橋梁荷載試驗計劃、準備、觀測及分析

1、橋梁荷載試驗計劃、準備、觀測及分析江蘇省建筑工程質量檢測中心有限公司孫正華2013年10月26日橋梁結構試驗的一般過程及基本要求 橋梁荷載試驗一般包括靜力荷載試驗與動力荷載試驗兩部分。一般情況下，橋梁結構試驗可分為四個階段，即試驗計劃、試驗準備、加載試驗與觀測以及試驗資料整理分析與總結。 鑒定性試驗，應收集和研究有關的設計原始資料、設計計算書、施工、監(jiān)理及養(yǎng)護等方面的技術資料，需對橋梁結構進行實地考察以檢查結構物的設計質量和施工質量，并需詳細了解結構物的使用情況和當前技術狀況或主要存在問題，在經過必要的檢算其后方可擬訂試驗大綱或方案。試驗計劃階段 試驗準備工作要占全部試驗工作的大部分時間，工作

2、量最大。試驗準備工作的好壞以及充分與否直接影響到試驗能否順利進行和能獲得試驗結果的多少。特別是在現(xiàn)場鑒定性試驗中，試驗準備工作很為復雜，工作條件也很差，即使極小的疏忽大意也會使試驗不能取得預期的結果或使試驗結果不夠理想，因此切務低估準備工作階段的復雜性和重要性，應細致、認真地做好每一項準備工作。 試驗準備階段 加載試驗與觀測階段是整個試驗工作的中心環(huán)節(jié)，應按照預定的試驗計劃進行各項具體的試驗內容，運用各種配備得當的測試儀器和設備，觀測結構受載后的工作狀況，并記錄觀測數據和資料，重要的量測數據應在加載試驗中隨時整理分析并與事先估算的數值作比較，發(fā)現(xiàn)有反常情況時應及時查明原因，待問題弄清后才能繼續(xù)

3、試驗。加載試驗與觀測階段 試驗資料的整理分析包括兩部分工作。第一部分將所有的原始資料整理完善，即原始資料的整理及歸檔的過程。第二部分是進行數據處理。即通過科學的分析處理，去偽存真，去粗取精。 通過對試驗測試結果的分析研究，應對試驗得出的規(guī)律和一些重要現(xiàn)象作出解釋，將試驗結果和理論值進行比較，分析產生差異的原因并作出結論，寫出試驗總結報告?？偨Y報告中應提出試驗中發(fā)現(xiàn)的新問題以及進一步的研究計劃。 試驗資料整理分析與總結階段試驗計劃的制定 試驗項目 加載方案 測點布設 觀測方案 安全措施 荷載試驗計劃的主要內容包括： 試驗準備工作 試驗孔的選擇 觀測腳手架搭設及測點附屬設施設置 靜載試驗加載位置的

4、放樣與卸載位置的安排 試驗人員的組織與分工 其它準備工作 靜載試驗加載方案與實施加載試驗項目的確定 試驗控制荷載的確定 試驗荷載的加載分級與控制加載設備的選擇 加載物重力的稱量 靜載試驗觀測方案與實施 靜載試驗的基本觀測內容 靜載試驗觀測內容的確定原則 測試儀器、儀表的選擇試驗觀測與記錄 裂縫觀測 (1) 結構的最大撓度和扭轉變位，包括橋梁上、下游兩側的撓度差及水平位移等；(2) 結構控制截面最大應力（應變），包括混凝土表面應力和最外緣鋼筋應力等；(3) 支點沉降、墩臺位移與轉角，活動支座的變位等；(4) 桁架結構支點附近桿件及其它細長桿件的穩(wěn)定性；(5) 裂縫的出現(xiàn)和擴展，包括初始裂縫的出現(xiàn)

5、，裂縫的寬度、長度、間距、位置、方向和性狀，以及卸載后的閉合狀況；(6) 溫度變化對結構控制截面測點應力和變位的影響。返回 1、靜載試驗的基本觀測內容如下：2、根據橋梁調查和檢算的深度，綜合考慮結構特點和橋梁技術現(xiàn)狀等，可適當增加以下觀測內容：(1) 橋跨結構撓度沿橋長或沿控制截面橋寬的分布；(2) 結構構件控制截面應變分布圖，要求沿截面高度分布不少于5個應變測試點，包括最邊緣和截面突變處的測點；(3) 控制截面的撓度、應力（或應變）的縱向和橫向影響線；(4) 行車道板跨中和支點截面撓度或應變影響面；(5) 組合構件的結合面上、下緣應變；(6) 支點附近結構斜截面的主拉應力；(7) 控制斷面的

6、橫向應力增大系數。1、 靜載試驗的測點布設應滿足分析和推斷結構工作狀況最低的需要，測點的布設不宜過多，但要保證觀測質量。主要測點的布設應能控制結構最大應力（應變）和最大撓度（位移）。對重要的測點宜采用兩種測試方法校對測量。2、撓度觀測測點布置：對于整體式梁橋，一般對稱于橋軸線布置，截面設單點時，布置在橋軸線上；對于多梁式橋，可在每梁底布置一個或兩個測點。3、截面抗彎應變測點應設置在截面橫橋向應力分布較大的部位，沿截面上、下緣布設，橫橋向測點設置一般不少于3處，以控制最大應力的分布。4、當采用測定混凝土表面應變的方法來確定鋼筋混凝土結構中鋼筋承受的拉力時，考慮到混凝土表面已經和可能產生的裂縫對觀

7、測的影響，因而測點的位置應合理進行選擇，如鑿開混凝土保護層直接在鋼筋上設置拉應力測點，則在試驗完后必須修復保護層。返回 靜載試驗觀測內容的確定原則5、對于剪切應變測點一般采取設置應變花的方法進行觀測。為了方便，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置在支座附近而不是支座上。6、當結構橫向聯(lián)系構件質量較差，聯(lián)接較弱時則必須測定控制截面的橫向應力增大系數。簡支梁跨中截面橫向應力增大系數的測定，既可采用觀測跨中沿橋寬方向應變變化的方法，也可采用觀測跨中沿橋寬方向撓度變化的方法來進行計算或用兩種方法互校。7、選擇與大多數測點較接近的部位布置

8、12處氣溫觀測點。此外，根據需要可在結構主要控制截面布置結構溫度測點，以觀測結構溫度變化對測點應力和變位的影響。布設于結構上的溫度測點應能反映結構溫度的內外表面差異、向陽與背陰面差異、迎風面與背風面差異以及上面與下面的差異。(1) 所用儀器、儀表數據采集設備應是經過計量檢定的；(2) 選擇儀器儀表應從試驗的實際需要出發(fā)，選用的儀器儀表應滿足測試精度的要求，一般要求不大于預計測量值的5%；(3) 在選用儀器儀表時，既要注意環(huán)境條件，又要避免盲目地追求精度，應根據實際情況，慎重選擇和比較，采用符合要求又簡易的量測裝置；(4) 量測儀器儀表的型號、規(guī)格，在同一試驗中種類愈少愈好，盡可能選用同一類型或

9、規(guī)格的儀器儀表。(5) 儀器儀表應當有足夠的量程，以滿足測試的需要。 一般原則 1. 量程：儀器能測量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍稱為儀表的量程或量測范圍. 2. 刻度值：儀器指示裝置的最小刻度所代表的被測量的數值。 3. 精確度(精度)：儀器指示與被測值的符合程度。 目前國內外都還沒有統(tǒng)一的儀表精度的表示方法，常以最大量程時的相對誤差來代表精度，并以此相對誤差值來判定儀表的精度等級。例如一臺精度為0.2級的儀表，意思是測定值的誤差不超過最大量程的0.2% 4. 靈敏度：一般來說，儀器靈敏度是指在做靜態(tài)量測時單位輸出量所引起的儀表輸出值的變化，對于不同用途的儀表，靈敏度的單位也各不相同，

10、如百分表的靈敏度單位是毫米毫米，測力傳感器的靈敏度單位是應變/千克。有些儀表的靈敏度還有另外的含義，使用時應相對其說明書，以了解其確切的含義。 量測儀表的主要性能指標 5. 分辨率：使儀器輸出量產生能觀察出變化的最小被測量。 6. 滯后：儀表的輸入量從起始量程增至最大量程的測量稱為正行程，輸入量由最大量程減至起始量程的測量稱為反行程。同一輸入量程正反兩個行程輸出值間的偏差稱為滯后。常以全量程中的最大滯后值與滿量程輸出值之比表示。7. 零位溫漂和滿量程熱漂移：零位溫漂是指當儀表的工作環(huán)境溫度不為20時零位輸出溫度的變化率。 滿量程熱漂移是指當儀表的工作環(huán)境溫度不為20時滿量程輸出隨溫度的變化率。

11、 它們都是溫度變化的函數，一般由儀表的高低溫試驗得出其溫漂曲線并在試驗值中加以修正。 除上述性能外，對于動力試驗量測儀表的傳感器、放大器及顯示記錄儀器等各類儀表需考慮下述特性。量測儀表的主要性能指標 8. 線性范圍：保持儀表的輸入量和輸出信號為線性關系時，輸入量的允許變化范圍。在動態(tài)量測中，對儀表的線性度應嚴格要求，否則將對量測結果引起較大的誤差。 9. 頻響特性：指儀器在不同頻率下靈敏度的變化特性，常以頻響曲線(一般以對數頻率值為橫坐標，以相對靈敏度為縱坐標)表示。在進行高頻動態(tài)量測時，應將使用頻率限制在頻響曲線的平坦部分以免引起過大的量測誤差。對于傳感器，提高其自振頻率將有助增加使用頻率范

12、圍。 10. 相移特性：振動參量經傳感器轉換成電信號或經放大、記錄后在時間上產生的延遲叫相移。若相移特性隨頻率而變化，則對于具有不同頻率成份的復合振動將引起輸出電量的相位失真。常以儀器的相頻率特性曲線來表示其相移特性。在使用頻率范圍內，輸出信號相對于輸出信號的相位差應不隨頻率改變而變化。量測儀表的主要性能指標 (1) 試驗前進行檢查、標定和必要的誤差修正。(2) 采用電阻應變儀進行應變測試時，粘貼電阻片的人員應具有一定的經驗，要根據現(xiàn)場溫度，濕度等條件選擇貼片及防潮工藝，盡量選用與觀測應變部位相同的材料制作溫度補償片。補嘗片應盡量靠近應變片設置。(3) 采用千分表觀測結構表面應變時，在不影響觀

13、測的前提下，應盡量使千分表軸線靠近結構表面，以減小測試誤差。(4) 儀表、設備容易受到碰撞擾動的部位應加保護設備、系保險繩或設置醒目的標志，以保證儀表正常工作。儀表的檢查與安裝調試(5) 儀表安裝工作一般應在加載試驗前完成，但亦不應安裝過早，以免儀器受損和遺失。注意儀表安裝位置和方法的正確與否。安裝完畢應由有測試經驗的人員進行檢查，有時可利用過往車輛來觀察儀表工作是否正常。(6) 儀表安裝完畢后，一般在加載試驗之前應對各測點進行一段時間的溫度穩(wěn)定觀測。中間可每隔10分鐘讀數一次，觀測時間應盡量選擇與加載試驗相同的氣候條件或選擇加載試驗前夕。這一觀測成果用于衡量加載試驗時外界氣候條件對觀測造成的

14、誤差影響范圍。或用于測點的溫度影響修正。儀表的檢查與安裝調試(1) 采用人工讀表時，儀表的測讀應準確、迅速，并記錄在專門的表格上，以便于資料的整理和計算。記錄者應對所有測點量測值變化情況進行檢查，看其變化是否符合規(guī)律，尤其應著重檢查第一次加載時量測值變化情況。對工作反常的測點應檢查儀表安裝是否正確，并分析其他可能影響其正常工作的原因，及時排除故障。對于控制測點應在故障排除后，重復一次加載測試項目。(2) 采用計算機自動采集系統(tǒng)讀數記錄時，應利用系統(tǒng)實時監(jiān)測功能對控制點的應變或位移進行監(jiān)控，對測試結果異常現(xiàn)象應及時查明原因并采取補救措施。(3) 儀器安裝完畢后，一般在加載試驗之前應對各測點進行一

15、段時間的溫度穩(wěn)定觀測，中間可每隔10分鐘讀數一次。觀測時間應盡可能選擇與加載試驗相同的外界氣候條件或選擇加載試驗前夕。這一觀測成果用于衡量加載試驗時外界氣候條件對觀測造成誤差的影響范圍，或用于測點的溫度影響修正。 試驗觀測與記錄 靜載試驗測試數據實時處理分析 在加載試驗過程中，應對結構變位（應變）較大的測點進行穩(wěn)定觀測，并將最后一個5分鐘的增量與第一個5分鐘的增量進行比較，以判定結構變位（應變）是否穩(wěn)定。試驗前，應通過分級加載計算確定各荷載工況下主要控制截面測點的應變或變位理論計算值，加載過程中應及時將理論值與實測值進行比較。對結構變位或應變較大的測點，應實時繪制測點變位或應變與荷載的關系曲線

16、，以分析結構所處的工作狀態(tài)。對于技術狀況較差的橋跨結構，應實時繪制橋跨結構撓度縱橋向或橫橋向分布曲線，以分析橋跨結構的整體工作性能。 靜載試驗的加載控制與安全措施 人員安全儀表設備安全橋梁結構安全 動力荷載試驗脈動試驗 行車試驗 跳車激振試驗 剎車試驗動載試驗的項目內容包括：(1) 檢驗橋梁結構在動力荷載作用下的受迫振動特性，如橋梁結構動位移、動應力、沖擊系數的行車試驗。(2) 測定橋梁結構的自振特性，如結構或構件的自振頻率、振型和阻尼比等的脈動試驗或跳車激振試驗。 動載試驗的分類荷載試驗成果分析與評定 靜載試驗效率 結構工作狀況評定分析 裂縫及其擴展情況的評定分析 橋梁靜載試驗報告的編制 一

17、、試驗概況二、試驗的目的三、試驗方案設計四、試驗日期及試驗的過程五、各項試驗達到的精度六、試驗成果與分析七、試驗記錄摘錄八、技術結論九、經驗教訓十、有關圖片、照片淮園路景觀橋承載能力試驗1、項目概況2、檢測目的及內容3、荷載試驗依據4、靜載試驗5、荷載試驗綜合結論6、試驗后外觀檢查7、結論目 錄31項目概況該橋梁為6m+10m+6m三室箱涵，車行道為雙向四車道，設計車速為40km/h，道路總寬度為42m，其中車行道15m。設計荷載：汽車荷載為公路-級。32檢測目的及內容試驗目的：通過檢測、計算和荷載試驗，檢驗橋跨結構的強度和剛 度是否滿足設計和規(guī)范要求；對橋梁的安全狀態(tài)和能否 滿足的承載等級做

18、出評估. (2) 通過荷載試驗建立橋梁初始技術檔案。試驗內容：(1) 在靜載作用下測試橋梁各控制部位的應變；(2) 在靜載作用下測試橋梁控制部位的豎向位移（撓度）值。33荷載試驗依據1、公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程JTG/T J21-2011；2、混凝土結構試驗方法標準GB50152-2012；3、本橋的相關資料。34靜載試驗 采用有限元分析軟件建立空間實體模型進行結構分析計算，采用實體單元solid45模擬混凝土結構，共建立47580個節(jié)點，劃分34560個單元。測試方案的制定35靜載試驗 根據主梁內力計算結果選擇中間涵洞1/2跨截面作為測試正彎矩截面，選取中間腹板與頂板交接面作為測試負彎矩截面。測試方案的制定36靜載試驗根據主梁ANSYS內力計算分析。應變計采用：振弦式應變計撓度計：采用千分表測點布置方案37靜載試驗根據主梁ANSYS內力計算分析得。采用22噸的載重車，荷載效率系數達到98.1%。滿足規(guī)范要求荷載布載方案38靜載試驗根據主梁ANSYS內力計算分析得。采用22噸的載重車，荷載效率系數達到100.9%。滿足規(guī)范要求荷載布載方案靜載試驗靜載試驗過程測