桥梁荷载试验（浅析讲解）

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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。荷载试验的目的及主要内容动载试验动载试验：桥梁动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，然后测定其固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数、行车响应等参量，从而判断桥梁结构的整体刚度、行车性能。静载试验静载试验：所谓桥梁静载试验，是将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置，然后对桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量进行测试，从而对桥梁结构在荷载作用

2、下的工作性能及使用能力作出评价。一、荷载试验的目的：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。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）试验报告编写一般程序分为三个阶段：1.试验准备 阶段 2.加载与观测阶段 3.

3、测试结果的分析与评定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

4、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

5、最大负弯矩工况（2）附加工况 拱脚最大水平推力工况 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)；

6、(2)挂车或履带车(验算荷载)(3)需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。控制荷载试验方案与实施注意取值：提高还是降低、新桥与旧桥静载试验效率式中：式中：试验荷载作用下控制截面最不利效应计算值；试验荷载作用下控制截面最不利效应计算值；

7、S 设计标准荷载作用下控制截面最不利计算值；设计标准荷载作用下控制截面最不利计算值；按规范计算的冲击系数。按规范计算的冲击系数。正常试验条件下正常试验条件下 应满足下列条件：应满足下列条件：0.95 1.05试验方案与实施静载加载分级与控制 为了加载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)当使用载重车加载，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

8、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。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

9、加载分级，按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。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）。2、附加

10、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）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

11、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。试验方案与实施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）

12、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、温度补偿静载试验仪器设备静载试验仪器设备静载试验仪器设备 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

13、值。其工作过程如下所示：二、电测式量测装置：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。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 DlK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：将力学量(应变应变)转换为转

14、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)：若若R R1 1 R R4 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：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，

15、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，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

16、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裂缝观测裂缝观测静载试验过程一、试验观测与记录：简述静载试验过程中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

17、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。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

18、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。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。加桥中心的车辆，后施加外侧的车辆。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

19、每隔2min测读一次，计算测读一次，计算2min前前后读数的差，并按下式计算相对读数差值后读数的差，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。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

20、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常使用时。发生其他损坏，影响桥梁承载能力或正常使用时。静载试验过程试验数据分析及承载能力评定一、荷载试验成果分析与承载能力评定：1、结构工作状况 n校

21、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式中：Si-加载前测值 Sl-加载达到稳定时测值 Su-卸载后达到稳定时测值试验数据分析及承载能力评定一、试验数据分析：n当当=1时，说明理论值与实测值完全相符时，说明理论值与实测值完全相符;l时，说明结构的工作性能较差、设计强度不足，不够安全。时，说明结构的工作性能较差、设计强度不足，不够安全。n校验系数是评定结构工作状况、确定桥梁承载能力的重要指标。不同结构形式的桥梁其值一般不相同，值常见的范围可参考下表。桥梁

22、校验系数常值表n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。如值过大可能说明组成结构的材料强度较低，结构各部分联结性较差，刚度较低等等。值过小可能说明材料的实际强度及弹性模量较高，梁桥的混凝土桥面铺装投人行道等与主梁共同受力，拱桥的拱上建筑与主拱圈共同作用，支座摩阻力对结构受力的有利影响，计算理论或简化的计算图式偏于安全等等。试验加载物的称量误差、仪表的观测误差等也对可值有一定影响。总之，影响值的因素较复杂，必须进行详细分析。n引入相对残余变位（或应变）的概念，可以描述结构整体或局部进入塑性工作状态的程度 测点在控制荷戟工况作用下的相对残余变位（或应变）测点在控制荷戟工况作用下的相对残余变位（或应变）Sp越小，越小，说明结构越接近弹性工作状况，一般要求说明结构越接近弹性工作状况，一般要求Sp，值不大于，值不大于20%。当。当Sp 大于大于20%时，应查明原因，如确系桥粱强度不足，应在结构评时，应查明原因，如确系桥粱强度不足，应在结构评定时酌情降低桥梁的承载能力。定时酌情降低桥梁的承载能力。简支梁一阶振型简支梁一阶振型连续梁一阶振型连续梁一阶振型n承载力指标