橋梁荷載試驗

1、橋梁荷載試驗1 檢測目的及方法1.1 檢測目的各橋梁檢查及荷載試驗的主要目的如下：（1）通過橋梁檢查，找出結構維修加固后是否仍存在缺陷、損傷及病害， 從結構受力和使用性能的角度分析這些病害產(chǎn)生的原因， 掌握結構的實際工作狀 況，評定橋梁技術狀況等級。（2）通過靜載試驗，測試結構主要受力構件在靜荷載作用下的受力性能， 掌握橋梁結構的實際工作狀況，判斷結構受力是否正常及是否滿足設計要求。（3）通過動載試驗，測試結構在動力荷載作用下的響應，掌握橋梁結構的 主要動力性能和動力特性，從整體上了解結構的工作狀態(tài)。（4）通過以上工作，掌握橋梁的整體工作狀態(tài)，對橋梁結構在運營過程中 的安全性做出綜合評價， 并

2、對存在隱患的部位進行分析， 提出橋梁結構處理的初 步意見。同時也為橋梁后續(xù)的養(yǎng)護、 維修提供指導， 保證橋梁結構的長期安全運 營。1.2 橋梁檢測的基本思路和方法橋梁檢測的基本思路為：對全橋進行詳細檢查T對橋梁原有病害部位進行重 點復查，判斷病害的發(fā)展情況，并在此基礎上檢查結構有無出現(xiàn)新的病害 一橋梁 無損檢測f計算分析f橋梁荷載試驗f綜合評估。具體工作流程圖如 2-3-1 所示。圖2-3-1工作流程圖1.3設備選型及準備對荷載試驗設備進行狀態(tài)確認，保證設備工作正常，滿足測試要求，準備應變計粘結劑、標簽等耗材。儀器設備名稱規(guī)格型號精度用途數(shù)量檢定有效期設備編號MIDAS/CIVIL 分析咼級版

3、/理論計1套/GL02020013計建模算-06算MIDAS FEA 分析咼級版/理論計1套/GL02020013分建模算-03析橋梁博士分析軟/理論計1套/GL02020013件算-09DH3815N應變米集DH381/應變米1套2019.1.2GL02020001系統(tǒng)5N集0-01靜振弦式自動米集BGK-應變米GL02020002載系統(tǒng)MICRO/集1套2019.2.8-03儀-40器應變片/應變米30/設集支備DSZ2+FS1 精密DSZ2+F0.1m撓度測2019.7.1GL01140026水準儀S1曰2臺4-04m量2019.2.8GL01140026-05BGK-40應變米2019

4、.6.1SY01010008振弦讀數(shù)儀80.1Hz集1臺1-01BGK-40應變米1002019.6.1SY01010008振弦應變計80.1Hz集支1-02YHD-100.01位移采2019.6.2GL02030005位移傳感器0mm集1個2-060.01位移采2019.6.2GL02030005位移傳感器YHD-50mm集1個2-04BD-25V標定架，萬向夾頭G/固定1個/SW-LW-10.01m2019.6.1GL02010007裂縫寬度觀測儀01m裂縫觀測1臺5-14動DH5907橋梁模DH590/模態(tài)米1套2019.4.1GL02020003載態(tài)測試系統(tǒng)7集8-01儀器橋梁撓度檢測

5、儀BJQN-40.1m撓度測1套2019.9.1GL02020005設Dm量7備輔橋梁檢測車ABC200/橋梁檢1輛/GL02020012助/L測-01設備（BARIN）橋梁檢GL02020012橋梁檢測車徐工/測1輛/-03高倍望遠鏡/觀測2臺/50m、30m 鋼卷/尺寸測2把2019.6.1GL01140025尺量5-9、10尺寸測2019.6.1GL011400253m、5m鋼卷尺/量2把5-11、12leica距離測GL01140030激光測距儀DISTO/量1臺/-04D3對講機/通話8臺/加載加載汽車后八輪±5%車輛加6輛/設載備2橋梁結構檢算及承載能力荷載試驗2.1橋梁

6、結構檢算橋梁結構檢算的目的是對橋梁結構當前狀態(tài)的形成過程與內力狀態(tài)進行計算和反演分析，查明橋梁結構的薄弱環(huán)節(jié)和不利影響因素，提出相應的處治措施與對策，確保橋梁結構的安全運營。根據(jù)公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程 （JTG/T J21-2011 ），對混凝土橋 承載能力極限狀態(tài)的計算評定應根據(jù)橋梁檢測結果， 采用引入檢算系數(shù)、 截面折 減系數(shù)的方法進行修正計算。配筋混凝土橋梁結構承載能力極限狀態(tài)，采用式（ ）進行計算評定： 0S R（ fd, c ,adc, s,ads）Z2（1 e）式中： 0 結構的重要性系數(shù)；S荷載效應函數(shù)；R? 抗力相應函數(shù)；fd 材料強度設計值；ads 構件鋼筋幾何參數(shù)值；

7、Z2 承載能力檢算系數(shù)；e 承載能力惡化系數(shù)；c 配筋混凝土結構的截面折減系數(shù)；s 鋼筋截面的折減系數(shù)。2.2 荷載試驗目的橋梁檢查、檢測是一個對橋梁結構實際運營情況定性的工作， 并不能夠準確 掌握結構的損傷程度， 不能完全反映目前結構的實際工作狀態(tài)。 因此，為了準確 掌握結構目前的工作狀態(tài)及承載能力，需要進行靜載試驗，靜載試驗內容如下。（1）通過荷載試驗，確定試驗結構控制截面的應變分布情況，包括中性軸 高度、截面應變分布、應變與荷載效率的關系、實測值與理論計算值的對比，對 梁體的受力狀態(tài)進行評判；（2）通過分析在試驗荷載下橋梁跨中撓度的情況，評估結構的整體剛度；（3）通過實測值（應變、撓度）

8、與理論計算進行對比，分析結構受力是否正常；(4 )通過靜載試驗結果分析，檢驗橋梁結構的實際工作性能，對結構做出 總體評估，并根據(jù)評估結果，對今后的養(yǎng)護及維修工作提出建議。3橋梁靜載試驗橋梁靜載試驗主要是測量橋梁結構在靜力荷載作用下各控制斷面的應力及 結構變形，它們是檢驗橋梁性能及工作狀態(tài)(如結構的強度、剛度)最直接、最 有效的辦法。靜載試驗現(xiàn)場采用計算出的試驗荷載進行等效加載， 然后采集測試斷面的應 力和變形，通過理論計算值與荷載試驗實測值的比值， 判定結構承載能力是否滿 足驗證荷載的運營要求。為了保證試驗準確，在選擇試驗荷載的大小和加載位置時， 采用靜載試驗效Ss率進行控制。靜載試驗效率 q

9、 S，宜介于：0.95 q 1.05。3.1試驗加載方式根據(jù)各個橋梁具體截面形式，選取最不利的布載位置，并加載對應車輛，使 控制截面的力矩與標準活載作用下的設計力矩之比達到試驗荷載效率的要求。3.2測試截面與測點布置承載力測試內容主要包括跨中截面應力和變形測試，各測試截面分布如圖5-2-1圖5-2-3所示，各測試截面的應變及撓度測點布置如圖5-2-4至5-2-28所示。工況一應變及撓度測試點布置圖3.3靜載試驗加載(1) 試驗加載原則 靜力試驗荷載效率：qSS，宜介于：0.95 q 1.05。q S' (1)式中：q靜力試驗荷載效率；Ss 靜力試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載

10、控制截面內力、應力或變位的最大計算效應值；S'檢算荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內力、應力或變位的最不利效應計算值；按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)。 為了獲取結構試驗荷載與變位的相關曲線，以及防止結構意外損傷，試驗加載采用分級加載的方式，共分 45級加載，1級卸載。每次加載或卸載要求 在前一荷載階段內結構變位相對穩(wěn)定后，才能進入下一個荷載階段。一般是選定 一個敏感的測點在加載后進行觀測，達到穩(wěn)定后方可進入下一級加載。 卸載過程中，禁止多輛加載車同時啟動。(2) 試驗加載安全監(jiān)測試驗加載安全監(jiān)測是為了防止試驗荷載對橋梁造成損傷，發(fā)生下列情況應中途終止加載： 控制測點應力值已達到或超過理論計算的控制應力

11、值時； 控制測點變位(或撓度)超過規(guī)范允許值時； 由于加載，使結構裂縫的長度、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，對結構使用壽命造成較大的影響時。4 橋梁動載試驗4.1 動載試驗目的橋梁結構的動力特性， 如固有頻率、 阻尼系數(shù)和振型等， 只與結構本身的固 有性質有關， 是結構振動系統(tǒng)的基本特征； 另一方面，橋梁結構在實際動荷載作 用下，結構各部位的動力響應， 不僅反映了橋梁結構在動荷載作用下的受力狀態(tài)， 也反映了動力作用對駕駛員和乘客舒適性的影響。動載試驗主要用于綜合了解結構自身的動力特性以及結構抵抗受迫振動和 突發(fā)荷載作用的能力， 以判斷結構的實際工作狀態(tài)和實際承載

12、能力， 同時也為使 用階段結構評估積累原始數(shù)據(jù)。4.2 動載試驗內容動載試驗擬通過脈動試驗、 行車試驗、 跳車試驗和制動試驗測定橋梁作為一 個整體結構在動力荷載作用下的受迫振動特性和結構的自振特性， 以評價橋梁的 最大動力響應，分析結構有無較大缺陷。（1）脈動試驗：測試在環(huán)境振動下（橋位處風力、地脈動、水流等隨機荷 載激振）橋梁的微小振動響應， 分析橋梁的自振特性 （自振頻率、 振型及阻尼）。（2）行車試驗：在橋面封閉交通的條件下，采用一輛加載車以10km/h 、20km/h 、30km/h 、 40km/h 通過橋梁，測試橋梁在行車車輛荷載作用下的動 力響應（行車試驗過程中選取控制截面布置動

13、撓度及動應變測點進行同時、 同步 測試），分析動荷載本身的動力特性及結構的強迫振動特性。（3）跳車試驗：單輛車 10km/h 在橋梁跨中越過高 10cm 的三角墊木，模 擬橋面鋪裝局部破損狀態(tài)， 測定橋跨結構在橋面不良狀態(tài)時行車車輛荷載作用下的振動響應（4）制動試驗：采用單輛試驗車在跨中處緊急制動， 測試橋梁的振動響應。5 實驗過程5.1、現(xiàn)場準備工作（1）加載車輛的聯(lián)系，車輛裝載配重。車輛的軸距和軸重的測量并對車輛 進行編號， 并根據(jù)實際加載車型軸重對加載方案進行微調， 保證加載效率系數(shù)滿 足要求。（2）加載位置的放樣。以控制點為影響線的最不利處為標準，對車輛加載 位置進行放樣， 保證加載效

14、果。 本次各橋靜載試驗均有偏載和中載， 試驗前必須 在橋上按照計算位置標出車輛的具體加載位置。（3）位移測點的布置。根據(jù)計算結果設置橋面撓度和支座壓縮測點，為了 方便觀測，并根據(jù)橋梁撓度的特點，水準儀測點通常布置在距護欄約 10cm 處 的橋面上，激光撓度儀測點布置在梁底。（4）應變測點的布置。以測試梁整個梁高的應變包絡為原則，對應變測點 布置進行合理設計。 同時為了保證應變計的粘貼質量， 本次應變計粘貼將對混凝 土表面浮漿進行打磨， 然后采用強度極高、 硬化速度較快的粘結劑進行粘貼， 保 證應變計與結構共同變形， 然后進行導線的連接與測試工作， 保證應變采集的工 作質量。5.2、現(xiàn)場測試（1

15、）撓度測試。為了準確測試橋梁的撓度，主要通過采用精密水準儀，在 試驗工況加載前后， 測試測點高程的變化來測量橋面的撓度， 另外采用激光撓度 儀對橋梁某些關鍵測點進行比對測試，以保證測試精度。（2）應變測試。本次檢測采用的振弦應變計具有優(yōu)良的重復性和穩(wěn)定性， 對于微小的被測力變化可產(chǎn)生較大的頻率變化， 從而具有很高的靈敏度， 而且其 抗干擾能力強， 信號能夠遠距離傳輸。 為驗證精度， 對部分測點采用應變片與振 弦傳感器共同測試，互相對比、互相驗證。（3）裂縫的觀測。在靜載試驗時，還應注意在加載時，關鍵斷面是否會產(chǎn) 生新裂縫。 記錄時應包括裂縫出現(xiàn)的加載工況， 以及裂縫寬度、 長度及發(fā)展方向 等。

16、（4）加卸載要求。為了加載安全，了解結構應變和變形隨荷載試驗增加而 變化的關系，對橋梁荷載試驗的各工況，分 2 級或 3 級進行加載，按逐級遞增 的加載方式從零加到最大試驗荷載， 然后 1 級卸載。加載過程中實時讀取各控制 截面的應變，如果發(fā)現(xiàn)異常立即中斷試驗。（5）脈動試驗。對各橋試驗聯(lián)進行脈動試驗，試驗測點布置在試驗聯(lián)橋跨 的 1/4 跨、跨中及 3/4 跨位置，依次從小樁號側向大樁號側進行編號。測點布 置速度傳感器，采集特征點的時域信號。（6）行車、跳車試驗。行車試驗是用一輛加載車以20km/h 、30km/h 、40km/h 、50km/h 、 60km/h 的速度分別勻速通過橋跨結構

17、，測試各橋測試斷 面處豎向的動撓度時程響應曲線。跳車試驗在各橋測試斷面處設置一高約 15cm 的楔形三角木，讓一輛 44t 重車越過使其產(chǎn)生跳動， 以形成對橋梁的沖擊作用， 激起橋梁的豎向振動， 測試 跨中豎向動撓度時程響應曲線。試驗測點均布置在試驗跨跨中，采用激光撓度儀進行測試。6試驗數(shù)據(jù)及成果提交6.1、靜載試驗為評定橋梁結構整體受力性能，需對橋梁荷載試驗結果與理論分析值比較， 以檢驗新建橋梁是否達到設計要求的荷載標準。（1）結構校驗系數(shù)（包括應變、撓度）在基本試驗荷載作用下，控制測點的實測值與相應的理論計算值的比值定義 為結構校驗系數(shù)n,該值是評定結構實際工作狀況，確定橋梁承載能力的重要

18、指 標之一。結構校驗系數(shù)n由下式表示：n=S e/S sSe 試驗荷載作用下主要測點的彈性變位或應變值；Ss 試驗荷載作用下主要測點的理論計算變位或應變值。一般要求n值不大于1，耳值越小結構的安全儲備越大，n值過大或過小有多 方面原因。如n值過大可能說明組成結構的材料強度較低，結構各部分連接性較 差，剛度較低等。n值過小可能說明材料的實際強度及彈性模量較高，與計算理 論或簡化的計算圖式也有一定關系。（2）相對殘余變形（包括應變、撓度）當卸去基本試驗荷載后結構存在殘余變形， 其相對殘余變形是檢驗結構的彈 性回復能力的主要指標，當相對殘余變形小于 20%，則表明結構彈性回復能力 良好，相對殘余變形

19、由下式表示：Sp= S X100%StS p 主要測點的實測殘余變位或殘余應變；St 試驗荷載作用下主要測點的實測總變位或總應變。（3）實測值與理論值的關系曲線由于理論的變位（或應變）一般按線性關系計算。如測點實測彈性變位（或 應變）與理論計算值成正比，其關系曲線接近于直線，說明結構處于良好的彈性 工作狀況。（4）橫向增大系數(shù)橫向增大系數(shù)一般由實測的變位（或應變）最大值與橫向各測點平均值之比求得，即：Se maxr式中：Semax 試驗荷載作用下量測的最大彈性變位（或應變）值Se 試驗荷載作用下橫橋向各測點的彈性變位（或應變）值主要測點在控制荷載工況下的橫向增大系數(shù) E反映了橋梁結構荷載橫向不

20、 均勻分布的程度及橫向聯(lián)結的工作狀況。 E值越小，說明荷載橫向分布越均勻， 橫向聯(lián)結構造越可靠；E值越大，說明荷載橫向分布越不均勻，橫向聯(lián)結構造越 薄弱，結構受力越不利。6.2、動載試驗（1）行車試驗的實測沖擊系數(shù)實測的活載沖擊系數(shù)為:Sm ax -SminSmeanSmin式中：Smax 在動力荷載作用下該測點最大撓度（或應變）值;Smin 在動力荷載作用下該測點最小撓度（或應變）值;Smean 相應的靜載作用下該測點最大撓度(或應變)值Smean = gmax + Smin )2實測的活載沖擊系數(shù)應滿足:Mo nyn三卩式中：Mo 設計取用的的沖擊系數(shù)。當 f < 1.5Hz 時，Mo =0.05當 1.5Hz < f <14 Hz 時，o 0.17671nf 0.0157當 f 14Hz 時，M0= 0.45(2 )自振頻率可根據(jù)橋梁跳車激振試驗測記的測點余振響應信號分析而得。(3) 阻尼比橋梁結構的阻尼比，可根據(jù)跳車激振試驗測記的測點余振響應信號分析而得1AiZ= In2m n A+m式中：測點阻尼比；m在振動衰減曲線上量取的波形數(shù)；A 在振動衰減曲線上量取的第i個波形的幅值；A m 在振動衰減曲線上量取的第i m個波形的幅值。(4) 振型結構的振型是結構相應于各階固有頻率的振動形式，一