桥梁受力及承载力分析

1、桥梁受力及承载力分析0第一章 桥梁结构受力体系1.1 各种体系特点梁式桥受力特点：以受弯为主，支座无推力。基本假定：平截面假定，小变形假定（忽略变形特别是轴向变形对内力的影响）。材料：钢材，木材，钢筋混凝土，预应力混凝土。适用范围：中小跨径桥梁；地质条件较差处。主要类型：简支梁桥；悬臂梁桥；连续梁桥。其它特点：适合工业化施工。 (a)简支梁桥;（b）悬臂梁桥;（c）、（d）连续梁桥.拱式桥拱式桥受力特点： 在竖向荷载作用下，桥墩或桥台承受水平推力 ，这种水平推力显著抵消荷载在承重结构拱圈或拱肋内所引起的弯矩。是以承压为主的结构 。主要材料： 用抗压能力强的材料砖、石、混凝土、钢筋混凝土、钢管混

2、凝土、钢材。适用范围：在地质条件较好处最适合。主要类型：无铰拱；两铰拱；三铰拱；(单铰拱)其它特点：跨越能力比梁式桥强， 混凝土拱桥达420米，钢结构 拱桥达550米。 施工难度较梁桥大。刚架桥（刚构桥）刚架桥的主要承重结构是梁（或板）与立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构 。受力特点：介于梁桥和拱桥之间，在竖向荷载作用下，梁柱都有弯矩和轴力，柱脚处也产生水平推力。主要材料：由于用普通钢筋混凝土修建易使梁柱刚结处裂缝，近年来一般采用钢或预应力混凝土。适用范围：适用立体交叉线路、通航江河。跨度不宜过大。主要类型：斜腿刚构，门式刚构。其它特点：一般以以现浇施工为主。吊桥(悬索桥)受力特点：在竖向

3、荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力。需要锚锭或其它结构来平衡拉力。主要材料：高强钢丝，钢绞线。适用范围：跨越能力很强，是跨江跨海跨山涧的公路特大桥首选方案。一般认为跨度在1000米以上是最经济的桥型。主要类型：三跨简支；单跨简支；自锚式。其它特点：施工难度大，反应了现代科技水平。斜拉桥受力特点：斜拉索对主梁提供竖向支撑，主梁有弯矩和轴力。主要材料：高强钢丝，钢绞线。适用范围：跨越能力很强，是跨江跨海跨山涧的公路特大桥。首选方案：跨度在800米以内是较经济的桥型。主要类型：单塔，双塔；斜索面，直索面；漂浮体系，半漂浮体系。其它特点：施工难度极大，对施工控制要求高。组合体系受力特点：由几个不

4、同体系的结构组合而成的桥梁。其种类很 多，实质是利用梁、拱、吊三者的不同组合，使桥梁 的受力更合理，上吊下撑以形成新的结构。以期提高 桥梁的跨越能力。主要材料：钢筋混凝土、预应力混凝土、钢材，高强钢丝， 钢绞线等。使用范围：根据不同情况采用不用的组合形式。主要类型：系杆拱；梁拱组合体系；斜拉拱桥；连续刚构桥 斜拉与悬索组合体系；连续刚构与斜拉组合体系等。其它特点：工艺复杂， 难度大 1.2 检算方法1.旧混凝土梁桥的检算1）荷载：按照规范规定，结合实际需要2）检算内容：（1）确定检算控制截面：跨中、支点、L/4截面、截面突变处、严重缺损截面、其它截面（桥跨较大时）（2）横向分布系数计算：根据不

5、同的桥型，采用不同的方法（杠杆原理法、偏心压力法、铰接板法、比拟正交异性板法）。（3）控制截面内力计算（恒载和活载）。（4）结构次内力（超静定结构）。（5）荷载组合（各控制截面最不利组合）。3）检算要求（1）承载能力极限状态：抗弯承载力和抗剪承载力（2）正常使用极限状态：应力校核、裂缝宽度、结构刚度。横向分布计算方法杠杆原理法：把横向结构(桥面板和横隔梁)视作在主梁上断开而两端简支搁置在主梁上的简支梁或悬臂梁；偏心压力法：把横隔梁视作刚性极大的梁，当计及主梁抗扭刚度影响时，此法又称为修正偏心压力法；横向铰接板(梁)法：把相邻板(梁)之间视为铰接，只传递剪力；横向刚接梁法：把相邻主梁之间视为刚性

6、连接，即传递剪力和弯矩；比拟正交异性板法：将主梁和横隔梁的刚度换算成纵横两向刚度不同的比拟弹性平板来求解，并由实用的曲线图表进行荷载横向分布计算。 横向分布计算对于简支梁桥，按单梁进行计算，配筋比较合理。单梁的内力，要比全桥截面的平均值大内力和荷载是成正比例关系将桥上的荷载乘系数，换算成作用于单梁的荷载1.杠杆法计算横向分布系数基本假定：假设横向联系（横隔板、桥面板）在主梁顶处断开，并简支其上。边梁顶处不断开计算原理：用力平衡的杠杆原理，计算单梁分配的荷载适用范围：支点处横向分布系数的计算，工形组合梁的横向分布系数。杠杆法计算横向分布系数杠杆法计算的中梁横向分布系数值偏大，对边梁的偏小。计算支

7、点处的横向分布系数比较合适。用横向影响线计算荷载分配。杠杆法计算横向分布系数示例公路I级荷载的横向分布系数杠杆法计算横向分布系数示例杠杆法计算横向分布系数示例杠杆法计算横向分布系数示例2. 刚性横梁法（偏心压力法）1）基本假定 将多梁式桥梁简化为由纵梁及横梁组成的梁格，计算各主梁在外荷载作用下分到的荷载桥梁较窄时(B/L0.5)横梁基本不变形。2）基本原理：类似材料力学中杆件偏心受压的计算方法。3）适用范围：B/L0.5，横向连接可靠。4）计算原理（计算公式的推导）（1）纯竖向位移（2）纯转动5）各主梁位移与内力的关系（1）与竖向位移的关系（2）与转角的关系1）竖向位移时的平衡2）转动时的平衡

8、6）内外力平衡7）反力分布图与横向分布影响线反力分布图选定荷载位置，分别计算各主梁的反力横向分布影响线选定主梁，分别计算荷载作用在不同位置时的反力各主梁刚度相等8） 横向分布系数在横向分布影响线上用规范规定的车轮横向间距按最不利位置加载9） 本方法的精度 边梁偏大，中梁偏小3. 考虑主梁抗扭刚度的修正刚性横梁法a3竖向反力与扭矩的关系转动时的扭矩平衡4. 铰（刚）接板（梁）法1）基本假定 将多梁式桥梁简化为数根并列而相互间横向铰接的狭长板（梁）各主梁接缝间传递剪力、弯矩、水平压力、水平剪力。用半波正弦荷载作用在某一板上，计算各板（梁）间的力分配关系2）基本原理 力法原理3）适用范围 通过铰缝连

9、接的空心板结构、没有横隔板的T梁结构。2.铰接板法假定各主梁接缝间仅传递剪力g，求得传递剪力后，即可计算各板分配到的荷载传递剪力根据板缝间的变形协调计算变位系数计算横向分布影响线各板块不相同时，必须将半波正弦荷载在不同的板条上移动计算各板块相同时，根据位移互等定理，荷载作用在某一板条时的内力与该板条的横向分布影响线相同位移互等定理板条相同横向分布系数在横向分布影响线上加栽列表计算、刚度参数计算为计算方便，对于 不同梁数、不同几何尺寸的铰接板桥的计算结果可以列为表格，供设计时查用引入刚度参数半波正弦荷载引起的变形4）铰接梁法 假定各主梁除刚体位移外，还存在截面本身的变形与铰接板法的区别：变位系数

10、中增加桥面板变形项5）刚接梁法 假定各主梁间除传递剪力外，还传递弯矩与铰接板、梁的区别未知数增加一倍，力法方程数增加一倍刚度参数的计算抗扭刚度计算（1）抗扭刚度计算（2）6. 比拟正交异性板法基本假定：将由主梁、连续的桥面板和多横隔梁所组成的梁桥，比拟简化为一块矩形的平板。计算原理：弹性力学适用范围：梁格体系桥梁，宽桥1）计算方法将由主梁、连续的桥面板和多横隔梁所组成的梁桥，比拟简化为一块矩形的平板；求解板在半波正弦荷载下的挠度利用挠度比与内力比、荷载比相同的关系计算横向分布影响线2）比拟原理弹性板的挠曲面微分方程7. 横向分布系数沿桥纵向的变化对于弯矩由于跨中截面车轮加载值占总荷载的决大多数

11、，近似认为其它截面的横向分布系数与跨中相同在电算中纵桥向可以采用不同的横向分布系数横向分布系数沿跨径变化（通用）4.3.3 主梁内力计算(1) 恒载内力计算(2) 活载内力计算(3) 内力组合1.恒载内力计算恒载内力与荷载的加载过程相关，因此必须严格按照施工顺序（分阶段）来计算。为了简化起见，习惯上往往将沿桥跨分点作用的横隔梁重量、沿桥横向不等分布的铺装层重量以及作用于两侧的人行道和栏杆等重量均匀分布地分摊给各主梁承受。对于较大跨径的简支梁，一般还应计算跨径四分之一截面的弯矩和剪力。如果主梁沿桥轴方向截面有变化，例如梁肋宽度或梁高变化，则还应计算截面变化处的内力。 对于一般小跨径的简支梁，通常

12、只需计算跨中截面的最大弯矩和支点截面及跨中截面的剪力。跨中与支点之间各截面的剪力可以近似地按直线规律变化，弯矩可假设按二次抛物线规律变化，即： 2.活载内力计算车道荷载由一个均布荷载和集中荷载组成。 均布荷载效应： 集中荷载效应：车道荷载总效应： 计算弯矩时可以不考虑横向分布系数沿跨径的变化，而计算剪力时必须考虑。人群荷载为均布荷载：算例（见课本）内力包络图内力包络图 沿梁轴各截面处，将控制设计的内力值，按比例绘成纵坐标，所成之图内力包络图的特点内力包络图的作用3.旧拱桥的检算1）双曲拱桥(p92) 对结构计算有影响的主要缺陷： a. 裂缝，分主拱圈裂缝、拱上建筑裂缝和其他裂缝； b. 拱轴线

13、变形，拱顶下挠； c. 拱脚变位。2）桁架拱桥(p92)3）刚架拱桥(p93)4）钢筋混凝土肋拱桥：拱顶正弯矩或者拱脚负弯矩过大导致裂缝；拱上建筑病害与双曲拱桥类似；拱轴线在拱顶下沉。5）旧拱桥分析模型的特殊考虑对旧拱桥的跨径与矢高的考虑 （1）主要尺寸应按旧拱圈实际跨径与矢高来考虑。 （2）建模时，拱轴线尽量采用实际的数值。 （3）跨径尽量取实际数值。 （4）考虑实际的矢高及相应修正的拱轴线建立计算模型。对主拱圈已有裂缝的考虑 （1）裂缝位置按铰接考虑； （2）对承载力进行折减；对横向联系的考虑 （1）横向联系完整时，按全截面计入刚度； （2）病害严重的横向联系，不考虑或者刚度折减。拱上建筑

14、开裂的影响 对拱上建筑计算时，开裂处按铰接考虑；对主拱，不考虑拱上建筑影响。材料的弹性模量取值：一般可按规范选取。3.钢结构桥梁检算 强度、刚度、稳定性、疲劳 第二章 混凝土结构承载能力及耐久性评估2.1 在役混凝土结构的承载能力与耐久性评估的基本概念 2.2 考虑钢筋腐蚀影响的承载能力评估方法 2.3 公路桥梁承载能力检测评定与荷载试验技术基本内容 大量既有桥梁的正常使用功能和安全性存在不同程度的隐患和缺陷，其原因主要来自以下几个方面：1）桥梁设计和施工质量存在缺陷；2）上世纪修建的桥梁普遍荷载等级不够，不能满足现代交通的要求；3）桥梁在长期的使用过程中存在不同程度的损伤（如结构开裂、变形过

15、大、疲劳、支座或墩台沉陷等）；4）超载导致结构的损伤进一步加剧，从而降低了结构的正常使用寿命；5）在洪水、台风、地震等自然灾害作用下结构受损、成为危桥、限载使用等等。 既有桥梁的承载力评估和加固是建立和完善桥梁管理系统的重要环节。评估桥梁的承载力已经成为欧美日澳等先进国家桥梁安全性、可靠性和耐久性研究的热门课题。桥梁承载力评估与设计的区别：桥梁评估主要关心既有桥梁结构体系基本性能的预测和未来的安全性。桥梁评估与桥梁设计有明显的不同：1）桥梁已使用至今，它或许不出于初始设计时的形态，或具有初始设计时的强度和其它性能，但是已经存在损伤，如腐蚀和疲劳；2）有些荷载可能已经超过设计值；3）新建桥梁结构

16、设计与既有桥梁的结构评估的主要不同在于分析者有用信息的数量和类型。评估现有结构采用设计准则的费用很高。在新桥设计中，使用保守的方法可能只稍微增加总的建造费，而在既有桥梁的评估中采用这样的方法就可能预测桥梁明显发生破坏，从而导致不必要的维修、加固。2-1 在役混凝土结构的承载能力与耐久性评估的基本概念 混凝土结构受到损伤后，需要对结构损伤的原因和程度进行分析，对损伤对结构承载能力及耐久性的影响进行评估，其主要内容是： 考虑结构损伤影响的承载能力评估 在役结构剩余使用寿命评估 在评估分析的基础上，根据经济技术条件，制定科学的维修加固方案，提出结构处理措施。 评估现有结构的安全可靠性的核心问题是确定

17、考虑结构病害损伤后的结构承载能力。 公路旧桥承载力评定的基本思路：在桥梁现状检查的基础上，依据桥梁结构材质状况检测结果、结构固有模态参数测定以及荷载调查分析情况等，确定检算系数、折算系数、恶化系数以及活载修正折减系数的合理取值，并将其反应在结构抗力的表达式中，然后借助桥梁结构设计或竣工资料，通过结构检算分析，进行荷载效应和抗力效应比较，对桥梁承载能力作出评定。桥梁结构的承载能力评定通常采用以下三个途径： 根据相关规范要求对照桥梁的存在的缺陷及病害进行综合评定例如我国公路养护技术规范中对桥梁技术状态标准和裂缝宽度，都做了规定。依此标准将桥梁技术状况划分为五类。 现场荷载试验评估方法 通过现场荷载

18、试验（静载试验和动载试验）可直接检测结构的实际承载力。荷载试验与理论计算分析相结合是比较符合实际的承载力评定方法，但试验设备复杂，技术难度高，经费支出大，目前尚难以大规模推广应用。 理论计算分析评估方法 在现场调查和病害检测分析的基础上，考虑结构病害、损伤的影响，按现行规范计算结构承载力是国内采用的承载力评估的主要方法。 结构的剩余使用寿命预测是耐久性评估的核心内容。结构的剩余寿命系指在不加维修或正常维修及正常使用条件下，结构可能继续使用的年限。钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素，因此， 一般将钢筋锈蚀作为判断混凝土结构使用寿命终结的标准。混凝土结构剩余寿命评估是个目前尚未很好

19、解决的科研课题，它涉及到钢筋锈蚀破坏机理和钢筋锈蚀胀力模型的研究和耐久性终结标准的确定。目前，对在役结构的耐久性评估和剩余寿命预测，大多还是依赖有经验的工程技术人员作出经验性评价和处理意见。既有桥梁承载能力评估方法1）基于静力的评估方法 是典型的桥梁承载力评估方法，以结构分析、工程经验判断和现行规范结合为基础，结合实桥的无损检测和静载试验的结果进行评估。评估规范（中美两国规范对比）：2）基于动力的评估方法 结构的动态和静态均为结构工作性能的表征，静态是动态的一种特例，利用计算机、高精度的动态测试仪器、分析软件来精确地测试和分析结构地动态性能，进而评估桥梁的承载力。3）联合两种方法，相互补充、相

20、互校核表1 中美两国桥梁承载力评估对比基于静力的承载能力评估 原结构检算 原结构检算是基于原设计图纸无图纸时，应实测有关设计结构尺寸参数），对持久状况桥梁结构承载能力极限状态、正常使用极限状态和持久状况桥梁地基与基础的承载能力进行验算。 基于检测结果的承载能力评定 根据桥梁结构或构件的检测评判结果，确定承载能力检算系数、恶化系数和截面折减系数以及活载影响修正系数的合理取值，对持久状态桥梁结构承载能力极限状态、正常使用极限状态和持久状态桥梁地基与基础的承载能力进行评定。 荷载试验鉴定 当通过桥梁调查检测与检算分析不足以鉴定桥梁承载能力时，可采取荷载试验测定桥梁在荷载作用下的实际工作状态，结合桥梁

21、调查、检测与检算来评定桥梁的承载能力。2-2考虑钢筋腐蚀影响的承载能力评估方法1、钢筋锈蚀对结构承载力的影响 混凝土中的钢筋腐蚀是造成混凝土结构损伤，影响结构承载能力的最主要因素，其主要表现是： 钢筋腐蚀后，使钢筋的有效截面面积减少； 钢筋腐蚀后，力学性能劣化，强度降低； 钢筋腐蚀后，混凝土保护层开裂甚至脱落，使混凝土的有效断 面减少； 钢筋腐蚀后，钢筋与混凝土之间的粘结性能退化，影响钢筋与混凝土的共同工作。 （1）腐蚀钢筋的屈服强度和极限强度 钢筋腐蚀对其力学性能的影响取决于腐蚀程度。试验研究表明，腐蚀钢筋的屈服强度与相应的截面损失率之间的关系，基本上服从线性关系。 有研究人员在综合分析试验

22、资料的基础上，给出了腐蚀钢筋实际屈服强度和极限强度计算表达式为（2-1） （2-2） （2）腐蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能退化对承载力的影响。 混凝土中的钢筋腐蚀后，在钢筋与混凝土接口上生成疏松的锈层，破坏钢筋表面与混凝土之间的化学胶结力，并降低了钢筋与混凝土之间的摩擦力；对变形钢筋横肋的锈蚀将降低钢筋和混凝土之间的机械咬合力，保护层混凝土锈胀开裂甚至脱落，则降低外围混凝土对钢筋的约束，所有这些因素都将导致钢筋与混凝土之间的粘结性能退化。 钢筋腐蚀引起的钢筋与混凝土之间粘结性能退化，将导致钢筋与混凝土不能很好的协同工作。钢筋发生严重腐蚀时，钢筋与混凝土之间的粘结力显著降低，钢筋与混凝土之间共同

23、工作能力减弱，梁的受力特征接近于无粘结预应力拉杆或配有普通钢筋的无粘结预应力梁。由于目前人们对钢筋腐蚀引起的粘结力退化规律及其对受拉钢筋强度发挥的影响程度还不十分清楚，因此，现今只能用一个协同工作降低系数来考虑粘结退化的影响。协同工作降低系数与钢筋锈蚀量或锈胀裂缝宽度有关。冶金建筑科学研究院的试验研究表明，钢筋的截面损失率大于10%时，钢筋与混凝土之间的粘着力显著降低，应考虑钢筋与混凝土协同工作降低系数的影响，建议将其承载力乘以0.80.9的系数。（2-3） 2、考虑钢筋腐蚀影响的承载能力计算（1）正截面抗弯承载力 按规定，构件承载能力极限状态的基本方程式为： 对使用多年的在役结构进行承载能力

24、评估时，应考虑钢筋腐蚀的影响。其承载力计算基本方程与一般钢筋混凝土构件基本相同，只是在计算钢筋应力项时，应采用腐蚀钢筋的实际屈服强度和腐蚀后的有效截的面积，并计入协同工作降低系数，考虑钢筋与混凝土之间粘结性能退化的影响。 考虑钢筋锈蚀影响的受弯构件正截面承载力计算的基本方程可由内力平衡条件求得 图2-1 考虑钢筋腐蚀影响的受弯构件正截面承载力计算简图 （2-4） （2-5） 公式的适用条件是 （2-6） （2-7） 应该指出，公式（2-4）和（2-5）是针对受拉钢筋腐蚀的单筋T形截面导出的，由于计算中不考虑受拉区混凝土的抗拉作用，因此，在公式中未计入钢筋腐蚀引起的混凝土截面损伤。如果受压区混凝

25、土截面损失较大时，则应考虑其对承载力的影响。（2）斜截面抗剪承载力 对在役结构的斜截面抗剪承载力计算，应考虑斜裂缝对混凝土抗剪承载力的影响，及钢筋锈蚀对箍筋和弯起钢筋抗剪承载力的影响。斜截面抗剪承载力计算表达式可改写为下列形式。 （2-10） （2-9） （2-8） 式中：cs考虑斜裂缝对混凝土抗剪承载力影响的修正系数，根据相关研究试验结构，建议： 斜裂缝宽度小于0.2mm者，取cs0.835； 斜裂缝宽度大于0.2mm者，取cs0.78。sv、 sb分别为考虑钢筋腐蚀影响的箍筋和弯起钢筋屈服强度折减系数，其数值按公式(2-7)计算。 在对桥梁结构病害检测分析和鉴定评估的基础上，根据技术经济条

26、件和使用要求，有针对性地制定加固方案。 2.3 公路桥梁承载能力检测评定与荷载试验技术87主要内容公路桥梁承载能力检测评定新思路及基本方法公路桥梁荷载试验技术实例1. 公路桥梁承载能力检测评定新思路及基本方法1.1 桥梁评定的一般概念 桥梁评定是对桥梁在规划使用期限内的使用功能和承载能力作出评价。其内容应包括安全性、耐久性和适用性三个方面。通常包括桥梁使用价值、使用功能和结构承载能力等三个方面的评价。使用价值评价，属于宏观评价的范畴。通常在对桥梁进行了直观和微观评价，确定桥梁在使用功能和承载能力的利用价值之后，还需从宏观技术经济的角度对旧桥在规划使用期限内的使用价值进行评估。对高速公路和一般公

27、路分别以30年和20年作为规划使用期限。1.1.1 使用价值评价1.1.2 使用功能和结构承载能力评定对桥梁在规划使用期限内的使用功能和承载能力的评价，分属于直观和微观评价的范畴，是桥梁状况评价的重点，为人们所说的通常意义上的桥梁评定。一般说来，这一桥梁评定包含了一般评定和适应性评定两部分内容。1.1.3 一般评定一般评定是依据桥梁定期检查资料，通过数量级评定方法对桥梁各部件技术状况作出综合评定，进而确定出桥梁的技术等级，提出各类桥梁的养护措施。1.1.4 适应性评定桥梁适应性评定：主要是依据桥梁定期及特殊检查资料，结合试验与结构受力分析，评定桥梁的实际承载能力、通行能力、抗洪能力，提出桥梁养

28、护、改造方案。适应性评定应委托有相应资质及能力的单位进行。评定周期一般为3-6年，评定工作可与桥梁的定期检查、特殊检查结合进行。目前大部分公路还没有开展桥梁适应性评定。适应性评定包括了承载能力适应率、通行能力适应率、洪水宣泄能力适应率和承载能力评定等四方面的内容，前三方面均以路线为单位，表征公路桥涵的整体适应性。承载能力评定则是针对单座桥梁的，通常在一般评定的基础上，结合检算分析和荷载试验，对桥梁实际承载能力作出评定。1.2 公路桥梁承载能力评定方法基于桥梁调查、结构检算必要时进行荷载试验的评定方法（交通部在1988年颁布试行的“公路旧桥承载能力鉴定方法” ）结合桥梁检测评定结果进行结构检算分

29、析必要时再进行荷载试验的评定方法（部规范项目“公路桥梁承载能力检测评定规程”，西部科研项目“公路旧桥检测评定与加固技术研究及推广应用 ”）直接采用荷载试验评定的方法结构检算辅助某些特殊荷载试验的评定方法1.2.0 公路桥梁承载能力评定的基本方法介绍公路桥梁检测评定的流程图1.2.1 现有桥梁承载能力评定方法（基于桥梁调查、结构检算必要时进行荷载试验的评定方法）(1) 目前公路行业广泛应用的旧桥承载能力评定方法是我国交通部在1988年颁布的“公路旧桥承载能力鉴定方法”（试行），该方法主要是基于荷载试验评定方法的，同时也提出了基于桥梁外观检测评定方法。对旧桥承载能力的检算基本上是按现行的有关公路桥

30、梁设计规范进行，并根据桥梁的调查、检算及荷载试验情况，采用旧桥检算系数Z1和 Z2，对检查结果进行适当的修正。基主要适用于砖、石、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土桥。现有桥梁承载能力鉴定的一般流程新方法拱 桥 Z1 值 表 梁 桥 Z1 值 表 (2) 承载能力鉴定的途径是，先对桥梁现状进行检查，确定出旧桥检算承载能力的折减或提高系数，即确定旧桥旧检算系数Z1，再接现行的桥梁设计规范，根据检查获得的桥梁基础位移、结构变形、构件开裂及其它破损等情况，对结构抗力效应考虑引入不大于1.2的结构检算系数进行结构强度和稳定性检算。(3) 然后，根据检算的主要指标超限情况（30%以内），确定是否需进一步采

31、用荷载试验进行承载能力鉴定。对经荷载试验的桥梁，则需根据荷载试验结果重新确定旧桥检算系数Z2，再进行结构强度和稳定性的校核。(4) 荷载试验评定桥梁承载能力的要点校验系数 ：校验系数是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标。 一般要求值不大于1，值越小结构的安全储备越大，值过大或过小都应该从多方面分析原因。实测值与理论值的关系曲线中荷载与变位呈线形关系相对残余变位（或应变）或应变）越小说明结构越接近弹性工作状况，动载性能对桥梁承载能力的影响可参考其他有关资料进行分析。A、结构工作状况当荷载试验项目比较全面时，可采用荷载试验主要挠度测点的校验系数来评定结构的强度和稳定性。检算时用荷载试

32、验后的旧桥检算系数代替前述的旧桥前述的旧桥检算系数Z1，对桥梁结构抗力效应予以提高或折减。B、结构的强度及稳定性C、地基与基础主要根据下墩台沉降、水平位移及倾角以及变位的恢复情况来做出评价D、结构的刚度要求 试验荷载作用下，主要测点挠度校验系数应不大于1。 E、裂缝 试验荷载作用下绝大部份裂缝宽度应不大于下表所规定的允许值。(5) 经过荷载试验的旧桥检算系数Z2取值当荷载试验项目比较全面时，根据校验系数来确定检算系数的取值。经过荷载试验的旧桥检算系数Z2值表 Z20.4及以下0.50.60.70.80.91.01.201.301.151.251.101.201.051.151.001.100.

33、971.070.951.05(6) 现有旧桥承载能力评定方法的不足“鉴定方法”在检算要点、检算方法等方面规定的过于原则，造成检算人员对不同桥型易在计算模式选取和边界条件处理等方面会产生不同的理解，可能会导致检算结果不同，甚至出现相反的结论。“鉴定方法”确立的旧桥承载能力评定方法主要是在结构检算的基础上进行荷载试验鉴定。但由于其对桥梁检查和检测结果在检算中如何应用、检算系数取值的定量问题以及试验结果评定等方面存在明显不足，使得基于检测结果的计算分析评定方法无法应用，而需大量借助昂贵的荷载试验对旧桥加以鉴定。 尽管荷载试验鉴定比较直观，但由于受荷载试验费用高，试验时需要中断交通等因素的影响，使得这

34、一“方法“的实际应用受到一定的限制。检算要点、检算方法等方面规定的过于原则荷载试验大多是非破坏性，试验荷载基本上是短期荷载，反映的是结构的短期行为，不能反映结构的极限性能、疲劳性能以及在鉴定期内今后材料强度和结构响应的不定性以及耐久性检测指标等因素对结构承载能力的影响。1.2.2 现有旧桥承载能力评定方法的改进在现有旧桥承载能力评定的基础上，通过表观缺损检查结果，混凝土强度检测和结构模态测试结果综合确定Z1。根据结构表观质量检查结果、材质状况检测试验结果和活载调查结果，引入承载能力恶化系数、截面折减系数和活载影响修正系数，进行结构承载能力检算分析。(1) 基于检测的承载能力评定方法指标体系(2

35、) 新方法研制的一个关键点和四大难点 研究建立的基于结构检查、检测结果的以计算分析为主，必要时再进行荷载试验的结构承载能力检测评定方法体系。这是本方法研制的关键点。 在桥梁现状检查的基础上，结合桥梁结构材质状况检测结果、结构固有模态参数测定合理确定检算系数（Z1），是研究的一大难点。 如何依据桥梁现状检查和结构材质状况检测结果，综合确定结构检算折减系数和恶化系数，是研究工作的第二大难点。 基于汽车活载调查分析结果，准确确定活载影响修正系数，以更加准确地分析桥梁结构地荷载效应，是本次研究工作的第三大难点。修订完善现有公路旧桥荷载试验指标评价体系，是研究工作的第四大难点。 (3) 桥梁承载能力评定

36、新思路流程图老方法(4) 检算系数的确定承载能力检算系数是根据结构或构件的实际技术状况，对结构或构件的抗力进行折减或提高。 砖、石及混凝土结构与配筋混凝土结构的承载能力检算系数，应综合考虑桥梁结构或构件表观缺损状况、材质强度和桥梁结构固有模态等的检测评定结果加以确定。德尔菲（Delphi）专家评分法层次分析法(AHP)返回 (5) 承载能力恶化系数的确定 承载能力恶化系数是考虑鉴定期内桥梁结构质量状况进一步衰退恶化产生的不利影响，通过承载能力恶化系数来反映这一不利影响可能造成的结构抗力效应的降低。 (6) 截面折减系数的确定 截面折减系数主要是考虑砖、石及混凝土结构与配筋混凝土结构由于材料风化

37、、碳化、物理与化学损伤以及由于钢筋腐蚀剥落造成的钢筋有效面积损失对结构构件截面抗力效应的影响。 (7) 活载影响修正系数的确定 活载影响系数是考虑了实际桥梁所承受的汽车荷载与标准汽车荷载之间的差异，在桥梁的运营过程中，特别是在一些有特殊意义的路线上的桥梁，如在矿区以及港口地区,经常有一些大吨位的车辆通过，而且超载现象也很严重。而我们对桥梁承载能力评定的一个主要目的就是看它是否能满足当前状态下的交通荷载。因此我们在评定桥梁承载能力时，有必要对其荷载特征进行分析，找出与标准荷载的差异，研究这种差异对桥梁承载能力的影响。引入活载影响修正系数的目的：对于频繁通行大吨位车、超重运输严重及交通量严重超限的

38、重载交通桥梁应考虑实行运营荷载状况对结构承载能力所造成的不利影响。在进行荷载效应组合时可引入活载影响修正系数适当的提高汽车检算荷载效应，以反映桥梁实际承受荷载情况。汽车荷载分布的特征主要表现在三个方面：1、交通量；2、期望值；3、轴重的频遇值交通量反应了桥梁所承受的荷载总量，通常可以用典型代表交通量来表示。期望值桥梁荷载的平均水平。轴重频遇值反应荷载超过某一水平的频繁程度。通过以上三个方面基本可以反应了实际汽车荷载的分布特征，因此通过对这三方面的调查便能表征出实际汽车荷载与设计荷载分布模式之间的差别。由于荷载分布模式的变化从而导致出现相同等级的荷载的发生概率有所改变。(8) 经荷载试验后的检算

39、系数Z2的确定 当结构工作状况、裂缝及其扩展情况等的评定分析结果满足有关规定时，可采用荷载试验实测的主要挠度测点和主要应力测点的校验系数（两者中取较大者）确定桥梁承载能力检算系数，然后用Z2代替Z1按重新进行承载能力极限状态、正常使用极限状态鉴定计算，若计算结果符合要求，则可评定桥梁承载能力满足检算荷载要求。 以持久状况桥梁结构承载能力极限状态评定计算为例： 2. 公路桥梁荷载试验技术 桥梁结构试验是桥梁结构专业的一门基础技术科学，它是对桥梁的结构物进行直接测试的一项科学试验工作。其主要任务是通过有计划地对结构物加载后的性能进行观测和对测量参数(如位移、应力、振幅、频率等)进行分析，以了解桥梁

40、实际工作状态，对结构物的工作性能作出评价以及对桥梁结构的承载能力和使用条件作出正确估计，并为发展桥梁结构的计算、评定理论提供可靠依据。其目的是通过荷载试验，了解结构在荷载作用下的实际工作状态，综合分析判断桥梁结构的安全承载能力和使用条件。 2.1.1 荷载试验的目的2.1 荷载试验概述 2.1.2 桥梁结构试验分类 根据不同的试验目的，桥梁结构试验可分为研究性试验和鉴定性试验根据试验荷载作用性质的不同，桥梁结构试验可分为静载试验和动载试验 依据试验对结构所产生的后果，桥梁结构试验又可分为破坏性试验和非破坏性试验 按照结构实验持续的时间的长短，可分为长期观测试验和短期观测试验 鉴定性试验 具有直

41、接的生产目的，一般以真实结构为试验对象，通过试验鉴定对实际结构作出技术结论。鉴定性试验常用来解决以下几方面的问题：1. 检验结果质量，说明工程的可靠性。对一些比较重要的结构物或采用新计算理论、新材料及新工艺的结构物，在建成之后要求通过试验综合鉴定其质量的可靠程度；对于成批生产的预制构件，则在出厂或安装之前，需要按照试验规程抽样试验以推断成批产品的质量。2. 判断结构的实际承载能力和使用条件，为改建和扩建工程提供了数据。当旧桥梁结构需要拓宽或需要提高其使用荷载等级时，往往要求通过荷载试验来确定这些旧桥梁结构的承载潜力和使用条件，这对于那些缺乏技术资料的旧桥梁结构更为必要。3. 处理工程质量事故，

42、提供技术依据。对于在建造或使用过程中产生严重缺损或遭受地震、火灾、爆炸等灾害而损伤的桥梁结构，常需通过荷承试验，分析桥梁缺损产生的原因，掌握其变化规律，了解其实际承载能力，为进行技术处理提供依据。鉴定性试验总是在比较成熟的设计理论的基础上进行的，离开了这样的理论指导，鉴定试验就会成为盲目的试验。 鉴定性试验本身也具有重要的科学价值。根据一定标准或规范进行的鉴定性试验所提供的大量数据资料是发展与充实结构设计理论的一条主要途径。2.1.3 桥梁结构试验的一般过程及基本要求 桥梁荷载试验一般包括静力荷载试验与动力荷载试验两部分。一般情况下，桥梁结构试验可分为四个阶段，即试验计划、试验准备、加载试验与

43、观测以及试验资料整理分析与总结。试 验 计 划 阶 段 鉴定性试验，应收集和研究有关的设计原始资料、设计计算书、施工、监理及养护等方面的技术资料，需对桥梁结构进行实地考察以检查结构物的设计质量和施工质量，并需详细了解结构物的使用情况和当前技术状况或主要存在问题，在经过必要的检算其后方可拟订试验大纲或方案。返回 试验准备阶段 试验准备工作要占全部试验工作的大部分时间，工作量最大。试验准备工作的好坏以及充分与否直接影响到试验能否顺利进行和能获得试验结果的多少。特别是在现场鉴定性试验中，试验准备工作很为复杂，工作条件也很差，即使极小的疏忽大意也会使试验不能取得预期的结果或使试验结果不够理想，因此切务

44、低估准备工作阶段的复杂性和重要性，应细致、认真地做好每一项准备工作。 返回 加载试验与观测阶段 加载试验与观测阶段是整个试验工作的中心环节，应按照预定的试验计划进行各项具体的试验内容，运用各种配备得当的测试仪器和设备，观测结构受载后的工作状况，并记录观测数据和资料，重要的量测数据应在加载试验中随时整理分析并与事先估算的数值作比较，发现有反常情况时应及时查明原因，待问题弄清后才能继续试验。返回 试验资料整理分析与总结阶段 试验资料的整理分析包括两部分工作。第一部分将所有的原始资料整理完善，即原始资料的整理及归档的过程。第二部分是进行数据处理。即通过科学的分析处理，去伪存真，去粗取精。 通过对试验

45、测试结果的分析研究，应对试验得出的规律和一些重要现象作出解释，将试验结果和理论值进行比较，分析产生差异的原因并作出结论，写出试验总结报告。总结报告中应提出试验中发现的新问题以及进一步的研究计划。 返回 2.2 试验计划的制定 试验项目 加载方案 测点布设 观测方案 安全措施 荷载试验计划的主要内容包括： 2.3 试验准备工作 试验孔的选择 观测脚手架搭设及测点附属设施设置 静载试验加载位置的放样与卸载位置的安排 试验人员的组织与分工 其它准备工作 2.4 静载试验加载方案与实施加载试验项目的确定 试验控制荷载的确定 试验荷载的加载分级与控制加载设备的选择 加载物重力的称量 继续 返回 返回 2

46、.5 静载试验观测方案与实施 静载试验的基本观测内容 静载试验观测内容的确定原则 测试仪器、仪表的选择试验观测与记录 裂缝观测 继续 1、静载试验的基本观测内容如下(1) 结构的最大挠度和扭转变位，包括桥梁上、下游两侧的挠度差及水平位移等；(2) 结构控制截面最大应力（应变），包括混凝土表面应力和最外缘钢筋应力等；(3) 支点沉降、墩台位移与转角，活动支座的变位等；(4) 桁架结构支点附近杆件及其它细长杆件的稳定性；(5) 裂缝的出现和扩展，包括初始裂缝的出现，裂缝的宽度、长度、间距、位置、方向和性状，以及卸载后的闭合状况；(6) 温度变化对结构控制截面测点应力和变位的影响。2、根据桥梁调查和

47、检算的深度，综合考虑结构特点和桥梁技术现状等，可适当增加以下观测内容(1) 桥跨结构挠度沿桥长或沿控制截面桥宽的分布；(2) 结构构件控制截面应变分布图，要求沿截面高度分布不少于5个应变测试点，包括最边缘和截面突变处的测点；(3) 控制截面的挠度、应力（或应变）的纵向和横向影响线；(4) 行车道板跨中和支点截面挠度或应变影响面；(5) 组合构件的结合面上、下缘应变；(6) 支点附近结构斜截面的主拉应力；(7) 控制断面的横向应力增大系数。1、 静载试验的测点布设应满足分析和推断结构工作状况最低的需要，测点的布设不宜过多，但要保证观测质量。主要测点的布设应能控制结构最大应力（应变）和最大挠度（位

48、移）。对重要的测点宜采用两种测试方法校对测量。2、挠度观测测点布置：对于整体式梁桥，一般对称于桥轴线布置，截面设单点时，布置在桥轴线上；对于多梁式桥，可在每梁底布置一个或两个测点。3、截面抗弯应变测点应设置在截面横桥向应力分布较大的部位，沿截面上、下缘布设，横桥向测点设置一般不少于3处，以控制最大应力的分布。4、当采用测定混凝土表面应变的方法来确定钢筋混凝土结构中钢筋承受的拉力时，考虑到混凝土表面已经和可能产生的裂缝对观测的影响，因而测点的位置应合理进行选择，如凿开混凝土保护层直接在钢筋上设置拉应力测点，则在试验完后必须修复保护层。静载试验观测内容的确定原则5、对于剪切应变测点一般采取设置应变

49、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。6、当结构横向联系构件质量较差，联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向挠度变化的方法来进行计算或用两种方法互校。7、选择与大多数测点较接近的部位布置12处气温观测点。此外，根据需要可在结构主要控制截面布置结构温度测点，以观测结构温度变化对测点应力和变位的影响。布设于结构上的温度测点应能反映结构温度的内外表面差异、向阳与背阴面差异

50、、迎风面与背风面差异以及上面与下面的差异。一般原则(1) 所用仪器、仪表数据采集设备应是经过计量检定的；(2) 选择仪器仪表应从试验的实际需要出发，选用的仪器仪表应满足测试精度的要求，一般要求不大于预计测量值的5%；(3) 在选用仪器仪表时，既要注意环境条件，又要避免盲目地追求精度，应根据实际情况，慎重选择和比较，采用符合要求又简易的量测装置；(4) 量测仪器仪表的型号、规格，在同一试验中种类愈少愈好，尽可能选用同一类型或规格的仪器仪表。(5) 仪器仪表应当有足够的量程，以满足测试的需要。 量测仪表的主要性能指标 1. 量程：仪器能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围称为仪表的量程或量测范围

51、. 2. 刻度值：仪器指示装置的最小刻度所代表的被测量的数值。 3. 精确度(精度)：仪器指示与被测值的符合程度。 目前国内外都还没有统一的仪表精度的表示方法，常以最大量程时的相对误差来代表精度，并以此相对误差值来判定仪表的精度等级。例如一台精度为0.2级的仪表，意思是测定值的误差不超过最大量程的0.2% 4. 灵敏度：一般来说，仪器灵敏度是指在做静态量测时单位输出量所引起的仪表输出值的变化，对于不同用途的仪表，灵敏度的单位也各不相同，如百分表的灵敏度单位是毫米毫米，测力传感器的灵敏度单位是应变/千克。有些仪表的灵敏度还有另外的含义，使用时应相对其说明书，以了解其确切的含义。 5. 分辨率：使

52、仪器输出量产生能观察出变化的最小被测量。 6. 滞后：仪表的输入量从起始量程增至最大量程的测量称为正行程，输入量由最大量程减至起始量程的测量称为反行程。同一输入量程正反两个形成输出值间的偏差称为滞后。常以全量程中的最大滞后值与满量程输出值之比表示。 7. 零位温漂和满量程热漂移：零位温漂是指当仪表的工作环境温度不为20时零位输出温度的变化率。 满量程热漂移是指当仪表的工作环境温度不为20时满量程输出随温度的变化率。 它们都是温度变化的函数，一般由仪表的高低温试验得出其温漂曲线并在试验值中加以修正。 除上述性能外，对于动力试验量测仪表的传感器、放大器及显示记录仪器等各类仪表需考虑下述特性。8.

53、线性范围：保持仪表的输入量和输出信号为线性关系时，输入量的允许变化范围。在动态量测中，对仪表的线性度应严格要求，否则将对量测结果引起较大的误差。9. 频响特性：指仪器在不同频率下灵敏度的变化特性，常以频响曲线(一般以对数频率值为横坐标，以相对灵敏度为纵坐标)表示。在进行高频动态量测时，应将使用频率限制在频响曲线的平坦部分以免引起过大的量测误差。对于传感器，提高其自振频率将有助增加使用频率范围。10. 相移特性：振动参量经传感器转换成电信号或经放大、记录后在时间上产生的延迟叫相移。若相移特性随频率而变化，则对于具有不同频率成份的复合振动将引起输出电量的相位失真。常以仪器的相频率特性曲线来表示其相

54、移特性。在使用频率范围内，输出信号相对于输出信号的相位差应不随频率改变而变化。量 测 仪 器 仪 表电阻应变片的构造和性能 1. 标距l 电阻应变片纵轴方向的有效长度。2. 使用面积 以标距片宽表示。3. 电阻值R。4. 灵敏系数K 电阻应变片的灵敏系数，其值一般比单阻丝的灵敏系数K0小，因为它还包括了电阻应变片的丝栅形状对灵敏度的影响。一般用抽样法实验确定此值。 5. 应变极限 应变片保持线输出时所能量测的最大应变值。除取决于金属电阻丝的材料性质外还和制作及粘贴用胶有关。一般情况下为(1-3)%左右。6. 机械滞后 试件加载和卸载时应变片(R/R)-特性曲线不重合的程度。7. 疲劳寿命。 8

55、. 零飘 在恒定温度环境中电阻应变片的电阻值随时间的变化。9. 蠕变 在恒定的荷载和温度环境中，应变电阻值随时间的变化。10.绝缘电阻 是指已安装的应变片的敏感栅及引线与被测试件间的电阻值。电阻应变片的构造及常见形式 变位（位移）测量装置 千分表测量装置 便携式轮重称静态应变采集装置 动力测试数据采集装置 采集分析软件 仪表的检查与安装调试(1) 试验前进行检查、标定和必要的误差修正。(2) 采用电阻应变仪进行应变测试时，粘贴电阻片的人员应具有一定的经验，要根据现场温度，湿度等条件选择贴片及防潮工艺，尽量选用与观测应变部位相同的材料制作温度补偿片。补尝片应尽量靠近应变片设置。(3) 采用千分表

56、观测结构表面应变时，在不影响观测的前提下，应尽量使千分表轴线靠近结构表面，以减小测试误差。 (4) 仪表、设备容易受到碰撞扰动的部位应加保护设备、系保险绳或设置醒目的标志，以保证仪表正常工作。 (5) 仪表安装工作一般应在加载试验前完成，但亦不应安装过早，以免仪器受损和遗失。注意仪表安装位置和方法的正确与否。安装完毕应由有测试经验的人员进行检查，有时可利用过往车辆来观察仪表工作是否正常。 (6) 仪表安装完毕后，一般在加载试验之前应对各测点进行一段时间的温度稳定观测。中间可每隔10分钟读数一次，观测时间应尽量选择与加载试验相同的气候条件或选择加载试验前夕。这一观测成果用于衡量加载试验时外界气候

57、条件对观测造成的误差影响范围。或用于测点的温度影响修正。试验观测与记录 (1) 采用人工读表时，仪表的测读应准确、迅速，并记录在专门的表格上，以便于资料的整理和计算。记录者应对所有测点量测值变化情况进行检查，看其变化是否符合规律，尤其应着重检查第一次加载时量测值变化情况。对工作反常的测点应检查仪表安装是否正确，并分析其他可能影响其正常工作的原因，及时排除故障。对于控制测点应在故障排除后，重复一次加载测试项目。(2) 采用计算机自动采集系统读数记录时，应利用系统实时监测功能对控制点的应变或位移进行监控，对测试结果异常现象应及时查明原因并采取补救措施。(3) 仪器安装完毕后，一般在加载试验之前应对

58、各测点进行一段时间的温度稳定观测，中间可每隔10分钟读数一次。观测时间应尽可能选择与加载试验相同的外界气候条件或选择加载试验前夕。这一观测成果用于衡量加载试验时外界气候条件对观测造成误差的影响范围，或用于测点的温度影响修正。 2.6 静载试验测试数据实时处理分析 在加载试验过程中，应对结构变位（应变）较大的测点进行稳定观测，并将最后一个5分钟的增量与第一个5分钟的增量进行比较，以判定结构变位（应变）是否稳定。试验前，应通过分级加载计算确定各荷载工况下主要控制截面测点的应变或变位理论计算值，加载过程中应及时将理论值与实测值进行比较。对结构变位或应变较大的测点，应实时绘制测点变位或应变与荷载的关系

59、曲线，以分析结构所处的工作状态。对于技术状况较差的桥跨结构，应实时绘制桥跨结构挠度纵桥向或横桥向分布曲线，以分析桥跨结构的整体工作性能。 2.7 静载试验的加载控制与安全措施 人员安全仪表设备安全桥梁结构安全 2.8 动力荷载试验脉动试验 行车试验 跳车激振试验 刹车试验2.8.1 动载试验的项目内容包括：(1) 检验桥梁结构在动力荷载作用下的受迫振动特性，如桥梁结构动位移、动应力、冲击系数的行车试验。(2) 测定桥梁结构的自振特性，如结构或构件的自振频率、振型和阻尼比等的脉动试验或跳车激振试验。 2.8.2 动载试验的分类某308 米中承式钢管混凝土拱桥静动荷载试验试 验 目 的 根本目的：

60、对桥梁的质量和工作性能是否与设计相符作出检验与评价。具体目的： 1、通过测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度，并与理论计算值比较，检验实际结构控制截面应力与挠度值是否与设计与规范要求相符。 2、通过测定桥跨结构的自振特性，评定实际结构的动力性能。 3、通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，对实际结构作出总体评价，为交工验收提供技术依据。 试验项目内容1、结构初始状态调查 1)设计、施工、监理等技术资料搜集 2) 结构外观质量检查 3) 恒载作用下吊杆张力的测定 2、结构静力荷载试验1) 检验拱脚附近截面在最不利活载作用下弦杆产生最大轴拉力效应和最大轴压力效应的对称