的數(shù)值，或者向記錄儀輸入模擬應(yīng)變變化的電信號。顯示應(yīng)變的數(shù)值，或者向記錄儀輸入模擬應(yīng)變變化的電信號。 必須注意，工作片和溫度補償片的電阻值、靈敏系數(shù)以及電阻 溫度系數(shù)應(yīng)相同，分別粘貼在構(gòu)件上和不受力的試件上，以保證 它們因溫度變化所引起的應(yīng)變片電阻值的變化相同。 用應(yīng)變片測量應(yīng)變時，它除了能感受試件受力后的變形外，同樣 也能感受環(huán)境溫度的變化而引起電阻應(yīng)變儀指示部分的示值變動，這 稱為溫度效應(yīng)。 a

17、.電阻絲溫度改變 b.材料與應(yīng)變片電阻絲的線膨脹系數(shù)不同 由于溫度對電阻值變化影響很大，利用電橋特性，可以采用適當(dāng) 的方法消除這種影響。 3、溫度補償 靜載試驗儀器設(shè)備 n溫度穩(wěn)定觀測溫度穩(wěn)定觀測 n儀表的測讀與記錄儀表的測讀與記錄 n裂縫觀測裂縫觀測 靜載試驗過程 一、試驗觀測與記錄： 簡述靜載試驗過程中混凝土裂縫觀測的基本步驟：簡述靜載試驗過程中混凝土裂縫觀測的基本步驟： 裂縫觀測的內(nèi)容為結(jié)構(gòu)受拉力較大部位和舊橋原有較長、較寬的部位。裂縫觀測的內(nèi)容為結(jié)構(gòu)受拉力較大部位和舊橋原有較長、較寬的部位。 在這些部位上應(yīng)量測裂縫的長度、寬度，并在混凝土表面沿裂縫走向進(jìn)在這些部位上應(yīng)量測裂縫的長度、寬

18、度，并在混凝土表面沿裂縫走向進(jìn) 行描繪。行描繪。 加載過程中觀測裂縫的長度及寬度變化情況。加載過程中觀測裂縫的長度及寬度變化情況。 加載至最不利荷載及卸載后應(yīng)對結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行全面檢查，尤其仔細(xì)檢查加載至最不利荷載及卸載后應(yīng)對結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行全面檢查，尤其仔細(xì)檢查 是否產(chǎn)生新的裂縫，并記錄。是否產(chǎn)生新的裂縫，并記錄。 二、加載的實施與控制： 1、加載程序 u 重物加載：按荷載分級（一般重物加載：按荷載分級（一般45級）逐級加載，每級荷載堆放位置級）逐級加載，每級荷載堆放位置 準(zhǔn)確、整齊穩(wěn)定。荷載施加完畢后，逐級卸載。準(zhǔn)確、整齊穩(wěn)定。荷載施加完畢后，逐級卸載。 u 車輛加載：用車輛加載時，先由零載加至第

19、一級荷載、卸載至零載；車輛加載：用車輛加載時，先由零載加至第一級荷載、卸載至零載； 再由零載加至第二級何載，卸至零載再由零載加至第二級何載，卸至零載，直至所有荷載施加完畢，直至所有荷載施加完畢 (有時為了確保試驗結(jié)果準(zhǔn)確無誤，每一級荷載重復(fù)施加有時為了確保試驗結(jié)果準(zhǔn)確無誤，每一級荷載重復(fù)施加12次次)。 每一級荷載施加次序為縱向先施加重車，后施加前后標(biāo)淮車；橫向先每一級荷載施加次序為縱向先施加重車，后施加前后標(biāo)淮車；橫向先 施加橋中心的車輛，后施加外側(cè)的車輛。施加橋中心的車輛，后施加外側(cè)的車輛。 靜載試驗過程 2、加載穩(wěn)定時間控制 u 選擇一個控制點，每級加載（或卸載）后立即測讀一次，計算其與

20、加載選擇一個控制點，每級加載（或卸載）后立即測讀一次，計算其與加載 （或卸載）前測讀值之差值（或卸載）前測讀值之差值Sg，然后每隔，然后每隔2min測讀一次，計算測讀一次，計算2min 前后讀數(shù)的差，并按下式計算相對讀數(shù)差值前后讀數(shù)的差，并按下式計算相對讀數(shù)差值m： u 當(dāng)當(dāng)m值小于值小于1或小于量測儀器的最小分辯率時即認(rèn)為結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定?；蛐∮诹繙y儀器的最小分辯率時即認(rèn)為結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定。 g S S m D 靜載試驗過程 3、加載過程的觀察 4、終止加載的控制條件 發(fā)生下列情況應(yīng)中途終止加載：發(fā)生下列情況應(yīng)中途終止加載： (1)控制測點應(yīng)力值已達(dá)到或超過用彈性理論按規(guī)范安全條件反算的控制應(yīng)力值時

21、；控制測點應(yīng)力值已達(dá)到或超過用彈性理論按規(guī)范安全條件反算的控制應(yīng)力值時； (2)控制測點變位控制測點變位(或撓度或撓度)超過規(guī)范允許值時；超過規(guī)范允許值時； (3)由于加載使結(jié)構(gòu)裂縫的長度、寬度急劇增加，新裂縫大量出現(xiàn)，縫寬超過允許值由于加載使結(jié)構(gòu)裂縫的長度、寬度急劇增加，新裂縫大量出現(xiàn)，縫寬超過允許值 的裂縫大量增多，對結(jié)構(gòu)使用壽命造成較大的影響時；的裂縫大量增多，對結(jié)構(gòu)使用壽命造成較大的影響時； (4)拱橋加載時，沿跨長方向的實測撓度曲線分布規(guī)律與計算值相差過大或?qū)崪y撓度拱橋加載時，沿跨長方向的實測撓度曲線分布規(guī)律與計算值相差過大或?qū)崪y撓度 超過計算值過多時；超過計算值過多時； (5)發(fā)生其他損壞，影響橋梁承載能力或正常使用時。發(fā)生其他損壞，影響橋梁承載能力或正常使用時。 靜載試驗過程 試驗數(shù)據(jù)分析及承載能力評定 一、荷載試驗成果分析與承載能力評定： 1、結(jié)構(gòu)工作狀況 n校驗系數(shù) n實測值與理論值的關(guān)系曲線 n相對殘余變位（或應(yīng)變） n動載性能 n 試驗資料的修正 （1）測值修正 （2）溫度影響修正 （3）支點沉降影響修正 n 各測點變位與應(yīng)變計算 總變位 彈性變位 殘余變位 n 式中：Si-加載前測值 Sl -加載達(dá)到穩(wěn)定時測值 Su-卸載后達(dá)到穩(wěn)定時測值 試驗數(shù)據(jù)分析及