桥梁动力静力荷载试验讲座

桥梁荷载试验讲座2012年9月内容提要1.荷载试验基本知识2.荷载试验准备工作3.静力荷载试验4.动力荷载试验5.桥梁检测相关图片第一章：荷载试验的基本知识桥梁荷载试验就是一种比较直观评定桥梁承载力的方法，而且比较为广大工程技术人员所接受。1.1荷载试验的定义是通过对结构进行脉动测试、汽车的行车、跳车、刹车激振或共他方式的激振试验测试桥梁结构上各控制部位的动挠度、动应变、模态参数，然后通过模态参数识别结构的损伤。静力荷载试验是将静力荷载作用在桥梁上的指定位置，测试结构的静应变（应力）、位移（挠度）和裂缝等项目，推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态，评定结构的承载能力和安全性能是否符合设计和使用的要求。荷载试验动力荷载试验（1）工程检验性质：1）验收性荷载试验2）鉴定性荷载试验（2）最大荷载量：1）基本荷载试验2）轻型荷载试验3）重型荷载试验分类主要内容（1）脉动试验（2）跑车试验（3）跳车试验（4）刹车试验哪些桥要做荷载试验呢？1.2荷载试验的条件（1）竣工验收前的新建、改建、扩建和加固的中桥、大桥、特大桥及特殊结构桥梁满足下列条件的桥梁须做荷载试验（2）投入使用后最近五年内未进行荷载试验的桥梁（3）经定期检测评定等级为D级或不合格级，且采用其它检测方法仍难以确定其整体性能和使用功能的桥梁（4）验证结构设计理论的实验性桥梁（5）对于设计中动力问题突出的特大跨度桥梁（如地震区、沿海飓风区、考虑船舶撞击的桥梁），应进行特殊设计的动力荷载试验（6）其它有需要进行承载能力鉴定的桥梁1.3荷载试验的目的新建桥梁1）检验桥梁设计施工质量荷载试验目的既有桥梁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1.4荷载试验的主要内容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荷载试验主要内容包括：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）试验报告编写一般的，以上荷载试验内容主要包含在三个阶段：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）第二章：荷载试验的准备工作2.1试验方案1）试验要求：目的、类型、项目和依据标准。

计划与准备阶段：收集试验桥梁的设计图纸等有关技术资料，考察桥梁的现状和试验环境条件，根据测试项目制定试验计划大纲。试验计划主要包括：2）技术资料调查：原有设计、计算与施工的基本资料，结构现状（包括存在的问题和缺陷）及必要的检算数据报告。3）加载方案：最大荷重、加载设备和加载图式。4）观测方案：观测内容、测点布置、量测方法。5）仪器设备：工作状态、测量精度、检定情况和数量。6）试验程序：加、卸载程序与观测程序，试验终止条件。7）组织与分工：试验组织框架，明确人员分工职责，具体协调要求。8）安全措施：制定桥梁交通安全保障方案，报交管部门批准，明确试验期间人员、施工设施、仪器设备等安全的措施。9）加载试验资料的整理要求。10）试验成果分析与评定内容。2.2试验孔的选择1）该孔（或墩）计算受力最不利

试验孔的选择应结合桥梁调查与检算工作一并进行。对多孔结构中跨径相同的桥孔（或墩）可选择1～3个具有代表性的桥孔进行荷载试验。选择时应综合考虑以下条件：2）该孔（或墩）施工质量较差，缺陷较多或病害较严重3）该孔（或墩）便于搭设脚手架及设置测点或试验加载实施2.2搭设测试支架试验前应对观测测脚手架搭设及及测点附属设施施设置、静载试试验加载位置的的放样与卸载位位置的安排和试试验人员的组织织与分工做详细细的计划安排。脚手架的搭设要要因地制宜、牢牢固可靠，方便便布置安装观测测仪表，同时要要保证不影响仪仪表和测点的正正常工作，且不不干扰测点附属属设施。在不便便搭设固定脚手手架的情况下，，可考虑采用轻轻便灵活的吊架架、挂篮或专用用的桥梁检查设设备（检查车、、检查架等）。几种支架搭设情情况:2.3试验加载位置的的放样与卸载位位置的安排静载试验前应在在桥面上对加载载位置进行放样样，以便于加载载试验的顺利进进行。如加载程程序较少，时间间允许，可在每每程序加载前临临时放样。如加加载程序较多，，则应预先放样样，且用不同颜颜色的标志区别别不同加载程序序时的荷载位置置。静载试验荷载卸卸载的安放位置置应预先安排。。卸载位置的选选择既要考虑加加卸载方便，离离加载位置近一一些，又要使安安放的荷载不影影响试验孔（或或墩）的受力，，一般可将荷载载安放在桥台后后一定距离处。。对于多孔桥，，如有必要将荷荷载停放在桥孔孔上，一般应停停放在距试验孔孔较远处以不影影响试验观测为为度。2.4试验人员的组织织与分工做详细细的计划安排桥梁试验队伍一一般由桥梁结构构工程师、专业业技术测试人员员、仪器仪表工工程师、熟练技技术的不同专业业、不同层次的的人员组成。试试验时应根据每每个试验人员的的特长进行分工工，每人分管的的仪表数目除考考虑便于进行观观测外，应尽量量使每人对分管管仪表进行一次次观测所需的时时间大致相同。。所有参加试验验的人员应能熟熟练掌握所分管管的仪器设备，，否则应在正式式开始试验前进进行演练。为使使试验有条不紊紊地进行，应设设试验总指挥1人，其他人员的的配备可根据具具体情况考虑。。2.4其它准备工作根据加载进行的的项目和桥址处处的交通状况应应作好加载试验验的安全措施、、加载方式的选选择、供电照明明设施、通讯联联络设施、桥面面交通管制等方方面的准备工作作。第三章：静力荷荷载试验3.1试验工况的确定定试验控制截面应应根据具体的测测试项目而定在在满足鉴定桥梁梁承载能力的前前提下，加载试试验项目应抓住住重点，不宜过过多。一般应有有2～3个主要内力或位位移控制截面。。此外，可根据据桥梁具体情况况可设置几个附附加内力控制截截面。桥型主要截面附加截面简支梁跨中最大正弯矩支点最大剪力墩台最大竖向力连续梁支点最大负弯矩跨内最大正弯矩支点最大剪力墩台最大竖向力悬臂梁支点最大负弯矩锚跨跨中最大正弯矩支点最大剪力墩台最大竖向力挂梁跨中最大正弯矩拱桥拱顶最大正弯矩拱脚最大负弯矩拱脚最大水平推力L/4截面最大正弯矩和负弯矩刚架桥跨中最大正弯矩结点最大负弯矩柱脚最大弯矩对于斜拉桥、悬悬索桥等特殊桥桥梁结构，测试试的内容主要包包括主梁最大挠挠度、主梁控制制截面最大内力力、索塔塔顶水水平变位、主缆缆最大拉力、斜斜拉索最大拉力力。其次包括主主梁最大纵向漂漂移；主塔控制制截面最大内力力；吊索最大索索力等。结合结结构设计特点制制订其他检测内内容。注意取值：提高高还是降低、新新桥与旧桥静载试验效率3.2试验控制荷载的的确定荷载试验应以设设计荷载等级相相应的活载效应应控制值或有特特殊要求的荷载载效应值作为试试验控制荷载。根据桥梁需要鉴鉴定承载能力的的荷载：汽车+人群（标准荷载载）、平板挂车车或履带车（标标准荷载）、需需通行的重型车车辆，分别计算算其对控制截面面产生的最不利利荷载效应（内内力和位移），，用产生最不利利荷载效应较大大的荷载作为试试验控制荷载。。为了加载安全和和了解结构应变变和变位随试验验荷载增加的变变化关系。3.3加载分级与控制制1、分级控制的原原则（1）当加载分级较为为方便时，可按按最大控制截面面内力荷载工况况均分为4～5级。（2）当使用载重车加加载，车辆称重重有困难时也可可分成3级加载。（3）当桥梁的调查和和验算工作不充充分，或桥况较较差，应尽量增增多加载分级。。如限于条件，，加载分组较少少时，应汁意每每级加载时，车车辆荷载应逐辆辆缓缓驶入预定定加载位置，必必要时可在加载载车辆未到达预预定加就位置的的分次对控制测测点进行读数监监控，以确保试试验安全。（4）在安排加载分级级时，应注意加加载过程中其他他截面内力亦应应逐渐增加，且且最大内力不应应超过控制荷载载作用下的最不不利内力。（5）根据具体条件决决定分级加载的的方法．最好每每级加载后卸载载，也可逐级加加载，达到最大大荷载后逐级卸卸载。3.3加载分级与控制制2、车辆荷载加载载分级的方法（1）逐渐增加加载车车辆数。（2）先上轻车后上重重车。（3）加载车位于内力力影响线的不同同部位。（4）加载车分次装载载重物。根据各荷载工况况的加载分级，，技弹性阶段计计算结构各测点点在不同荷载等等级下的理论计计算变位(或应变)，以便对加载试试验过程进行分分析和控制。计计算采用的材料料弹性模量．如如已做材料试验验的用实测值，，未做材料试验验的可按规范规规定取值。以上各法亦可综综合采用，以方方便加载分级实实施。3、加卸载的时间间选择主要是考虑温度度变化对试验引引起的影响，一一般以晚10时至晨6时为宜。4、加载分组的计计算3.4加载设备的选择择及加载物称量量1、加载设备的选选择可行式车辆、重重物直接加载2、加载重物的称称量称重法、体积法法、综合计算法法轴重无论采用何种方方法确定加载重重力，均应做到到准确可靠，其其称量误差最大大不得越过5%，最好能采用两两种称量方法互互相校核。3.5测点布置1、主要测点的布布设布没的测点不宜宜过多，但要保保证观测质量。。有条件时，同同一测点可用不不同的测试方法法进行校对。一一般情况下，对对主要测点的布布设应能控制结结构的最大应(应变)和最大挠度(或位移）。2、附加测点的布布设根据桥梁调查和和检算工作的深深度，综合考虑虑结构持点和桥桥梁目前状况等等可适当加设以以下测点：（1）挠度沿桥长或沿沿控制裁面桥宽宽方向分布。（2）应变沿控制截面面桥宽方向分布布。（3）应变沿截面高度度分布。（4）组合构件的结合合面上、下缘应应变。（5）墩台的沉降降、水平位移移与转角，连连拱桥多个墩墩台的水平位位移（6）剪切应变（7）其他结构薄薄弱部位的应应变（8）裂缝的监测测3.6试验观测与记记录1、仪表的测读读与记录主要包括应变变测试仪表和和变形测试仪仪表的测读和和记录2、温度稳定观观测3、裂缝观测3.7加载的实施和和控制1、加载程序重物加载：按按荷载分级逐逐级加载，每每级荷载堆放放位置准确、、整齐稳定。。荷载施加完完毕后，逐级级卸载。车辆加载：用用车辆加载时时，先由零载载加至第一级级荷载、卸载载至零载；再再由零载加至至第二级何载载，卸至零载载……，直至所有荷荷载施加完毕毕(有时为了确保保试验结果准准确无误，每每一级荷载重重复施加1～2次)。每一级荷载载施加次序为为纵向先施加加重车，后施施加前后标淮淮车；横向先先施加桥中心心的车辆，后后施加外侧的的车辆。2、加载稳定时时间控制重所有测点读读数时间必须须基本相等，，在加载前均均需进行零读读数，以后每每次加卸载后后立即读数一一次，并在结结构变位稳定定后，进入下下一级荷载前前再读数一次次。对于结构构变位最大的的测点，需每每隔5min读数一次，以以观测结构变变位相对稳定定与否。每次次测读时，应应记录测试环环境影响因素素如温度、湿湿度等。3.7加载的实施和和控制3、终止加载的的控制条件（1）控制测点应应力（应变））或挠度（变变位）超过计计算控制值和和规范允许值值。（2）超过规范允允许宽度的裂裂缝大量增多多，对桥梁使使用寿命造成成明显影响。。（3）墩台变位超超过允许值且且不能稳定。。（4）发生其它损损坏，影响桥桥梁承载能力力和正常使用用。（5）达到最大试试验荷载。4、重新进行试试验的条件（1）加载步骤错误误。（2）量测系统出现现故障，对采采集数据的质质量有怀疑时时。（3）试验受外界环环境干扰或其其他因素影响响导致试验失失败。3.8试验数据处理理1、试验资料的的修正（1）测值修正（2）温度影响修修正（3）支点沉降影影响修正2、各测点变位位与应变计算算（1）总变形（2）弹性变位（3）残余变位3、试验数据处处理的主要成成果曲线（1）荷载-变形曲线（2）位置-变形曲线（挠挠度沿桥梁纵纵轴线及横向向的分布曲线线）（3）应变沿截面面高度的分布布曲线3.9试验结果评定定1、校验系数（（）试验荷载作用用下测点的实实测弹性值（（Se）与相应的理理论计算值（（Sstat）的比值应满满足公式3.9.1要求。（实测测值可以是挠挠度、应变等等）。2、残余比（δ）卸载后测点的的实测残余值值（Sp）与该测点的的总实测值（（Stot）的比值应满满足公式3.9.2要求。结构类型βαα1η≤1.0η=1.1η=1.2η=1.3η≥1.4预应力混凝土与组合结构0.71.051.071.101.121.150.20钢筋混凝土与圬工结构0.61.101.121.151.171.200.25说明：当静力荷载试验效率η为中间数值时，值可直线内插。3.9.13.9.2β、α、α1取值如下表所所示。3.9试验结果评定定3、在试验荷载作作用下，主要要挠度测点的的实测值不应应超过下表所列限值桥梁类型计算活载挠度限值圬工拱桥一个桥跨范围内正、负挠度的最大绝对值之和不大于L/1000钢筋混凝土与预应力混凝土桥梁桥主梁跨中L/600梁桥主梁悬臂端L1/300桁架、拱L/800斜拉桥预应力混凝土主梁L/500悬索桥预应力混凝土加劲梁L/500钢桥简支或连续桁架L/800简支或连续板梁L/600斜拉桥钢主梁L/400悬索桥钢加劲梁L/4003.9试验结果评定定4、在试验荷载作作用下，裂缝缝宽度不应超超过下表允许值。第四章：动力力荷载试验脉动试验测试内容跑车试验跳车试验刹车试验测定结构的固固有频率、阻阻尼比和振型型等参数测定结构受迫迫振动频率、、加速度、振振幅和冲击系系数等参数。。4.1试验内容4.2试验荷载1、可选择下列形形式之一的激激振荷载测定定桥梁自振特特性（1）环境振动法激激振（2）跳车激振2、可选择跑车、、刹车试验测测定桥梁受迫迫振动特性。。（3）车辆通过桥梁梁后的余振（4）撞击或冲击荷荷载（5）突然卸载（6）运转频率可调调节的起振机机(可测定不同振振型的频率)（7）对于频率低、、柔性大的桥桥梁可用有节节奏行进的人人群荷载跑车试验时宜采采用接近运营营条件的车列列或单辆重车车以不同的车车速通过桥梁梁，试验时车车辆宜匀速通通过；刹车试试验时宜采用用单辆重车在在桥梁动力效效应最大的检检测位置紧急急刹车进行试试验。应根据试验的的目的选择合合适的试验荷荷载。4.3试验实施1、脉动试验应测测试记录桥梁梁振动加速度度，并根据现现场情况，在在结构的敏感感点布置拾振振器。脉动试试验应符合下下列要求：（1）针对不同的试试验目的和桥桥型，测定固固有频率的阶阶数可以不同同，通常悬索索桥、斜拉桥桥不宜少于10阶，连续梁桥桥、刚构桥、、拱桥和简支支梁桥不宜少少于3阶2、跑车和刹车试试验应采用不不同的车速试试验，车速宜宜为5km/h、10km/h、20km/h、30km/h……最大试试验速度。最最大试验速度度以接近最大大允许车速为为宜，现场条条件有限时，，应适当降低低车速。试验验时应全面记记录车桥联动动和桥梁自由由衰减振动的的动态响应，，记录时间不不宜少于30min或以以波形衰减完完为止。试验验车速未到最最大试验速度度前应对控制制测点的响应应值进行适时时监控以确保保试验安全。