桥梁动力静力荷载试验讲座（PPT版共45页）

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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13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和试验人员的组织与分工做详细的计划安排,。,脚手架的搭设要因地制宜、牢固可靠，方便布置安装观测仪表，同时要保证不影响仪表和测点的正常工作，且不干扰测点附属设施。在不便搭设固定脚手架的情况下，可考虑采用轻便灵活的吊架、挂篮或专用的桥梁检查设备（检查车、检查架等,）。,几种支架搭设情况,:,2.3,试验加载位置的放样与卸载位置的安排,静载试验前应在桥面上对加载位置进行放样，以便于加载试验的顺利进行。如加载程序较少，时间允许，可在每程序加载前临时放样。如加载程序较多，则应预先放样，且用不同颜色的标志区别不同加载程序时的荷载位置。,静载试验荷载卸载的安放位置应预先安排。卸载位置的选择既要考虑加卸载方便，离加载位置近一些，又要使安放的荷载不影响试验孔（或墩）的受力，一般可将荷载安放在桥台后一定距离处。对于多孔桥，如有必要将荷载停放在桥孔上，一般应停放在距试验孔较远处以不影响试验观测为度。,2.4,试验人员的组织与分工做详细的计划安排,桥梁试验队伍一般由桥梁结构工程师、专业技术测试人员、仪器仪表工程师、熟练技术的不同专业、不同层次的人员组成。试验时应根据每个试验人员的特长进行分工，每人分管的仪表数目除考虑便于进行观测外，应尽量使每人对分管仪表进行一次观测所需的时间大致相同。所有参加试验的人员应能熟练掌握所分管的仪器设备，否则应在正式开始试验前进行演练。为使试验有条不紊地进行，应设试验总指挥,1,人，其他人员的配备可根据具体情况考虑。,2.4,其它准备工作,根据加载进行的项目和桥址处的交通状况应作好加载试验的安全措施、加载方式的选择、供电照明设施、通讯联络设施、桥面交通管制等方面的准备工作。,第三章：静力荷载试验,3.1,试验工况的确定,试验控制截面应根据具体的测试项目而定在满足鉴定桥梁承载能力的前提下，加载试验项目应抓住重点，不宜过多。一般应有,2,3,个主要内力或位移控制截面。此外，可根据桥梁具体情况可设置几个附加内力控制截面。,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、悬索桥等特殊桥梁结构，测试的内容主要包括主梁最大挠度、主梁控制截面最大内力、索塔塔顶水平变位、主缆最大拉力、斜拉索最大拉力。其次包括主梁最大纵向漂移；主塔控制截面最大内力；吊索最大索力等。结合结构设计特点制订其他检测内容。,注意取值：提高还是降低、新桥与旧桥,静载试验效率,3.2,试验控制荷载的确定,荷载试验应以设计荷载等级相应的活载效应控制值或有特殊要求的荷载效应值作为试验控制荷载,。,根据桥梁需要鉴定承载能力的荷载：汽车,+,人群（标准荷载）、平板挂车或履带车（标准荷载）、需通行的重型车辆，分别计算其对控制截面产生的最不利荷载效应（内力和位移），用产生最不利荷载效应较大的荷载作为试验控制荷载。,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。,3.3,加载分级与控制,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,4,5,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。,3.3,加载分级与控制,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。,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。,以上各法亦可综合采用，以方便加载分级实施。,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，一般以晚,10,时至晨,6,时为宜。,4,、加载分组的计算,3.4,加载设备的选择及加载物称量,1,、加载设备的选择,可行式车辆、重物直接加载,2,、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。,3.5,测点布置,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,3.6,试验观测与记录,1,、仪表的测读与记录,主要包括应变测试仪表和变形测试仪表的测读和记录,2,、温度稳定观测,3,、裂缝观测,3.7,加载的实施和控制,1,、加载程序,重物加载：按荷载分级逐级加载，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。,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,，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,1,2,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；横向先施加桥中心的车辆，后施加外侧的车辆。,2,、加载稳定时间控制,重所有测点读数时间必须基本相等，在加载前均需进行零读数，以后每次加卸载后立即读数一次，并在结构变位稳定后，进入下一级荷载前再读数一次。对于结构变位最大的测点，需每隔,5min,读数一次，以观测结构变位相对稳定与否。每次测读时，应记录测试环境影响因素如温度、湿度等。,3.7,加载的实施和控制,3,、终止加载的控制条件,（,1,）控制测点应力（应变）或挠度（变位）超过计算控制值和规范允许值。,（,2,）超过规范允许宽度的裂缝大量增多，对桥梁使用寿命造成明显影响。,（,3,）墩台变位超过允许值且不能稳定。,（,4,）发生其它损坏，影响桥梁承载能力和正常使用。,（,5,）达到最大试验荷载。,4,、重新进行试验的条件,（,1,）,加载步骤错误,。,（,2,）,量测系统出现故障，对采集数据的质量有怀疑时,。,（,3,）,试验受外界环境干扰或其他因素影响导致试验失败,。,3.8,试验数据处理,1,、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,2,、各测点变位与应变计算,（,1,）总变形,（,2,）弹性变位,（,3,）残余变位,3,、试验数据处理的主要成果曲线,（,1,）荷载,-,变形曲线,（,2,）位置,-,变形曲线（挠度沿桥梁纵轴线及横向的分布曲线）,（,3,）应变沿截面高度的分布曲线,3.9,试验结果评定,1,、校验系数（ ）,试验荷载作用下测点的实测弹性值（,S,e,）与相应的理论计算值（,S,stat,）的比值应满足公式,3.9.1,要求。（实测值可以是挠度、应变等）。,2,、残余比（,）,卸载后测点的实测残余值（,S,p,）与该测点的总实测值（,S,tot,）的比值应满足公式,3.9.2,要求。,结构类型,1,1.0,=1.1,=1.2,=1.3,1.4,预应力混凝土与组合结构,0.7,1.05,1.07,1.10,1.12,1.15,0.20,钢筋混凝土与圬工结构,0.6,1.10,1.12,1.15,1.17,1.20,0.25,说明：当静力荷载试验效率,为中间数值时，值可直线内插。,3.9.1,3.9.2,、,、,1,取值如下表所示。,3.9,试验结果评定,3,、,在试验荷载作用下，主要挠度测点的实测值不应超过,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,L,1,/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/400,3.9,试验结果评定,4,、,在试验荷载作用下，裂缝宽度不应超过,下表,允许值。,第四章：动力荷载试验,脉动试验,测试内容,跑车试验,跳车试验,刹车试验,测定结构的固有频率、阻尼比和振型等参数,测定结构受迫振动频率、加速度、振幅和冲击系数等参数。,4.1,试验内容,4.2,试验荷载,1,、,可选择下列形式之一的激振荷载测定桥梁自振特性,（,1,）,环境振动法激振,（,2,）,跳,车激振,2,、,可选择跑车、刹车试验测定桥梁受迫振动特性。,（,3,）,车辆通过桥梁后的余振,（,4,）,撞击或冲击荷载,（,5,）,突然卸载,（,6,）,运转频率可调节的起振机,(,可测定不同振型的频率,),（,7,）,对于频率低、柔性大的桥梁可用有节奏行进的人群荷载,跑,车试验时宜采用接近运营条件的车列或单辆重车以不同的车速通过桥梁，试验时车辆宜匀速通过；刹车试验时宜采用单辆重车在桥梁动力效应最大的检测位置紧急刹车进行试验。,应根据试验的目的选择合适的试验荷载。,4.3,试验实施,1,、,脉动试验应测试记录桥梁振动加速度，并根据现场情况，在结构的敏感点布置拾振器。脉动试验应符合下列要求：,（,1,）,针对不同的试验目的和桥型，测定固有频率的阶数可以不同，通常悬索桥、斜拉桥不宜少于,10,阶，连续梁桥、刚构桥、拱桥和简支梁桥不宜少于,3,阶,2,、,跑车和刹车试验应采用不同的车速试验，车速宜为5 km/h、10 km/h、20 km/h、30km/h最大试验速度。最大试验速度以接近最大允许车速为宜，现场条件有限时，应适当降低车速。试验时应全面记录车桥联动和桥梁自由衰减振动的动态响应，记录时间不宜少于30min或以波形衰减完为止。试验车速未到最大试验速度前应对控制测点的响应值进行适时监控以确保试验安全。,（,2,）,脉动试验记录时间不宜少于,30min,，当大跨径桥梁测试断面较多时，可分批次记录，但应保证有一个共同的参考点。,3,、,跳车试验宜由载重车后轮越过高5cm15cm障碍物后立即停车的方法激振桥梁结构。跳车试验应全面记录桥梁结构的动态响应，记录时间以振动波形衰减完为止。,4.4,试验观测与记录,1,、记录桥梁的竖向、水平向和扭转振动位移、应力,(,应变,),、速度或加速度的时程曲线,2,、记录对应的动力荷载试验参数,(,车重、速度、加速度和振动频率等,),、车辆进出时间、仪器参数等,4.5,试验资料的整理,1,、桥梁自振特性试验资料的整理,（,1,）,结构的固有频率,（,2,）,结构的阻尼特性,（,3,）,结构的振型曲线,（,4,）,结构各控制截面的振动速度或加速度的分布图,2,、桥梁受迫振动特性试验资料的整理,（,1,）,动力荷载试验效率,（,2,）,冲击系数,（,3,）,结构受迫振动频率、振幅与加速度,（,4,）,冲击系数与车速的关系曲线,（,5,）,冲击系数与受迫振动频率的关系曲线,（,6,）,车速与受迫振动频率的关系曲线,（,7,）,卸载后,(,车辆出桥后,),的结构固有频率,4.6,试验结果评定,（,1,）,比较桥梁结构频率的理论值与实测值。,（,2,）,根据动力冲击系数的实测值来评价桥梁结构的行车性能。,在实际测试中，通常通过以下几个方面来评价桥梁结构的动力性能。,（,3,）判断,实测阻尼比的大小。,第五章：桥梁检测相关图片,5.1,支架搭设,5.2,应变测点布设,5.3,静态应变采集系统,5.4,挠度测量,5.5,动载测点布设,5.6,动载数据采集,5.7,跳车试验加载,5.8,静载试验加载,谢谢！,