橋梁工程檢測(cè)-橋梁荷載試驗(yàn)

公路工程檢測(cè)技術(shù)

橋梁荷載試驗(yàn)3-5橋梁荷載試驗(yàn)

3.5.1橋梁荷載試驗(yàn)的目的及主要內(nèi)容

一.荷載試驗(yàn)的目的:

（檢驗(yàn)橋梁整體受力性能和承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)文件和規(guī)范的要求；對(duì)于新橋型及橋梁中運(yùn)用新材料、新工藝的應(yīng)驗(yàn)證橋梁的計(jì)算圖式，為完善結(jié)構(gòu)分析理論積累資料；對(duì)于舊橋，通過荷載試驗(yàn)可以評(píng)定出運(yùn)營(yíng)荷載等級(jí)。）

二荷載試驗(yàn)主要內(nèi)容:

（荷載試驗(yàn)的目的；試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作；加載方案設(shè)計(jì)，測(cè)點(diǎn)設(shè)置與測(cè)試；加載控制與安全措施；試驗(yàn)結(jié)果分析與承載力評(píng)定；荷載試驗(yàn)報(bào)告的編寫。）

三.荷載試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作

（一）試驗(yàn)孔（或墩）的選擇

選擇時(shí)所考慮的因素：１.該孔（或墩）受力最不利；２.該孔（或墩）施工質(zhì)量較差、缺陷較多或病害較嚴(yán)重；３.該孔（或墩）便于搭架，便于設(shè)置測(cè)點(diǎn)。

（二）搭設(shè)支架

（三）靜載試驗(yàn)加載位置的放樣和卸載位置的安排

（四）試驗(yàn)人員的組織與分工（據(jù)實(shí)際情況安排）

（五）其它準(zhǔn)備工作（安全措施、供電照明、橋面交通管制等）

3.5.2試驗(yàn)方案與實(shí)施

橋梁靜載試驗(yàn)通過測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下，控制截面的應(yīng)變、位移或裂縫分析判定橋梁的承載力。

一加載方案的實(shí)施

（一）試驗(yàn)荷載工況的確定（靜載1-7）

１.簡(jiǎn)支梁橋（跨中最大正彎矩工況、支點(diǎn)最大剪力和L/4橋墩最大豎向反力)

２.連續(xù)梁橋（主跨中最大正彎矩、主跨支點(diǎn)負(fù)彎矩、主跨支點(diǎn)最大剪力工況、主跨橋墩最大豎向反力和邊跨最大正彎矩工況）

３.懸臂梁橋（Ｔ型剛構(gòu)橋）支點(diǎn)（或墩頂）最大負(fù)彎矩工況、錨固孔跨中最大正彎矩工況、支點(diǎn)（或墩頂）最大剪力工況、掛孔跨中最大正彎矩工況

４.無鉸拱橋（跨中最大正彎矩工況、拱腳最大負(fù)彎矩工況、拱腳最大推力工況、正負(fù)撓度絕對(duì)值之和最大工況）

（二）試驗(yàn)荷載等級(jí)的確定

１.控制荷載的確定（汽車和人群標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載、掛車和復(fù)帶車標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載、需通行的特殊重型車輛）以上幾種進(jìn)行截面內(nèi)力計(jì)算比較選出最不利的荷載作為控制荷載。

２.靜載試驗(yàn)效率（0.8-1.05）３.動(dòng)載試驗(yàn)效率

（三）靜載加載分級(jí)與控制

１.分級(jí)控制的原則２.車輛荷載加載分級(jí)的方法（先輕后重、逐漸增加車輛數(shù)、加載車位于內(nèi)力影響線不同部位）

３.加卸載的時(shí)間選擇：為了減少溫度變化對(duì)試驗(yàn)造成的影響，加載時(shí)間以２２點(diǎn)至晨６點(diǎn)。

（四）加載設(shè)備的選擇（可行駛的車輛和重物加載）

（五）加載重物的稱量

二.測(cè)點(diǎn)布置

１.主要測(cè)點(diǎn)的布設(shè)(1-7)

１）簡(jiǎn)支梁橋（跨中撓度、支點(diǎn)沉降、跨中截面應(yīng)變）

２）連續(xù)梁橋（主跨撓度、支點(diǎn)沉降、跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變）

３）懸臂梁橋（Ｔ型剛構(gòu)橋）懸臂端部撓度、支點(diǎn)沉降、支點(diǎn)截面應(yīng)變支點(diǎn)

４）無鉸拱橋（跨中及L/4處撓度、拱頂和L/4處截面應(yīng)變）

２.其它測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

3.5.3靜載試驗(yàn)儀器設(shè)備

一、機(jī)械式位移計(jì)機(jī)械式位移計(jì)包括：百分表，千分表和撓度計(jì)。

1.百分表的基本構(gòu)造（百分表的分辨力為0.01毫米）

2.百分表的工作原理:即利用齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將所檢測(cè)位置的位移值放大,并把所檢測(cè)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成指針的回旋轉(zhuǎn)動(dòng),以指示其位移值。

3.使用方法（注意事項(xiàng)：）

二、手持式應(yīng)變儀

三、水準(zhǔn)管式傾角儀

四、連通管

五.電阻應(yīng)變儀

（一）電阻應(yīng)變片（電阻應(yīng)變計(jì)、電阻片、應(yīng)變片）

１.電阻應(yīng)變片的構(gòu)造:主要由敏感元件、基底、覆蓋層和引出線組成。

2.金屬應(yīng)變片的工作原理：金屬應(yīng)變片粘貼在構(gòu)件表面，當(dāng)構(gòu)件受載產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，引起應(yīng)變片電阻絲伸長(zhǎng)或縮短，應(yīng)變片的電阻絲伸長(zhǎng)或縮短即產(chǎn)生電阻變化，在一定的范圍內(nèi)，應(yīng)變片的電阻的變化率與被測(cè)結(jié)構(gòu)物應(yīng)變成正比。

3.電阻應(yīng)變片的優(yōu)缺點(diǎn)（電測(cè)法）優(yōu)點(diǎn)：A靈敏度高、電阻應(yīng)變片尺寸小且粘貼牢靠、電阻應(yīng)變片質(zhì)量小。它是非電量電測(cè)中最重要的變換器,可以在高溫（１００℃～８００℃）、低溫（－７０℃～－１００℃）、高壓（上萬個(gè)大氣壓）、高速旋轉(zhuǎn)、核輻射等特殊情況下成功的使用。B應(yīng)變片的標(biāo)距可大可小。（最小可到0.2毫米）C既可測(cè)靜應(yīng)變；也可測(cè)動(dòng)應(yīng)變。D儀器使用方便。

缺點(diǎn)：A粘貼工作量大；B現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所用導(dǎo)線多。

4.電阻應(yīng)變片的選用對(duì)于一般結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，采用１２０歐紙基金屬絲電阻應(yīng)變片就可滿足試驗(yàn)要求。其標(biāo)距可結(jié)合試驗(yàn)的材料來確定。

鋼材5-20毫米，石材20-40毫米，混凝土40-150毫米

5.電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)

（二）應(yīng)變儀

１.測(cè)量電路

1)測(cè)量電路的作用是將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓（或電流）的變化。

應(yīng)變片電測(cè)一般采用兩種電路，一種是電位計(jì)式電路，一種是橋式電路（惠斯登電橋）。

電位計(jì)式電路，常在沖擊測(cè)量等場(chǎng)合下使用，而且其阻值變化與輸出電壓的關(guān)系不是線性變化，在特殊情況可滿足試驗(yàn)要求。

2)橋式電路原理及測(cè)試方法：電橋的一個(gè)特點(diǎn)是，四個(gè)電阻達(dá)到某種關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，這樣我們就能應(yīng)用很靈敏的電流計(jì)來測(cè)量輸出。

測(cè)試方法：?jiǎn)吸c(diǎn)、半橋、全橋電橋的增減特性：相鄰的輸出符號(hào)相反，電橋輸出具有相減特性；相對(duì)兩臂符號(hào)相同，電橋輸出具有相加特性。

２.電阻應(yīng)變儀靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀。

日本產(chǎn)７Ｖ０８數(shù)據(jù)采集儀

該儀器是由單板機(jī)組成的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可由鍵盤或面板觸模功能直接輸入數(shù)據(jù)和程序，主要是通過接口來輸出模擬信號(hào)（電流、電壓、應(yīng)變、溫度等），并通過Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換來完成存儲(chǔ)、記錄、運(yùn)算和輸出。其測(cè)試過程如下：接線箱７Ｖ０８數(shù)據(jù)采集儀打印機(jī)該系統(tǒng)接線箱采用直流電橋，因此，分布電容等不影響電橋平衡。７Ｖ０８數(shù)據(jù)采集儀最大測(cè)點(diǎn)數(shù)為１０００點(diǎn)。

（三）電阻應(yīng)變測(cè)量的溫度補(bǔ)償

1.溫度效應(yīng)：用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變時(shí)，它除了能感受試件受力后的變形外，同樣也能感受環(huán)境溫度變化，并引起電阻應(yīng)變儀示值變動(dòng)，這稱為溫度效應(yīng)。

溫度變化包括：電阻絲溫度改變和電阻應(yīng)變片中產(chǎn)生了溫度應(yīng)變。

2.溫度補(bǔ)償：消除溫度效應(yīng)的應(yīng)變值主要是利用惠斯登電橋橋路的特性進(jìn)行，稱為溫度補(bǔ)償。

3.溫度補(bǔ)償方法是在受力構(gòu)件上貼上測(cè)量片，在一個(gè)與材料相同并置于試件附近，具有同樣溫度變化條件但不承受外力作用的小試塊上貼溫度補(bǔ)償片。

六.電阻應(yīng)變?cè)淼耐茝V傳感器

１．應(yīng)變式測(cè)力傳感器應(yīng)變式測(cè)力傳感器中的彈性元件承受軸向壓力，而粘貼在元件上的應(yīng)變片感受其應(yīng)變。知道元件的截面積，即可求得壓力。

２.電子式位移傳感器１）電阻式位移計(jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輸出信號(hào)大。２）應(yīng)變式位移傳感器特點(diǎn)：分辨率高，反應(yīng)速度快，但測(cè)量精度受應(yīng)變片粘貼質(zhì)量的影響。

七.鋼弦式傳感器

工作原理：用以被張緊的鋼弦作為敏感元件，利用其固有頻率與張拉力的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)固有頻率的變化來反映外界作用力的大小。

八.光纖布拉格珊傳感器原理：通過對(duì)光纖內(nèi)部寫入的光珊反射透射布拉格波長(zhǎng)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度量值的絕對(duì)量測(cè)。布拉格波長(zhǎng)的變化反映了外界參量的變化。

3.5.4靜載試驗(yàn)

一試驗(yàn)觀測(cè)與記錄

１.溫度穩(wěn)定觀測(cè)２.儀表測(cè)讀和記錄３.裂縫觀測(cè)

二加載實(shí)施與控制

１.加載程序２.加載穩(wěn)定時(shí)間的控制

３.加載過程的觀測(cè)４.終止加載控制條件

3.5.5數(shù)據(jù)分析及橋梁承載力評(píng)定

一試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（一）試驗(yàn)資料的修正

１.測(cè)值的修正２.溫度影響的修正

３.支點(diǎn)沉降影響的修正（推導(dǎo)C=（L-X）A/L+XB/L）

（二）各測(cè)點(diǎn)變位（撓度、位移、沉降）與應(yīng)變的計(jì)算

（三）應(yīng)力計(jì)算

（四）試驗(yàn)結(jié)果與理論分析的比較

二.加載試驗(yàn)成果分析及橋梁承載力評(píng)定

（一）結(jié)構(gòu)工作狀況

１.效驗(yàn)系數(shù)η一般要求η值不大于１，η值越小安全儲(chǔ)備越大。２.實(shí)測(cè)值與理論值的關(guān)系曲線

３.相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）測(cè)點(diǎn)在控制荷載工況作用下的相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）越小，說明結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀況。

４.動(dòng)載性能

（二）結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性

（三）地基與基礎(chǔ)

（四）結(jié)構(gòu)的剛度要求

（五）裂縫

三.靜載試驗(yàn)報(bào)告的編寫

靜載試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：試驗(yàn)概況、試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)日期及試驗(yàn)過程、各項(xiàng)試驗(yàn)達(dá)到的精度、試驗(yàn)成果與分析、試驗(yàn)記錄摘要、技術(shù)結(jié)論、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和有關(guān)圖片、照片及錄象資料。

3.5.6橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)

橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)是通過測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)載作用下的響應(yīng)，分析橋梁的頻率、阻尼和振型等模態(tài)參數(shù)進(jìn)行橋梁承載力評(píng)定。

橋梁動(dòng)力特性（頻率、振型和阻尼比）是評(píng)定橋梁承載力狀態(tài)的重要參數(shù)。結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題涉及振源（輸入）、結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）和響應(yīng)（輸出），它們的關(guān)系為：振源（輸入）結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）響應(yīng)（輸出）

某橋靜載試驗(yàn)小結(jié)（1）在試驗(yàn)荷載作用下，各控制截面撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，且最大實(shí)測(cè)撓度遠(yuǎn)小于L/600，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求；（2）在試驗(yàn)荷載作用下，各測(cè)試截面的關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值均小于理論值，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；