橋梁荷載試驗中測試技術(shù)

1、1橋梁荷載試驗中的測試技術(shù) 長安大學(xué)公路學(xué)院 王建華 教授2橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗的分類科學(xué)研究性試驗和生產(chǎn)鑒定性試驗；靜荷載試驗和動荷載試驗；原型試驗和模型試驗；破壞性試驗和非破壞性試驗；長期試驗和短期試驗。 目的、內(nèi)容強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性測量方法的選擇、儀器設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)、操作員的技術(shù)水平選擇儀器注意問題：精度、分辨率、靈敏度、量程、型號規(guī)格一致性、穩(wěn)定性、使用條件、進(jìn)行標(biāo)定等3靜載試驗儀器設(shè)備橋梁靜載試驗時需測的物理量：結(jié)構(gòu)的反力、應(yīng)變、位移、傾角、裂縫等。1. 位移（撓度） 各種位移計、激光撓度儀、高精度水準(zhǔn)儀、全站儀等、連通器、懸錘法、GPS、三維攝影、傾角法（各種方法使用條

2、件及優(yōu)缺點）4撓度測量新方法原理通過測量橋梁截面的傾角來計算橋梁撓度是近幾年來研究的一種新方法。其原理是：當(dāng)橋梁受荷載產(chǎn)生撓曲變形時，撓度用公式來表達(dá)，式中 為沿線路方向的坐標(biāo)軸， 為傾角曲線， 為撓度曲線，坐標(biāo)原點設(shè)置在第一個支座處。 5QY型傾角儀靈敏度：100mv/角分；最大量程：10角分；6簡支梁試驗 7連續(xù)連試驗 8簡支撓度曲線擬合圖 9河南焦作蔣溝大橋荷載試驗10程序開機(jī)界面11優(yōu)缺點實橋荷載試驗證明，利用傾角儀測量橋梁的撓度時，由于在橋面上布設(shè)傾角儀，因此十分方便。測量結(jié)果與百分表實測值相比，相對誤差一般在5%之內(nèi)，可以滿足工程測量精度要求。利用傾角儀測量橋梁的撓度不需要任何靜止

3、的參考點，降低了對環(huán)境條件的依賴，加之在橋面上工作，大大提高了測量效率，縮短了封橋時間，因此適宜于測量跨河橋、跨線橋、高架橋的撓度，具有很強(qiáng)的工程實用價值和廣闊的工程應(yīng)用前景。只限于梁橋12靜載試驗儀器設(shè)備2. 應(yīng)變應(yīng)變片、應(yīng)變測量傳感器、手持式應(yīng)變儀、鋼弦式應(yīng)變計、光纖應(yīng)變計 13靜載試驗儀器設(shè)備單向應(yīng)變 應(yīng)變片（貼好片不易、測值受環(huán)境溫度和濕度影響大、補(bǔ)償問題） 鋼弦式應(yīng)變計（不易安裝、零點變化大、二次儀表專用） 弓形應(yīng)變計（敏感部位易塑性變形，測值誤差大）平面應(yīng)變 應(yīng)變片14靜載試驗儀器設(shè)備裂縫的產(chǎn)生、變化-目測、裂縫應(yīng)變片動態(tài)應(yīng)變測量構(gòu)件失穩(wěn)荷載測試砌體應(yīng)變，如石拱橋的應(yīng)變測量 支架+

4、千分表、測試截面澆筑8cm厚鋼筋混凝土板（2003橋梁年會論文）15 應(yīng)變測量傳感器 16對比試驗17高墩模型試驗 18陜西省計量科學(xué)研究院測試報告19混凝土構(gòu)件應(yīng)變測量 20混凝土構(gòu)件裂縫變化監(jiān)測21試驗梁開裂荷載監(jiān)測22平面應(yīng)變測試23石拱橋（砌體）應(yīng)變測量24施工過程中的應(yīng)變監(jiān)測25專利證書26靜載試驗儀器設(shè)備3. 裂縫 裂縫放大鏡、塞尺、超聲儀、應(yīng)變式測量傳感器4.反力 力傳感器、索力儀5. 傾角 電子式數(shù)顯傾角儀6.溫度 溫度計、紅外測溫儀、熱電偶27靜載試驗應(yīng)注意的問題1.安全（人、結(jié)構(gòu)、儀器設(shè)備）2.加載車輛稱重 加載位置標(biāo)識 預(yù)加載試驗3.加載過程的觀察 特別注意觀察：構(gòu)件薄弱

5、部位是否有開裂、破損，組合構(gòu)件的結(jié)合面是否有開裂錯位，支座附近混凝土是否開裂，橫隔板的接頭是否拉裂，結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生不正常的響聲，加載時墩臺是否發(fā)生搖晃現(xiàn)象等等。28荷載試驗時橋梁坍塌2006年12月9日下午2時40分，北京市順義區(qū)臥龍環(huán)島北側(cè)一條橫跨減河的景觀懸索步行橋在測重時坍塌，10輛用來測重的卡車隨橋身墜下后報廢，一名司機(jī)在事故中骨折，另有兩人輕傷。據(jù)了解，這座橋全長120米，2004年11月開工，今年9月建成。29荷載試驗時橋梁坍塌 橋體與路基間裂縫達(dá)一尺寬 30靜載試驗應(yīng)注意的問題 4終止加載控制條件 (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； (2)

6、控制測點變位(或撓度)超過規(guī)范允許值時； (3)由于加載，使結(jié)構(gòu)裂縫的長度、縫寬急劇增加，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； (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。 31靜載試驗應(yīng)注意的問題5、試驗數(shù)據(jù)分析 規(guī)律性、異常值、測值修正應(yīng)變測值修正 支點沉降影響的修正溫度影響（晚上）、貼片方位偏差影響32粘貼方位不準(zhǔn)造成的誤差 設(shè)預(yù)定的基準(zhǔn)線與主方向的夾角為 ，應(yīng)變片實際粘貼方位與主方向的夾角為 ，粘貼的角度偏差 ?；鶞?zhǔn)線上的應(yīng)變可用主應(yīng)變表示為例：

7、設(shè)測點為單向應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)變片應(yīng)沿主方向和偏主方向300度粘貼，現(xiàn)皆有粘貼角偏差 ，得 ： 預(yù)定方位與主方向的夾角越大，則角偏差造成的誤差亦越大! 33結(jié)構(gòu)動載試驗 振源(輸入) 結(jié)構(gòu)(系統(tǒng)) 響應(yīng)(輸出)三類基本問題： 1測定橋梁荷載的動力特性(數(shù)值、方向、頻率等)。 2測定橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性(自振頻率、阻尼、振型等)。 3測定橋梁在動荷載作用下的響應(yīng)(動位移、動應(yīng)力等)。橋梁的振動試驗涉及很寬的范疇，如模擬地震試驗、抗風(fēng)試驗、疲勞試驗等。 34橋梁動載試驗的測試儀器1.測振傳感器的選擇 振動參數(shù)有位移、速度和加速度。35橋梁動載試驗的測試儀器2.橋梁動態(tài)測試系統(tǒng) 傳感器+調(diào)理模塊+A/D板+

8、計算機(jī)+分析軟件 36橋梁動載試驗的測試儀器3.現(xiàn)場測試時參數(shù)設(shè)置采樣頻率 ：采樣頻率37現(xiàn)場測試時參數(shù)設(shè)置數(shù)字濾波38現(xiàn)場測試時參數(shù)設(shè)置放大倍數(shù)39現(xiàn)場測試時參數(shù)設(shè)置采樣長度40模塊式數(shù)據(jù)采集分析控制軟件DASYLab 輸入/輸出模塊組：A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)輸入等，用于各種硬件輸入數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。觸發(fā)函數(shù)模塊組：組合觸發(fā)、前/后觸發(fā)、開始/停止觸發(fā)、需求觸發(fā)等。數(shù)學(xué)計算模塊組：算術(shù)運算、三角運算、比例定義、微積分、邏輯運算、二進(jìn)制操作。數(shù)理統(tǒng)計模塊組：最大/最小值、統(tǒng)計數(shù)值、信號位置、頻率分布圖、計數(shù)等。信號分析模塊組：濾波、相關(guān)分析、數(shù)據(jù)窗口、傅立葉算法、極坐標(biāo)/笛卡兒坐標(biāo)控制模塊組：

9、信號生成、開關(guān)、滑塊、時間延遲、停止等。顯示模塊組：Y/t圖表、X/Y圖表、圖標(biāo)記錄、列表顯示等。文件模塊組：讀入數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)、備份數(shù)據(jù)。41橋梁動載試驗的激振方法1自振法(瞬態(tài)激振法) 突加荷載法(沖擊法) 突然卸載法(位移激振法) 42橋梁動載試驗的激振方法2.共振法(跑車或跳車)3脈動法43橋梁動載試驗數(shù)據(jù)分析橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性(固有頻率、阻尼系數(shù)和振型等)，它們只與結(jié)構(gòu)本身的固有性質(zhì)有關(guān)(如結(jié)構(gòu)的組成形式、剛度、質(zhì)量分布和材料的性質(zhì)等)，而與荷載等其它條件無關(guān)。 1.結(jié)構(gòu)固有頻率分析判定頻譜分析時數(shù)據(jù)窗的選取數(shù)據(jù)分析長度-頻率分辨率 固有頻率在不同跑車速度下回多次重復(fù)出現(xiàn)44東江大橋

10、（模型）幅頻特性曲線45幅頻特性曲線46橋梁動載試驗數(shù)據(jù)分析2.結(jié)構(gòu)阻尼的測定47橋梁動載試驗數(shù)據(jù)分析2.結(jié)構(gòu)阻尼的測定48南京地鐵U形梁疲勞試驗49橋梁動載試驗數(shù)據(jù)分析50橋梁動載試驗數(shù)據(jù)分析 3.結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的測定 動撓度、動應(yīng)力、最大振幅 實測荷載動力增大系數(shù) ：動撓度（或動應(yīng)變）與靜撓度（或靜應(yīng)變）的比值 。51不同跑車速度下的動撓度時程曲線（西安市興慶路立交橋）52不同跑車速度下的動應(yīng)變時程曲線 （西安市興慶路立交橋）53不同跑車速度下的動撓度時程曲線 （徐州沂河大橋）54不同跑車速度下的動應(yīng)變時程曲線 （徐州沂河大橋）55橋梁動載試驗數(shù)據(jù)分析4振型的測定56橋梁動載試驗數(shù)據(jù)分析4振

11、型的測定傳感器布置57仙桃漢江大橋動測橋面測點布置圖58仙桃漢江大橋動測橋塔測點布置圖59漢江仙桃大橋動測分析建模圖 60橋面豎向一階振動四視圖 61橋面豎向二階振動四視圖 62橋面豎向三階振動四視圖 63橋面豎向四階振動四視圖（扭振） 64橋面豎向五階振動四視圖 65橋面豎向六階振動四視圖（扭振） 66橋面一階橫向振型立體圖 67橋面二階橫向振型立體圖 68橋面三階橫向振型立體圖 69橋面四階橫向振型立體圖 70四、橋梁結(jié)構(gòu)動力性能評價 1.比較橋梁結(jié)構(gòu)頻率的理論值與實測值，如果實測值大于理論計算值，說明橋梁結(jié)構(gòu)的實際剛度較大，反之則說明橋梁結(jié)構(gòu)的剛度偏小，可能存在開裂或其他不正常的現(xiàn)象。2.根據(jù)動力沖擊系數(shù)的實測值來評價橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能，實