桥梁荷载试验

1、n荷载试验的目的及主要内容n加载方案和测点布置n静载试验仪器设备n静载试验n试验数据分析及桥梁承载力评定n结构动载试验本章主要内容本章主要内容大大 纲纲 要要 求求了解：了解：桥梁荷载试验的目的、组织、设计的内容及承载力评估的方法。熟悉：熟悉：桥梁荷载试验与承载力评定相关的设计、试验规范、标准、规程。掌握：掌握：静力荷载试验中如何确定加载和测试“控制断面”，加载效率计算、加卸载的分级、终止试验条件，测试内容、方法、测点布置、仪器选配；挠度、应力（应变）、裂缝等数据处理及曲线绘制等；动力荷载试验方法、测试内容、测点布置、仪器选用；振型、频率和阻尼三个动力特性参数的测试和分析方法；动挠度、动应力（

2、应变）的测试方法和数据处理。基于桥梁荷载试验的承载能力评定方法。了解：了解：桥梁荷载试验的目的、组织、设计的内容及承载力评估的方法。熟悉：熟悉：桥梁荷载试验与承载力评定相关的设计、试验规范、标准、规程。掌握：掌握：静力荷载试验内容、方法、测点布置、仪器操作；挠度、应力（应变）、裂缝等测试方法；动力荷载试验内容、方法、测点布置、仪器操作；动挠度、动应力（应变）的测试方法。n桥梁荷载试验就是对桥梁结构物进行直接加载测试的一种特殊的科学试验工作。n桥梁荷载试验分为静载试验和动载试验。5-1 荷载试验的目的及主要内容旧桥：（1）确定桥梁结构的承载能力及营运条件 （2）分析桥梁病害原因及其变化规律一、荷

3、载试验的目的：新建桥梁：（1）检验桥梁设计施工质量； （2）判定桥梁结构的实际承载力； （3）验证桥梁结构的设计理论和设计方法。5-1 荷载试验的目的及主要内容二、主要工作内容：（1）明确荷载试验的目的；（2）试验准备工作；（3）荷载试验的方案拟定(包括静载试验与动载试验测试项目）（4）荷载试验的测点设置与测试仪器、设备组配；（5）荷载试验的加载等级控制与试验过程安全控制；（6）试验数据分析与结构性能评定；（7）试验报告编写三个阶段：桥梁结构的考察和试验准备（1-2） 加载试验与观测（3-5） 测试结果的分析与评定（6-7）5-1 荷载试验的目的及主要内容三、荷载试验的准备工作： 计划与淮备阶

4、段的工作内容主要有：收集、研究试验桥梁的有关技术文件，考察试验桥梁的现状和试验的环境条件，拟定试验方案及试验程序，确定试验组织及人员组成，测试系统的构成，仪器的组配及标定，必要的器材淮备等工作。1试验孔(或墩、塔)的选择2搭设脚手架和测试支架3静载试验加载位置的放样和卸载位置的安排4试验人员组织及分工5其他准备工作选择和判断5-2 试验方案与实施一、试验荷载工况的确定：1简支梁桥试验荷载工况 (1)主要工况 跨中最大正弯矩工况 (2)附加工况 l4截面最大正弯矩工况 支点最大剪力工况 桥墩最大竖向反力工况3悬臂梁桥(T形刚构桥)试验荷载工况 (1)主要工况 墩顶支点最大负弯矩工况 锚固孔跨中最

5、大正弯矩工况 (2)附加工况 墩顶支点最大剪力工况 桂孔跨中最大正弯矩工况 桥墩最大竖向反力工况4连续刚构桥试验荷载工况 (1)主要工况 主跨墩顶最大负弯矩工况 主跨跨中最大正弯矩工况 (2)附加工况 墩顶支点最大剪力工况 边跨最大正弯矩工况 桥墩(台)最大反力工况2连续梁桥试验荷载工况 (1)主要工况 主跨支点最大负弯矩工况 主跨跨中最大正弯矩工况 (2)附加工况 边跨最大正弯矩工况 主跨桥墩最大竖向反力工况 主跨支点最大剪力工况实操题5-2 试验方案与实施一、试验荷载工况的确定：5无铰拱桥试验荷载工况 (1)主要工况 拱顶最大正弯矩工况 拱脚最大负弯矩工况 （2）附加工况 拱脚最大水平推力

6、工况 l/4截面最大正弯矩和最大负弯矩工况 l/4截面正负挠度绝对值之和最大工况7、斜拉桥试验荷载工况 (1)主些工况 主梁中儿跨中最大正弯距工况 主梁墩顶支点最大负弯矩工况 主塔塔顶纵桥向最大水平变位与塔脚截面最大弯矩工况 (2)附加工况 中孔跨中附近拉索最大拉力工况 主梁最大挠度工况 辅助墩最大竖向反力工况6、两铰拱桥试验工况 (1)主要工况 拱顶最大正弯矩工况 拱脚最大水平推力工况 (2)附加工况 l/4截面最大正弯矩和最大负弯矩工况 l/4截面正负挠度绝对值之和最大工况5-2 试验方案与实施二、试验荷载等级的确定：(1)汽车和人群(标准设计荷载)；(2)挂车或履带车(验算荷载)(3)需

7、通行的特殊重型车辆。 分别计算设计时所采用的控制荷载或由试验目的所决定的荷载对结构控制截面产生的内力(或变形)的最不利值并进行比较，取其中最不利者对应的荷载作为控制荷载。 荷载试验应尽量采用与控制荷载相同的荷载，而组成控制荷载(标准设计荷载)的车辆是由运管车辆统计而得的概率模型。当客观条件所限，采用的试验荷载与控制荷载有差别时，为保证试验效果，在选择试验荷载的大小和加载位置时采用静载试验效率q进行控制。控制荷载5-2 试验方案与实施)1 (SSsq注意取值：提高还是降低、新桥与旧桥SSdd注意取值：车型、车重、车速和车距静载试验效率动载试验效率5-2 试验方案与实施静载加载分级与控制 为了加载

8、安全和了解结构应变和变位随试验荷载增加的变化关系。1、分级控制的原则(1)当加载分级较为方便时，可按最大控制截面内力荷载工况均分为45级。(2)当使用载重车加鼓，车辆称重有困难时也可分成3级加载。(3)当桥梁的调查和验算工作不充分，或桥况较差，应尽量增多加载分级。如限于条件，加载分组较少时，应汁意每级加载时，车辆荷载应逐辆缓缓驶入预定加载位置，必要时可在加载车辆未到达预定加就位置的分次对控制测点进行读数监控，以确保试验安全。(4)在安排加载分级时，应注意加载过程中其他截面内力亦应逐渐增加，且最大内力不应超过控制荷载作用下的最不利内力。(5)根据具体条件决定分级加载的方法最好每级加载后卸载，也可

9、逐级加载，达到最大荷载后逐级卸载。三、加载方式及设备的选择：2、车辆荷载加载分级的方法 （1）逐渐增加加载车辆数 （2）先上轻车后上重车 （3）加载车位于内力影响线的不同部位 （4）加载车分次装载重物 以上各法亦可综合采用，以方便加载分级实施。5-2 试验方案与实施3、加卸载的时间选择 主要是考虑温度变化对试验引起的影响4、加载分组的计算 根据各荷载工况的加载分级，技弹性阶段计算结构各测点在不同荷载等级下的理论计算变位(或应变)，以便对加载试验过程进行分析和控制。计算采用的材料弹性模量如已做材料试验的用实测值，未做材料试验的可按规范规定取值。加载设备的选择可行式车辆、重物直接加载加载重物的称量

10、称重法、体积法、综合计算法轴重无论采用何种方法确定加载重力，均应做到准确可靠，其称量误差最大不得越过5%，最好能采用两种称量方法互相校核。5-2 试验方案与实施四、测点的布置：1、主要测点的布设 布没的测点不宜过多，但要保证观测质量。有条件时，同一测点可用不同的测试方法进行校对。一般情况下，对主要测点的布设应能控制结构的最大应(应变)和最大挠度(或位移）。 几种常用桥梁体系的主要观点布设见教材（P182）。2、附加测点的布设 根据桥梁调查和检算工作的深度，综合考虑结构持点和桥梁目前状况等可适当加设以下测点： （1）挠度沿桥长或沿控制裁面桥宽方向分布； （2）应变沿控制截面桥宽方向分布； （3）

11、应变沿截面高度分布； （4）组合构件的结合面上、下缘应变； （5）墩台的沉降、水平位移与转角，连拱桥多个墩台的水平位移； （6）剪切应变； （7）其他结构薄弱部位的应变； （8）裂缝的监测5-2 试验方案与实施3、温度测点的布设 一般应实测控制截面的横向应力增大系数。当结构横向联系构件质量较差，连接较弱时，则必须测定控制截面的横向应力增大系数。简支梁跨中截面横向应力增大系数的测定，既可采用观测跨中沿桥宽方向应变变化的方法，也可采用观测跨中沿桥宽方间挠度变化的方法来进行计算或用两种方法互校。 对于剪切应变测点一般采取设置应变花的方法进行观测，为了方便，对于梁桥的剪应力也可在截面中性轴处主应力方向

12、设置单一应变测点来进行观测。梁桥的实际最大剪应力截面应设置在支座附近而不是支座上，即设在自梁底支承线与水平成45度方向斜线与截面中性釉的交点上。 选择与大多数测点较接近的部位设置12处气温观测点。此外，可根据需要在桥梁主要测点部位布置一些构件表面温度观测点，尤其对于温度敏感的大跨径索支承体系桥梁，宜沿跨径长度人们多设置一些气温观测点。5-2 试验方案与实施5-3 静载试验仪器设备一、机械式仪表量测装置：1、机械式仪表测量装置 （1）接触式位移量测装置 （2）张线式位移量测装置 （3）机械式应变量测装置 （4）手持式应变仪 （5）机械式转角量测装置特点、原理、使用方法、使用注意事项、温度补偿5-

13、3 静载试验仪器设备5-3 静载试验仪器设备5-3 静载试验仪器设备5-3 静载试验仪器设备5-3 静载试验仪器设备5-3 静载试验仪器设备 电阻应变测量方法是将应变转换成电信号进行测量的方法，简称电测法。电测法的基本原理是：将电阻应变片（简称应变片）粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形，应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变测量仪器（简称电阻应变仪），可测量出应变片中电阻值的变化，并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。其工作过程如下所示：二、电测式量测装置

14、：应变电阻变化电压（或电流）变化放大记录数据处理 电测法具有灵敏度高的特点，应变片重量轻、体积小且可在高（低）温、高压等特殊环境下使用，测量过程中的输出量为电信号，便于实现自动化和数字化，并能进行远距离测量及无线遥测。 5-3 静载试验仪器设备1、电阻应变片 电阻应变片优点 电阻应变片构造 电阻应变片分类 金属应变片工作原理 电阻应变片的选用 电阻应变片的粘贴技术5-3 静载试验仪器设备引出线引出线电阻丝电阻丝( (丝栅丝栅) )基底基底由试验发现：由试验发现：l应变片应变片FFl+D DlllKRRD D D D K K电阻应变片的电阻应变片的 灵敏度系数灵敏度系数应变片应变片：将力学量：将

15、力学量( (应变应变) )转换为转换为 电量电量( (电阻电阻) )的传感器的传感器电阻应变片种类：电阻应变片种类：丝式丝式( (绕线式绕线式) )、箔式、半导体式、箔式、半导体式5-3 静载试验仪器设备应变片的构造箔式应变片 900应变花 450应变花 1200应变花 5-3 静载试验仪器设备n常温应变片通常采用粘结剂粘贴在构件的表面。粘贴应变片是测量准备工作中最重要的一个环节。在测量中，构件表面的变形通过粘结层传递给应变片。显然，只有粘结层均匀、牢固、不产生蠕滑，才能保证应变片如实地再现构件表面的变形。应变片的粘贴由手工操作，一般按如下步骤进行： （1）选片：检查、分选应变片。 （2）定位

16、：处理构件的测点表面。 （3）贴片：粘贴应变片。 （4）干燥固化：加热烘干、固化。 （5）应变片的防护：检查应变片的电阻值，测量绝缘电阻。 （6）引出导线。n实际测量中，应变片可能处于多种环境中，有时需要对粘贴好的应变片采取相应的防护措施，以保证其安全可靠。一般在应变片粘贴完成后，根据需要可用石腊、纯凡士林、环氧树脂等对应变片的表面进行涂覆保护。5-3 静载试验仪器设备应变测量原理应变测量原理：利用电桥平衡测量电阻改变，从而进一步得到应变。利用电桥平衡测量电阻改变，从而进一步得到应变。BADCER1R2R3R4电桥平衡电桥平衡( (UBD=0) )：4231RRRR 若若R R1 1 R R4

17、 4为四个为四个阻值相同阻值相同应变片，受力后，应变片，受力后，BDBD间电压改变为：间电压改变为：)(444332211RRRRRRRREUBDD D D D D D D D )(44321 KE5-3 静载试验仪器设备2、应变仪 静态电阻应变仪是专供测量不随时间变化或变化极缓慢的电阻应变仪静态电阻应变仪是专供测量不随时间变化或变化极缓慢的电阻应变仪器，其功能是将应变电桥的输出电压放大，在显示部分以刻度或数字形式器，其功能是将应变电桥的输出电压放大，在显示部分以刻度或数字形式显示应变的数值，或者向记录仪输入模拟应变变化的电信号。显示应变的数值，或者向记录仪输入模拟应变变化的电信号。 必须注意

18、，工作片和温度补偿片的电阻值、灵敏系数以及电阻温度系数应相同，分别粘贴在构件上和不受力的试件上，以保证它们因温度变化所引起的应变片电阻值的变化相同。 用应变片测量应变时，它除了能感受试件受力后的变形外，同样也能感受环境温度的变化而引起电阻应变仪指示部分的示值变动，这称为温度效应。 a.电阻丝温度改变 b.材料与应变片电阻丝的线膨胀系数不同 由于温度对电阻值变化影响很大，利用电桥特性，可以采用适当的方法消除这种影响。3、温度补偿5-3 静载试验仪器设备n在实际工作小，为保证补偿效果，对补偿片的设置应考虑如下因素： 补偿片与工作片应该是同批产品，具有相同的电阻值、灵敏系数和几何尺寸。 贴补偿片的试

19、块材料应与试件的材料一致，并应做到热容量基本相等。如是混凝土材料，则需问样配合比和在同样条件下养护。 补偿片的贴片、干燥、防潮等处理工艺必须与工作片完全一致 连接补偿片的导线应与连接工作片的导线同一规格、同一长度，并且相互平列、靠近布置或捆扎成束。 补偿片与工作片的位置应尽量接近，使二者处于同样温度场条件下，以防不均匀热源的影响： 补偿片的数量多少，根据试验材料特性、测点位置和试验条件等因素决定。一般情况下，钢结构可用一个补偿片同时补偿10个工作片。对混凝土材料可用一个补偿片补偿510个工作片；如果要求严格或者是某些测点所处条件特殊时，应单独补偿，以尽量减少因补偿片连续工作而工作片间断工作所造

20、成的温差影晌。5-3 静载试验仪器设备4、应变片的布置和在电桥中的接法应变片感受的是构件表面某点的拉应变或压应变。在有些情况下，该应变可能与多种内力（比如轴力和弯矩）有关。有时，只需测量出与某种内力所对应的应变，而要把与其它内力所对应的应变从总应变中排除掉。显然，应变片本身不会分辨各种应变成分，但是只要合理地选择粘贴应变片的位置和方向，并把应变片合理地接入电桥，就能利用电桥的性质，从比较复杂的组合应变中测量出指定的应变。 应变片在电桥中的接法常有以下三种形式： 补偿片CDBAUOIU工作片2RR14RR3工作片CDBAUOIU工作片2RR14RR3工作片CDBAUOIU工作片2RR14RR3工

21、作片工作片半桥单臂接法半桥双臂接法全桥接法5-3 静载试验仪器设备全桥接法全桥接法( (四个电阻均为应变片四个电阻均为应变片) )；半桥接法半桥接法( (R1、R2为应变片，为应变片， R3、R4为固定电阻为固定电阻) )5-3 静载试验仪器设备工作片CDBAUOIU工作片2RR14RR3工作片工作片工作片CDBAUOIU工作片2RR14RR3 必须注意，接入同一电桥各桥臂的应变片（工作片或温度补必须注意，接入同一电桥各桥臂的应变片（工作片或温度补偿片）的电阻值、灵敏系数和电阻温度系数均应相同。偿片）的电阻值、灵敏系数和电阻温度系数均应相同。 应变片在构件上的布置可根据具体情况灵活采取各种不同

22、的应变片在构件上的布置可根据具体情况灵活采取各种不同的方法。应变片在构件上的布置和在电桥中的接法可参见有关资料。方法。应变片在构件上的布置和在电桥中的接法可参见有关资料。DABCD1D2R2R1R3R4工作片补偿片DABCD1D2R2R1R3R4工作片工作片DABCD1D2R2R1R3R4工作片工作片工作片工作片R3R4 (a) (b)(c)图A-10 应变片接法(a) 半桥单臂接法 (b) 半桥双臂接法 (c) 全桥接法（拆去连接片）5-3 静载试验仪器设备n温度稳定观测温度稳定观测n仪表的测读与记录仪表的测读与记录n裂缝观测裂缝观测5-4 静载试验过程一、试验观测与记录：简述静载试验过程中

23、混凝土裂缝观测的基本步骤：简述静载试验过程中混凝土裂缝观测的基本步骤： 裂缝观测的内容为结构受拉力较大部位和旧桥原有较长、较宽的部位。裂缝观测的内容为结构受拉力较大部位和旧桥原有较长、较宽的部位。 在这些部位上应量测裂缝的长度、宽度，并在混凝土表面沿裂缝走向进在这些部位上应量测裂缝的长度、宽度，并在混凝土表面沿裂缝走向进行描绘。行描绘。 加载过程中观测裂缝的长度及宽度变化情况。加载过程中观测裂缝的长度及宽度变化情况。 加载至最不利荷载及卸载后应对结构裂缝进行全面检查，尤其仔细检查加载至最不利荷载及卸载后应对结构裂缝进行全面检查，尤其仔细检查是否产生新的裂缝，并记录。是否产生新的裂缝，并记录。构

24、件裂缝图构件裂缝图n绘制时，用坐标纸或方格纸按比例先作一个裂缝开展面的展开图。绘制时，用坐标纸或方格纸按比例先作一个裂缝开展面的展开图。n然后，在展开图上描出裂缝的长短、间距，注明然后，在展开图上描出裂缝的长短、间距，注明“分级荷载分级荷载/ /裂缝裂缝宽度宽度”，试件方位、编号等。，试件方位、编号等。5-4 静载试验过程二、加载的实施与控制：1、加载程序u 重物加载：按荷载分级（一般重物加载：按荷载分级（一般45级）逐级加载，每级荷载堆放位置级）逐级加载，每级荷载堆放位置准确、整齐稳定。荷载施加完毕后，逐级卸载。准确、整齐稳定。荷载施加完毕后，逐级卸载。u 车辆加载：用车辆加载时，先由零载加

25、至第一级荷载、卸载至零载；车辆加载：用车辆加载时，先由零载加至第一级荷载、卸载至零载；再由零载加至第二级何载，卸至零载再由零载加至第二级何载，卸至零载，直至所有荷载施加完毕，直至所有荷载施加完毕(有时为了确保试验结果准确无误，每一级荷载重复施加有时为了确保试验结果准确无误，每一级荷载重复施加12次次)。每一级荷载施加次序为纵向先施加重车，后施加前后标淮车；横向先每一级荷载施加次序为纵向先施加重车，后施加前后标淮车；横向先施加桥中心的车辆，后施加外侧的车辆。施加桥中心的车辆，后施加外侧的车辆。5-4 静载试验过程2、加载稳定时间控制u 选择一个控制点，每级加载（或卸载）后立即测读一次，计算其与加

26、载选择一个控制点，每级加载（或卸载）后立即测读一次，计算其与加载（或卸载）前测读值之差值（或卸载）前测读值之差值Sg，然后每隔，然后每隔2min测读一次，计算测读一次，计算2min前后读数的差，并按下式计算相对读数差值前后读数的差，并按下式计算相对读数差值m：u 当当m值小于值小于1或小于量测仪器的最小分辩率时即认为结构基本稳定。或小于量测仪器的最小分辩率时即认为结构基本稳定。gSSmD5-4 静载试验过程3、加载过程的观察4、终止加载的控制条件 发生下列情况应中途终止加载：发生下列情况应中途终止加载：(1)控制测点应力值已达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时；控制测点应力值已

27、达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时；(2)控制测点变位控制测点变位(或挠度或挠度)超过规范允许值时；超过规范允许值时；(3)由于加载使结构裂缝的长度、宽度急剧增加，新裂缝大量出现，缝宽超过允许值由于加载使结构裂缝的长度、宽度急剧增加，新裂缝大量出现，缝宽超过允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时；的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时；(4)拱桥加载时，沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测挠度拱桥加载时，沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测挠度超过计算值过多时；超过计算值过多时；(5)发生其他损坏，影响桥梁承载能力或正

28、常使用时。发生其他损坏，影响桥梁承载能力或正常使用时。5-4 静载试验过程n 试验资料的修正（1）测值修正（2）温度影响修正（3）支点沉降影响修正n 各测点变位与应变计算总变位弹性变位残余变位n 应力计算n 试验结果与理论分析结果的比较5-5 试验数据分析及承载能力评定iltSSSuleSSSiuetpSSSSSseSS一、试验数据分析：5-5 试验数据分析及承载能力评定二、荷载试验成果分析与承载能力评定：1、结构工作状况n校验系数n实测值与理论值的关系曲线n相对残余变位（或应变）n动载性能2、结构的强度及稳定3、地基基础4、结构的刚度要求5、裂缝三、静载试验报告编写：5-5 试验数据分析及承

29、载能力评定n动力特性三参数：频率、振型、阻尼比n三类问题：测定荷载动力特性（数值方向频率）结构动力特性（自振频率、阻尼、振型）；桥梁在动载荷下相应（动位移、动应力）n激振方法：自振（突加、突卸）、共振（强迫振动）、脉动。n固有频率测定、结构阻尼（对数衰减率、阻尼比）、动力响应。n评价：动力特性反应了结构的整体刚度、桥面平整度、耗散外部振动能量的能力。过大影响安全和舒适。实测频率理论值刚度大，小则不正常，可能开裂；动力冲击系数大桥行车性能差、不平整；阻尼比大，振动衰减快，过大可能桥开裂或支座不正常。模拟习题单项选择题模拟习题单项选择题模拟习题单项选择题模拟习题单项选择题模拟习题判断题模拟习题判断题模拟习题判断题模拟习题多项选择题模拟习题多项选择题模拟习题多项选择题模拟习题问答题模拟习题问答题模拟习题问答题模拟习题问答题模拟习题问答题模拟习题问答题1.三跨连续梁在荷载试验时应考虑哪些工况？2.安装位移计的步骤及注意事项？3.怎样标定位移计 1，标定位移计应在专门的校正仪器上