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1、桥梁荷载试验,江苏省建筑工程质量检测中心有限公司 孙正华 2013年10月26日,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、加载试验与观测以及试验资料整理分析与总结。,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。,试验计划阶段,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
2、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。,试验准备阶段,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。,加载
3、试验与观测阶段,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。,试验资料整理分析与总结阶段,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：,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
4、载位置的安排 试验人员的组织与分工 其它准备工作,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,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,(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
5、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。,返回,1、静载试验的基本观测内容如下：,2、根据桥梁调查和检算的深度，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
6、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
7、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。,返回,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
8、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、迎风面与背风面差异以及上面与下面的差异。,(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
9、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。,一般原则,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. 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
10、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。,量测仪表的主要性能指标,5. 分辨率：使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行程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
11、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。,量测仪表的主要性能指标,8. 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
12、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。,量测仪表的主要性能指标,(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
13、应变片设置。 (3) 采用千分表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。,仪表的检查与安装调试,(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
14、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的误差影响范围。或用于测点的温度影响修正。,仪表的检查与安装调试,(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
15、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。,试验观测与记录,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
16、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。,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,动力荷载试验,脉动试验 行车试验 跳车激振试验 刹车试验,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。,动载试验的分类,荷载试验成果分析
17、与评定,静载试验效率 结构工作状况评定分析 裂缝及其扩展情况的评定分析,桥梁静载试验报告的编制,一、试验概况 二、试验的目的 三、试验方案设计 四、试验日期及试验的过程 五、各项试验达到的精度 六、试验成果与分析 七、试验记录摘录 八、技术结论 九、经验教训 十、有关图片、照片,淮园路景观桥承载能力试验,1、项目概况 2、检测目的及内容 3、荷载试验依据 4、静载试验 5、荷载试验综合结论 6、试验后外观检查 7、结论,目 录,31,项目概况,该桥梁为6m+10m+6m三室箱涵，车行道为双向四车道，设计车速为40km/h，道路总宽度为42m，其中车行道15m。 设计荷载：汽车荷载为公路-级。,
18、32,检测目的及内容,试验目的： 通过检测、计算和荷载试验，检验桥跨结构的强度和刚 度是否满足设计和规范要求；对桥梁的安全状态和能否 满足的承载等级做出评估. (2) 通过荷载试验建立桥梁初始技术档案。,试验内容： (1) 在静载作用下测试桥梁各控制部位的应变； (2) 在静载作用下测试桥梁控制部位的竖向位移（挠度）值。,33,荷载试验依据,1、公路桥梁承载能力检测评定规程JTG/T J21-2011； 2、混凝土结构试验方法标准GB50152-2012； 3、本桥的相关资料。,34,静载试验,采用有限元分析软件建立空间实体模型进行结构分析计算，采用实体单元solid45模拟混凝土结构，共建立
19、47580个节点，划分34560个单元。,测试方案的制定,35,静载试验,根据主梁内力计算结果选择中间涵洞1/2跨截面作为测试正弯矩截面，选取中间腹板与顶板交接面作为测试负弯矩截面。,测试方案的制定,36,静载试验,根据主梁ANSYS内力计算分析。 应变计采用： 振弦式应变计 挠度计： 采用千分表,测点布置方案,37,静载试验,根据主梁ANSYS内力计算分析得。 采用22吨的载重车，荷载效率系数达到98.1%。满足规范要求,荷载布载方案,38,静载试验,根据主梁ANSYS内力计算分析得。 采用22吨的载重车，荷载效率系数达到100.9%。满足规范要求,荷载布载方案,静载试验,静载试验过程测点布
20、设,40,静载试验,静载试验过程测点布设,41,静载试验,静载试验过程测点布设,42,静载试验,静载试验过程-加载车辆,静载试验过程-加载车辆,静载试验,44,静载试验,静载试验过程试验数据查看,45,静载试验,工况一,试验结果,跨中截面（1-1截面）各梁底面实测应变值均小于理论计算值，校验系数在0.290.85之间,相对残余变位不大于20%。,静载试验,工况一,试验结果,跨中截面（1-1截面）挠度测点的实测值均小于理论计算值，校验系数在0.340.49之间,相对残余变位不大于20%。,47,静载试验,工况二,试验结果,2-2截面各梁顶面实测应变值均小于理论计算值，效验系数在0.470.81之
21、间。,48,荷载试验综合结论,按公路桥梁承载能力检测评定规程JTG/T J21-2011中的要求，对于该桥的实测数据，满足下列全部条件。 （1）、弹性变形应力值小于材料设计取值； （2）、量测结构的最大变形没有超过设计标准的容许值。 （3）、量测构件的裂缝宽度没有超过设计标准的容许0.2mm。 认为该桥承载能力满足设计荷载要求,49,荷载试验后外观检查,通过外观检查结果可知，该桥梁在静载试验后未见明显损伤产生。,50,结 论,通过本次桥梁荷载试验结果分析，本桥满足公路标准的公路级荷载要求，桥梁满足正常使用要求。,51,感谢： 江都市建设工程质量监督站的领导对我们省检测 中心的信任与支持。 感谢：江都市沿江开发有限公司和扬州东海混凝土有限公 司，给我们提供的帮助与配合。 感谢：参与本次承载能力荷载试验的所有工作者。,谢 谢 ！,江苏省建筑工程质量检测中心有限公司 孙正华 地址：南京市红山路107号 邮编：210028 电话：13515124665 邮箱：,