橋梁荷載試驗

橋梁荷載試驗荷載試驗的目的及主要內(nèi)容加載方案和測點布置靜載試驗儀器設(shè)備靜載試驗試驗數(shù)據(jù)分析及橋梁承載力評定結(jié)構(gòu)動載試驗本章主要內(nèi)容橋梁荷載試驗就是對橋梁結(jié)構(gòu)物進行直接加載測試的一種特殊的科學試驗工作。橋梁荷載試驗分為靜載試驗和動載試驗。§5-1荷載試驗的目的及主要內(nèi)容舊橋：（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。§5-1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）試驗報告編與三個階段：橋梁結(jié)構(gòu)的考察和試驗準備（1-2）加載試驗與觀測（3-5）測試結(jié)果的分析與評定（6-7）§5-1荷載試驗的目的及主要內(nèi)容三、荷載試驗的準備工作：

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．其他準備工作選擇和判斷§5-2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短工況

(2)附加工況

l／4截面最大正彎短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短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彎矩工況主跨跨中最大正彎短工況

(2)附加工況墩頂支點最大剪力工況邊跨最大正彎短工況橋墩(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大剪力工況實操題§5-2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彎短工況（2）附加工況拱腳最大水平推力工況

l/4截面最大正彎短和最大負彎短工況

l/4截面正負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止彎距工況主梁墩頂支點最大負彎短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截面最大正彎矩和最大負彎矩工況

l/4截面正負撓度絕對值之和最大工況§5-2試驗方案與實施二、試驗荷載等級的確定：(1)汽車和人群(標準設(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目的所決定的荷載對結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生的內(nèi)力(或變形)的最不利值并進行比較，取其中最不利者對應的荷載作為控制荷載。

荷載試驗應盡量采用與控制荷載相同的荷載，而組成控制荷載(標準設(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ηq進行控制?？刂坪奢d§5-2試驗方案與實施注意取值：提高還是降低、新橋與舊橋注意取值：車型、車重、車速和車距靜載試驗效率動載試驗效率§5-2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4～5級。(2)當使用載重車加鼓，車輛稱重有困難時也可分成3級加載。(3)當橋梁的調(diào)查和驗算工作不充分，或橋況較差，應盡量增多加載分級。如限于條件，加載分組較少時，應汁意每級加載時，車輛荷載應逐輛緩緩駛?cè)腩A定加載位置，必要時可在加載車輛未到達預定加就位置的分次對控制測點進行讀數(shù)監(jiān)控，以確保試驗安全。(4)在安排加載分級時，應注意加載過程中其他截面內(nèi)力亦應逐漸增加，且最大內(nèi)力不應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?！?-2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，技彈性階段計算結(jié)構(gòu)各測點在不同荷載等級下的理論計算變位(或應變)，以便對加載試驗過程進行分析和控制。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，均應做到準確可靠，其稱量誤差最大不得越過5%，最好能采用兩種稱量方法互相校核?！?-2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行校對。一般情況下，對主要測點的布設(shè)應能控制結(jié)構(gòu)的最大應(應變)和最大撓度(或位移）。幾種常用橋梁體系的主要觀點布設(shè)見教材（P182）。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?；?）應變沿控制截面橋?qū)挿较蚍植迹唬?）應變沿截面高度分布；（4）組合構(gòu)件的結(jié)合面上、下緣應變；（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）剪切應變；（7）其他結(jié)構(gòu)薄弱部位的應變；（8）裂縫的監(jiān)測§5-2試驗方案與實施3、溫度測點的布設(shè)

一般應實測控制截面的橫向應力增大系數(shù)。當結(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力增大系數(shù)。簡支梁跨中截面橫向應力增大系數(shù)的測定，既可采用觀測跨中沿橋?qū)挿较驊冏兓姆椒?，也可采用觀測跨中沿橋?qū)挿介g撓度變化的方法來進行計算或用兩種方法互校。對于剪切應變測點一般采取設(shè)置應變花的方法進行觀測，為下方便，對于梁橋的剪應力也可在截面中性軸處主應力方向設(shè)置單一應變測點來進行觀測。梁橋的實際最大剪應力截面應設(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上。

選擇與大多數(shù)測點較接近的部位設(shè)置1～2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?！?-2試驗方案與實施§5-3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）機械式應變量測裝置（4）手持式應變儀（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§5-3靜載試驗儀器設(shè)備§5-3靜載試驗儀器設(shè)備§5-3靜載試驗儀器設(shè)備§5-3靜載試驗儀器設(shè)備§5-3靜載試驗儀器設(shè)備§5-3靜載試驗儀器設(shè)備

電阻應變測量方法是將應變轉(zhuǎn)換成電信號進行測量的方法，簡稱電測法。電測法的基本原理是：將電阻應變片（簡稱應變片）粘貼在被測構(gòu)件的表面，當構(gòu)件發(fā)生變形時，應變片隨著構(gòu)件一起變形，應變片的電阻值將發(fā)生相應的變化，通過電阻應變測量儀器（簡稱電阻應變儀），可測量出應變片中電阻值的變化，并換算成應變值，或輸出與應變成正比的模擬電信號（電壓或電流），用記錄儀記錄下來，也可用計算機按預定的要求進行數(shù)據(jù)處理，得到所需要的應變或應力值。其工作過程如下所示：二、電測式量測裝置：應變—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，并能進行遠距離測量及無線遙測。§5-3靜載試驗儀器設(shè)備1、電阻應變片電阻應變片優(yōu)點電阻應變片構(gòu)造電阻應變片分類金屬應變片工作原理電阻應變片的選用電阻應變片的粘貼技術(shù)§5-3靜載試驗儀器設(shè)備引出線電阻絲(絲柵)基底由試驗發(fā)現(xiàn)：l應變片F(xiàn)Fl+DlK——電阻應變片的

靈敏度系數(shù)應變片：將力學量(應變)轉(zhuǎn)換為電量(電阻)的傳感器電阻應變片種類：絲式(繞線式)、箔式、半導體式§5-3靜載試驗儀器設(shè)備應變片的構(gòu)造

箔式應變片900應變花450應變花1200應變花§5-3靜載試驗儀器設(shè)備常溫應變片通常采用粘結(jié)劑粘貼在構(gòu)件的表面。粘貼應變片是測量準備工作中最重要的一個環(huán)節(jié)。在測量中，構(gòu)件表面的變形通過粘結(jié)層傳遞給應變片。顯然，只有粘結(jié)層均勻、牢固、不產(chǎn)生蠕滑，才能保證應變片如實地再現(xiàn)構(gòu)件表面的變形。應變片的粘貼由手工操作，一般按如下步驟進行：（1）選片：檢查、分選應變片。（2）定位：處理構(gòu)件的測點表面。（3）貼片：粘貼應變片。（4）干燥固化：加熱烘干、固化。（5）應變片的防護：檢查應變片的電阻值，測量絕緣電阻。（6）引出導線。實際測量中，應變片可能處于多種環(huán)境中，有時需要對粘貼好的應變片采取相應的防護措施，以保證其安全可靠。一般在應變片粘貼完成后，根據(jù)需要可用石臘、純凡士林、環(huán)氧樹脂等對應變片的表面進行涂覆保護。§5-3靜載試驗儀器設(shè)備應變測量原理：利用電橋平衡測量電阻改變，從而進一步得到應變。BADCER1R2R3R4電橋平衡(UBD=0)：若R1~R4為四個阻值相同應變片，受力后，BD間電壓改變?yōu)椋骸?-3靜載試驗儀器設(shè)備2、應變儀

靜態(tài)電阻應變儀是專供測量不隨時間變化或變化極緩慢的電阻應變儀器，其功能是將應變電橋的輸出電壓放大，在顯示部分以刻度或數(shù)字形式顯示應變的數(shù)值，或者向記錄儀輸入模擬應變變化的電信號。

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變片電阻值的變化相同。

用應變片測量應變時，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變儀指示部分的示值變動，這稱為溫度效應。

a.電阻絲溫度改變b.材料與應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?shù)姆椒ㄏ@種影響。3、溫度補償§5-3靜載試驗儀器設(shè)備在實際工作小，為保證補償效果，對補償片的設(shè)置應考慮如下因素：補償片與工作片應該是同批產(chǎn)品，具有相同的電阻值、靈敏系數(shù)和幾何尺寸。貼補償片的試塊材料應與試件的材料一致，并應做到熱容量基本相等。如是混凝土材料，則需問樣配合比和在同樣條件下養(yǎng)護。補償片的貼片、干燥、防潮等處理工藝必須與工作片完全一致連接補償片的導線應與連接工作片的導線同一規(guī)格、同一長度，并且相互平列、靠近布置或捆扎成束。補償片與工作片的位置應盡量接近，使二者處于同樣溫度場條件下，以防不均勻熱源的影響：補償片的數(shù)量多少，根據(jù)試驗材料特性、測點位置和試驗條件等因素決定。一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)可用一個補償片同時補償10個工作片。對混凝土材料可用一個補償片補償5—10個工作片；如果要求嚴格或者是某些測點所處條件特殊時，應單獨補償，以盡量減少因補償片連續(xù)工作而工作片間斷工作所造成的溫差影晌?！?-3靜載試驗儀器設(shè)備4、應變片的布置和在電橋中的接法

應變片感受的是構(gòu)件表面某點的拉應變或壓應變。在有些情況下，該應變可能與多種內(nèi)力（比如軸力和彎矩）有關(guān)。有時，只需測量出與某種內(nèi)力所對應的應變，而要把與其它內(nèi)力所對應的應變從總應變中排除掉。顯然，應變片本身不會分辨各種應變成分，但是只要合理地選擇粘貼應變片的位置和方向，并把應變片合理地接入電橋，就能利用電橋的性質(zhì)，從比較復雜的組合應變中測量出指定的應變。應變片在電橋中的接法常有以下三種形式：半橋單臂接法半橋雙臂接法全橋接法§5-3靜載試驗儀器設(shè)備全橋接法(四個電阻均為應變片)；半橋接法(R1、R2為應變片，R3、R4為固定電阻)§5-3靜載試驗儀器設(shè)備全橋半橋

必須注意，接入同一電橋各橋臂的應變片（工作片或溫度補償片）的電阻值、靈敏系數(shù)和電阻溫度系數(shù)均應相同。應變片在構(gòu)件上的布置可根據(jù)具體情況靈活采取各種不同的方法。應變片在構(gòu)件上的布置和在電橋中的接法可參見有關(guān)資料。

(a)(b)(c)圖A-10應變片接法(a)半橋單臂接法(b)半橋雙臂接法(c)全橋接法（拆去連接片）§5-3靜載試驗儀器設(shè)備溫度穩(wěn)定觀測儀表的測讀與記錄裂縫觀測§5-4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：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。在這些部位上應量測裂縫的長度、寬度，并在混凝土表面沿裂縫走向進行描繪。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對結(jié)構(gòu)裂縫進行全面檢查，尤其仔細檢查是否產(chǎn)生新的裂縫，并記錄。構(gòu)件裂縫圖繪制時，用坐標紙或方格紙按比例先作一個裂縫開展面的展開圖。然后，在展開圖上描出裂縫的長短、間距，注明“分級荷載/裂縫寬度”，試件方位、編號等?！?-4靜載試驗過程二、加載的實施與控制：1、加載程序

重物加載：按荷載分級（一般4~5級）逐級加載，每級荷載堆放位置準確、整齊穩(wěn)定。荷載施加完畢后，逐級卸載。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……，直至所有荷載施加完畢(有時為了確保試驗結(jié)果準確無誤，每一級荷載重復施加1～2次)。每一級荷載施加次序為縱向先施加重車，后施加前后標淮車；橫向先施加橋中心的車輛，后施加外側(cè)的車輛。§5-4靜載試驗過程2、加載穩(wěn)定時間控制

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Sg，然后每隔2min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m：當m值小于1％或小于；量測儀器的最小分辯率時即認為結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定。§5-4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)生下列情況應中途終止加載：(1)控制測點應力值已達到或超過用彈性理論按規(guī)范安全條件反算的控制應力值時；(2)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、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；(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?！?-4靜載試驗過程試驗資料的修正（1）測值修正（2）溫度影響修正（3）支點沉降影響修正各測點變位與應變計算總變位彈性變位殘余變位應力計算試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果的比較§5-5試驗數(shù)據(jù)分析及承載能力評定一、試驗數(shù)據(jù)分析：§5-5試驗數(shù)據(jù)分析及承載能力評定二、荷載試驗成果分析與承載能力評定：1、結(jié)構(gòu)工作狀況

校驗系數(shù)實測值與理論值的關(guān)系曲線相對殘余變位（或應變）動載性能2、結(jié)構(gòu)的強度及穩(wěn)定

3、地基基礎(chǔ)

4、結(jié)構(gòu)的剛度要求

5、裂縫三、靜載試驗報告編寫：§5-5試驗數(shù)據(jù)分析及承載能力評定動力特性三參數(shù)：頻率、振型、阻尼比三類問題：測定載荷動力特性（數(shù)值方向頻率）結(jié)構(gòu)動力特性（自振頻率、阻尼、振型）；橋梁在動載荷下相應（動位移、動應力）激振方法：自振（突加、突卸）、共振（強迫振動）、脈動。固有頻率測定、結(jié)構(gòu)阻尼（對數(shù)衰減率、阻尼比）、動力響應。評價：動力特性反應了結(jié)構(gòu)的整體剛度、橋面平整度、耗散外部振動能量的能力。過大影響安全和舒適。實測頻率＞理論值剛度大，小則不正常，可能開裂；動力沖擊系數(shù)大橋行車性能差、不平整；阻尼比大，振動衰減快，過大可能橋開裂或支座不正常。三跨連續(xù)梁在荷載試驗時應考慮哪些工況？安裝位移計的步驟及注意事項？怎樣標定位移計

1，標定位移計應在專門的校正儀器上進行2，標定時將位移計夾持在校正儀上，注意不可夾得過緊，否則會引起測桿移動。3，由校正儀分級給出標準位移，依次記錄位移計輸出，直到位移計最大量程。4，一般連續(xù)標定三次，計算出最大誤差。簡述粘貼電阻應