橋梁動力靜力荷載試驗講座二

橋梁荷載試驗講座2012年9月內(nèi)容提要1.荷載試驗基本知識2.荷載試驗準(zhǔn)備工作3.靜力荷載試驗4.動力荷載試驗5.橋梁檢測相關(guān)圖片第一章：荷載試驗的基本知識橋梁荷載試驗就是一種比較直觀評定橋梁承載力的方法，而且比較為廣大工程技術(shù)人員所接受。1.1荷載試驗的定義是通過對結(jié)構(gòu)進行脈動測試、汽車的行車、跳車、剎車激振或共他方式的激振試驗測試橋梁結(jié)構(gòu)上各控制部位的動撓度、動應(yīng)變、模態(tài)參數(shù)，然后通過模態(tài)參數(shù)識別結(jié)構(gòu)的損傷。靜力荷載試驗是將靜力荷載作用在橋梁上的指定位置，測試結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變（應(yīng)力）、位移（撓度）和裂縫等項目，推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)，評定結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性能是否符合設(shè)計和使用的要求。荷載試驗動力荷載試驗（1）工程檢驗性質(zhì)：1）驗收性荷載試驗2）鑒定性荷載試驗（2）最大荷載量：1）基本荷載試驗2）輕型荷載試驗3）重型荷載試驗分類主要內(nèi)容（1）脈動試驗（2）跑車試驗（3）跳車試驗（4）剎車試驗?zāi)男蛞龊奢d試驗?zāi)兀?.2荷載試驗的條件（1）竣工驗收前的新建、改建、擴建和加固的中橋、大橋、特大橋及特殊結(jié)構(gòu)橋梁滿足下列條件的橋梁須做荷載試驗（2）投入使用后最近五年內(nèi)未進行荷載試驗的橋梁（3）經(jīng)定期檢測評定等級為D級或不合格級，且采用其它檢測方法仍難以確定其整體性能和使用功能的橋梁（4）驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的實驗性橋梁（5）對于設(shè)計中動力問題突出的特大跨度橋梁（如地震區(qū)、沿海颶風(fēng)區(qū)、考慮船舶撞擊的橋梁），應(yīng)進行特殊設(shè)計的動力荷載試驗（6）其它有需要進行承載能力鑒定的橋梁1.3荷載試驗的目的新建橋梁1）檢驗橋梁設(shè)計施工質(zhì)量荷載試驗?zāi)康募扔袠蛄?）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1.4荷載試驗的主要內(nèi)容1）明確荷載試驗的目的2）試驗準(zhǔn)備工作3）荷載試驗的方案擬定荷載試驗主要內(nèi)容包括：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）試驗報告編寫一般的，以上荷載試驗內(nèi)容主要包含在三個階段：橋梁結(jié)構(gòu)的考察和試驗準(zhǔn)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）第二章：荷載試驗的準(zhǔn)備工作2.1試驗方案1）試驗要求：目的、類型、項目和依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

計劃與準(zhǔn)備階段：收集試驗橋梁的設(shè)計圖紙等有關(guān)技術(shù)資料，考察橋梁的現(xiàn)狀和試驗環(huán)境條件，根據(jù)測試項目制定試驗計劃大綱。試驗計劃主要包括：2）技術(shù)資料調(diào)查：原有設(shè)計、計算與施工的基本資料，結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀（包括存在的問題和缺陷）及必要的檢算數(shù)據(jù)報告。3）加載方案：最大荷重、加載設(shè)備和加載圖式。4）觀測方案：觀測內(nèi)容、測點布置、量測方法。5）儀器設(shè)備：工作狀態(tài)、測量精度、檢定情況和數(shù)量。6）試驗程序：加、卸載程序與觀測程序，試驗終止條件。7）組織與分工：試驗組織框架，明確人員分工職責(zé)，具體協(xié)調(diào)要求。8）安全措施：制定橋梁交通安全保障方案，報交管部門批準(zhǔn)，明確試驗期間人員、施工設(shè)施、儀器設(shè)備等安全的措施。9）加載試驗資料的整理要求。10）試驗成果分析與評定內(nèi)容。2.2試驗孔的選擇1）該孔（或墩）計算受力最不利

試驗孔的選擇應(yīng)結(jié)合橋梁調(diào)查與檢算工作一并進行。對多孔結(jié)構(gòu)中跨徑相同的橋孔（或墩）可選擇1～3個具有代表性的橋孔進行荷載試驗。選擇時應(yīng)綜合考慮以下條件：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）便于搭設(shè)腳手架及設(shè)置測點或試驗加載實施2.2搭設(shè)測測試支支架試驗前前應(yīng)對對觀測測腳手手架搭搭設(shè)及及測點點附屬屬設(shè)施施設(shè)置置、靜靜載試試驗加加載位位置的的放樣樣與卸卸載位位置的的安排排和試試驗人人員的的組織織與分分工做做詳細細的計計劃安安排。腳手架架的搭搭設(shè)要要因地地制宜宜、牢牢固可可靠，，方便便布置置安裝裝觀測測儀表表，同同時要要保證證不影影響儀儀表和和測點點的正正常工工作，，且不不干擾擾測點點附屬屬設(shè)施施。在在不便便搭設(shè)設(shè)固定定腳手手架的的情況況下，，可考考慮采采用輕輕便靈靈活的的吊架架、掛掛籃或或?qū)Ｓ糜玫臉驑蛄簷z檢查設(shè)設(shè)備（（檢查查車、、檢查查架等等）。幾種支支架搭搭設(shè)情情況:2.3試驗加加載位位置的的放樣樣與卸卸載位位置的的安排排靜載試試驗前前應(yīng)在在橋面面上對對加載載位置置進行行放樣樣，以以便于于加載載試驗驗的順順利進進行。。如加加載程程序較較少，，時間間允許許，可可在每每程序序加載載前臨臨時放放樣。。如加加載程程序較較多，，則應(yīng)應(yīng)預(yù)先先放樣樣，且且用不不同顏顏色的的標(biāo)志志區(qū)別別不同同加載載程序序時的的荷載載位置置。靜載試試驗荷荷載卸卸載的的安放放位置置應(yīng)預(yù)預(yù)先安安排。。卸載載位置置的選選擇既既要考考慮加加卸載載方便便，離離加載載位置置近一一些，，又要要使安安放的的荷載載不影影響試試驗孔孔（或或墩））的受受力，，一般般可將將荷載載安放放在橋橋臺后后一定定距離離處。。對于于多孔孔橋，，如有有必要要將荷荷載停停放在在橋孔孔上，，一般般應(yīng)停停放在在距試試驗孔孔較遠遠處以以不影影響試試驗觀觀測為為度。。2.4試驗人人員的的組織織與分分工做做詳細細的計計劃安安排橋梁試試驗隊隊伍一一般由由橋梁梁結(jié)構(gòu)構(gòu)工程程師、、專業(yè)業(yè)技術(shù)術(shù)測試試人員員、儀儀器儀儀表工工程師師、熟熟練技技術(shù)的的不同同專業(yè)業(yè)、不不同層層次的的人員員組成成。試試驗時時應(yīng)根根據(jù)每每個試試驗人人員的的特長長進行行分工工，每每人分分管的的儀表表數(shù)目目除考考慮便便于進進行觀觀測外外，應(yīng)應(yīng)盡量量使每每人對對分管管儀表表進行行一次次觀測測所需需的時時間大大致相相同。。所有有參加加試驗驗的人人員應(yīng)應(yīng)能熟熟練掌掌握所所分管管的儀儀器設(shè)設(shè)備，，否則則應(yīng)在在正式式開始始試驗驗前進進行演演練。。為使使試驗驗有條條不紊紊地進進行，，應(yīng)設(shè)設(shè)試驗驗總指指揮1人，其其他人人員的的配備備可根根據(jù)具具體情情況考考慮。。2.4其它準(zhǔn)準(zhǔn)備工工作根據(jù)加加載進進行的的項目目和橋橋址處處的交交通狀狀況應(yīng)應(yīng)作好好加載載試驗驗的安安全措措施、、加載載方式式的選選擇、、供電電照明明設(shè)施施、通通訊聯(lián)聯(lián)絡(luò)設(shè)設(shè)施、、橋面面交通通管制制等方方面的的準(zhǔn)備備工作作。第三章章：靜靜力荷荷載試試驗3.1試驗工工況的的確定定試驗控控制截截面應(yīng)應(yīng)根據(jù)據(jù)具體體的測測試項項目而而定在在滿足足鑒定定橋梁梁承載載能力力的前前提下下，加加載試試驗項項目應(yīng)應(yīng)抓住住重點點，不不宜過過多。。一般般應(yīng)有有2～3個主要要內(nèi)力力或位位移控控制截截面。。此外外，可可根據(jù)據(jù)橋梁梁具體體情況況可設(shè)設(shè)置幾幾個附附加內(nèi)內(nèi)力控控制截截面。。橋型主要截面附加截面簡支梁跨中最大正彎矩支點最大剪力墩臺最大豎向力連續(xù)梁支點最大負彎矩跨內(nèi)最大正彎矩支點最大剪力墩臺最大豎向力懸臂梁支點最大負彎矩錨跨跨中最大正彎矩支點最大剪力墩臺最大豎向力掛梁跨中最大正彎矩拱橋拱頂最大正彎矩拱腳最大負彎矩拱腳最大水平推力L/4截面最大正彎矩和負彎矩剛架橋跨中最大正彎矩結(jié)點最大負彎矩柱腳最大彎矩對于斜斜拉橋橋、懸懸索橋橋等特特殊橋橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)，，測試試的內(nèi)內(nèi)容主主要包包括主主梁最最大撓撓度、、主梁梁控制制截面面最大大內(nèi)力力、索索塔塔塔頂水水平變變位、、主纜纜最大大拉力力、斜斜拉索索最大大拉力力。其其次包包括主主梁最最大縱縱向漂漂移；；主塔塔控制制截面面最大大內(nèi)力力；吊吊索最最大索索力等等。結(jié)結(jié)合結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計特特點制制訂其其他檢檢測內(nèi)內(nèi)容。。注意取取值：：提高高還是是降低低、新新橋與與舊橋橋靜載試驗效率3.2試驗控控制荷荷載的的確定定荷載試試驗應(yīng)應(yīng)以設(shè)設(shè)計荷荷載等等級相相應(yīng)的的活載載效應(yīng)應(yīng)控制制值或或有特特殊要要求的的荷載載效應(yīng)應(yīng)值作作為試試驗控控制荷荷載。根據(jù)橋橋梁需需要鑒鑒定承承載能能力的的荷載載：汽汽車+人群（（標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)荷載載）、、平板板掛車車或履履帶車車（標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)荷荷載））、需需通行行的重重型車車輛，，分別別計算算其對對控制制截面面產(chǎn)生生的最最不利利荷載載效應(yīng)應(yīng)（內(nèi)內(nèi)力和和位移移），，用產(chǎn)產(chǎn)生最最不利利荷載載效應(yīng)應(yīng)較大大的荷荷載作作為試試驗控控制荷荷載。。為了加加載安安全和和了解解結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)變變和變變位隨隨試驗驗荷載載增加加的變變化關(guān)關(guān)系。。3.3加載分分級與與控制制1、分級級控制制的原原則（1）當(dāng)加載載分級級較為為方便便時，，可按按最大大控制制截面面內(nèi)力力荷載載工況況均分分為4～5級。（2）當(dāng)使用用載重重車加加載，，車輛輛稱重重有困困難時時也可可分成成3級加載載。（3）當(dāng)橋梁梁的調(diào)調(diào)查和和驗算算工作作不充充分，，或橋橋況較較差，，應(yīng)盡盡量增增多加加載分分級。。如限限于條條件，，加載載分組組較少少時，，應(yīng)汁汁意每每級加加載時時，車車輛荷荷載應(yīng)應(yīng)逐輛輛緩緩緩駛?cè)肴腩A(yù)定定加載載位置置，必必要時時可在在加載載車輛輛未到到達預(yù)預(yù)定加加就位位置的的分次次對控控制測測點進進行讀讀數(shù)監(jiān)監(jiān)控，，以確確保試試驗安安全。。（4）在安排排加載載分級級時，，應(yīng)注注意加加載過過程中中其他他截面面內(nèi)力力亦應(yīng)應(yīng)逐漸漸增加加，且且最大大內(nèi)力力不應(yīng)應(yīng)超過過控制制荷載載作用用下的的最不不利內(nèi)內(nèi)力。。（5）根據(jù)具具體條條件決決定分分級加加載的的方法法．最最好每每級加加載后后卸載載，也也可逐逐級加加載，，達到到最大大荷載載后逐逐級卸卸載。。3.3加載分分級與與控制制2、車輛輛荷載載加載載分級級的方方法（1）逐漸增增加加加載車車輛數(shù)數(shù)。（2）先上輕輕車后后上重重車。。（3）加載車車位于于內(nèi)力力影響響線的的不同同部位位。（4）加載車車分次次裝載載重物物。根據(jù)各各荷載載工況況的加加載分分級，，技彈彈性階階段計計算結(jié)結(jié)構(gòu)各各測點點在不不同荷荷載等等級下下的理理論計計算變變位(或應(yīng)變變)，以便便對加加載試試驗過過程進進行分分析和和控制制。計計算采采用的的材料料彈性性模量量．如如已做做材料料試驗驗的用用實測測值，，未做做材料料試驗驗的可可按規(guī)規(guī)范規(guī)規(guī)定取取值。。以上各各法亦亦可綜綜合采采用，，以方方便加加載分分級實實施。。3、加卸卸載的的時間間選擇擇主要是是考慮慮溫度度變化化對試試驗引引起的的影響響，一一般以以晚10時至晨晨6時為宜宜。4、加載載分組組的計計算3.4加載設(shè)設(shè)備的的選擇擇及加加載物物稱量量1、加載載設(shè)備備的選選擇可行式式車輛輛、重重物直直接加加載2、加載載重物物的稱稱量稱重法法、體體積法法、綜綜合計計算法法軸重?zé)o論采采用何何種方方法確確定加加載重重力，，均應(yīng)應(yīng)做到到準(zhǔn)確確可靠靠，其其稱量量誤差差最大大不得得越過過5%，最好好能采采用兩兩種稱稱量方方法互互相校校核。。3.5測點布布置1、主要要測點點的布布設(shè)布沒的測點不宜過過多，但要保證觀觀測質(zhì)量。有條件件時，同一測點可可用不同的測試方方法進行校對。一一般情況下，對主主要測點的布設(shè)應(yīng)應(yīng)能控制結(jié)構(gòu)的最最大應(yīng)(應(yīng)變)和最大撓度(或位移）。2、附加測點的布設(shè)設(shè)根據(jù)橋梁調(diào)查和檢檢算工作的深度，，綜合考慮結(jié)構(gòu)持持點和橋梁目前狀狀況等可適當(dāng)加設(shè)設(shè)以下測點：（1）撓度沿橋長或沿控控制裁面橋?qū)挿较蛳蚍植?。?）應(yīng)變沿控制截面橋橋?qū)挿较蚍植?。?）應(yīng)變沿截面高度分分布。（4）組合構(gòu)件的結(jié)合面面上、下緣應(yīng)變。。（5）墩臺的沉降、水水平位移與轉(zhuǎn)角，，連拱橋多個墩臺臺的水平位移（6）剪切應(yīng)變（7）其他結(jié)構(gòu)薄弱部部位的應(yīng)變（8）裂縫的監(jiān)測3.6試驗觀測與記錄1、儀表的測讀與記記錄主要包括應(yīng)變測試試儀表和變形測試試儀表的測讀和記記錄2、溫度穩(wěn)定觀測3、裂縫觀測3.7加載的實施和控制制1、加載程序重物加載：按荷載載分級逐級加載，，每級荷載堆放位位置準(zhǔn)確、整齊穩(wěn)穩(wěn)定。荷載施加完完畢后，逐級卸載載。車輛加載：用車輛輛加載時，先由零零載加至第一級荷荷載、卸載至零載載；再由零載加至至第二級何載，卸卸至零載……，直至所有荷載施施加完畢(有時為了確保試驗驗結(jié)果準(zhǔn)確無誤，，每一級荷載重復(fù)復(fù)施加1～2次)。每一級荷載施加加次序為縱向先施施加重車，后施加加前后標(biāo)淮車；橫橫向先施加橋中心心的車輛，后施加加外側(cè)的車輛。2、加載穩(wěn)定時間控控制重所有測點讀數(shù)時時間必須基本相等等，在加載前均需需進行零讀數(shù)，以以后每次加卸載后后立即讀數(shù)一次，，并在結(jié)構(gòu)變位穩(wěn)穩(wěn)定后，進入下一一級荷載前再讀數(shù)數(shù)一次。對于結(jié)構(gòu)構(gòu)變位最大的測點點，需每隔5min讀數(shù)一次，以觀測測結(jié)構(gòu)變位相對穩(wěn)穩(wěn)定與否。每次測測讀時，應(yīng)記錄測測試環(huán)境影響因素素如溫度、濕度等等。3.7加載的實施和控制制3、終止加載的控制制條件（1）控制測點應(yīng)力（（應(yīng)變）或撓度（（變位）超過計算算控制值和規(guī)范允允許值。（2）超過規(guī)范允許寬寬度的裂縫大量增增多，對橋梁使用用壽命造成明顯影影響。（3）墩臺變位超過允允許值且不能穩(wěn)定定。（4）發(fā)生其它損壞，，影響橋梁承載能能力和正常使用。。（5）達到最大試驗荷荷載。4、重新進行試驗的的條件（1）加載步驟錯誤。（2）量測系統(tǒng)出現(xiàn)故障障，對采集數(shù)據(jù)的的質(zhì)量有懷疑時。（3）試驗受外界環(huán)境干干擾或其他因素影影響導(dǎo)致試驗失敗敗。3.8試驗數(shù)據(jù)處理1、試驗資料的修正正（1）測值修正（2）溫度影響修正（3）支點沉降影響修修正2、各測點變位與應(yīng)應(yīng)變計算（1）總變形（2）彈性變位（3）殘余變位3、試驗數(shù)據(jù)處理的的主要成果曲線（1）荷載-變形曲線（2）位置-變形曲線（撓度沿沿橋梁縱軸線及橫橫向的分布曲線））（3）應(yīng)變沿截面高度度的分布曲線3.9試驗結(jié)果評定1、校驗系數(shù)（））試驗荷載作用下測測點的實測彈性值值（Se）與相應(yīng)的理論計計算值（Sstat）的比值應(yīng)滿足公公式3.9.1要求。（實測值可可以是撓度、應(yīng)變變等）。2、殘余比（δ）卸載后測點的實測測殘余值（Sp）與該測點的總實實測值（Stot）的比值應(yīng)滿足公公式3.9.2要求。結(jié)構(gòu)類型βαα1η≤1.0η=1.1η=1.2η=1.3η≥1.4預(yù)應(yīng)力混凝土與組合結(jié)構(gòu)0.71.051.071.101.121.150.20鋼筋混凝土與圬工結(jié)構(gòu)0.61.101.121.151.171.200.25說明：當(dāng)靜力荷載試驗效率η為中間數(shù)值時，值可直線內(nèi)插。3.9.13.9.2β、α、α1取值如下表所示。。3.9試驗結(jié)果評定3、在試驗荷載作用下下，主要撓度測點點的實測值不應(yīng)超超過下表所列限值橋梁類型計算活載撓度限值圬工拱橋一個橋跨范圍內(nèi)正、負撓度的最大絕對值之和不大于L/1000鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁橋主梁跨中L/600梁橋主梁懸臂端L1/300桁架、拱L/800斜拉橋預(yù)應(yīng)力混凝土主梁L/500懸索橋預(yù)應(yīng)力混凝土加勁梁L/500鋼橋簡支或連續(xù)桁架L/800簡支或連續(xù)板梁L/600斜拉橋鋼主梁L/400懸索橋鋼加勁梁L/4003.9試驗結(jié)果評定4、在試驗荷載作用下下，裂縫寬度不應(yīng)應(yīng)超過下表允許值。第四章：動力荷載載試驗脈動試驗測試內(nèi)容跑車試驗跳車試驗剎車試驗測定結(jié)構(gòu)的固有頻頻率、阻尼比和振振型等參數(shù)測定結(jié)構(gòu)受迫振動動頻率、加速度、、振幅和沖擊系數(shù)數(shù)等參數(shù)。4.1試驗內(nèi)容4.2試驗荷載1、可選擇下列形式之之一的激振荷載測測定橋梁自振特性性（1）環(huán)境振動法激振（2）跳車激振2、可選擇跑車、剎車車試驗測定橋梁受受迫振動特性。（3）車輛通過橋梁后的的余振（4）撞擊或沖擊荷載（5）突然卸載（6）運轉(zhuǎn)頻率可調(diào)節(jié)的的起振機(可測定不同振型的的頻率)（7）對于頻率低、柔性性大的橋梁可用有有節(jié)奏行進的人群群荷載跑車試驗時宜采用接接近運營條件的車車列或單輛重車以以不同的車速通過過橋梁，試驗時車車輛宜勻速通過；；剎車試驗時宜采采用單輛重車在橋橋梁動力效應(yīng)最大大的檢測位置緊急急剎車進行試驗。。應(yīng)根據(jù)試驗的目的的選擇合適的試驗驗荷載。4.3試驗實施1、脈動試驗應(yīng)測試記記錄橋梁振動加速速度，并根據(jù)現(xiàn)場場情況，在結(jié)構(gòu)的的敏感點布置拾振振器。脈動試驗應(yīng)應(yīng)符合下列要求：：（1）針對不同的試驗?zāi)磕康暮蜆蛐?，測定定固有頻率的階數(shù)數(shù)可以不同，通常常懸索橋、斜拉橋橋不宜少于10階，連續(xù)梁橋、剛剛構(gòu)橋、拱橋和簡簡支梁橋不宜少于于3階2、跑車和剎車試驗應(yīng)應(yīng)采用不同的車速速試驗，車速宜為為5km/h、、10km/h、20km/h、30k