5_桥梁结构动载试验课件

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,*,*,5 桥梁结构静动载试验,5.1 主要目的,静载试验和动载试验，主要目的：,检验桥梁设计与施工的质量（新建桥）,施工中做施工监控和监测，成桥后进行现场荷载试验，竣工验收重要资料。,判断桥梁结构的实际承载能力（旧桥）,超龄、超载、有损伤旧桥加固改造依据。,验证桥梁结构设计理论和方法,（新桥型）,为新桥型和桥梁中的新结构、新材料和新工艺创新发展提供的实测数据。,11/15/2024,5 桥梁结构静动载试验5.1 主要目的10/5/2023,1,5.2 一般程序,1、桥梁考察和方案设计（必要条件）,（1）技术资料的收集,设计文件、施工文件、施工控制文件、监理记录、原始试验资料、桥梁养护与维修记录、现有车流量和重载车辆情况等。,技术状况认识,（2）桥梁外观检查,表面裂缝以及露筋情况，支座是否老化，钢结构主要是检查锈蚀以及使用扭力扳手抽查螺栓松紧度等。,桥梁现状宏观认识。,（3）理论计算与分析,设计内力计算（桥博、Midas、Ansys）和试验荷载效应计算,（4）实施细则的制定,测试内容、加载方案、观测方案、仪器仪表选用等方面，必要时还应进行评审。,11/15/2024,5.2 一般程序1、桥梁考察和方案设计（必要条件）10/,2,5.2 一般程序,2、现场试验准备,交通封闭,电源及照明、工作脚手架或挂篮、仪表安装架。,加载车辆型号和数量（载重物、车辆轮载过磅、轴距和轮距测定），桥面车位加载标识。,测点布置：应变、位移等布置，测试系统调试,3、加载试验与观测,按照预定的加载程序对试验桥梁进行加载试验，同时测试结构受力后的各项性能指标如挠度、应变、裂缝宽度。一般还应同步测得结构和环境温度场（用于修正温度对实测值的影响）,11/15/2024,5.2 一般程序2、现场试验准备10/5/2023,3,4、结果分析与处理,原始数据的分析处理：数量转换、数理统计、频谱分析、过滤温度影响,撰写报告：按照相关规范或规程以及试验目的，对试验对象做出科学的判断与评价。,5.3 试验方案设计,1、试验对象选择,每种结构型式选择跨度最大的一孔或几孔进行加载试验。（考虑：等跨、不等跨、不同结构形式和测试布点方便）,11/15/2024,4、结果分析与处理 原始数据的分析处理：数量转换、数理统计、,4,2、试验荷载效率,试验荷载产生的控制截面内力及变形等效应不低于设计荷载效应的80%，用,试验荷载效率系数表示：,S,t,试验荷载作用下，控制截面内力或变形计算值；,S,d,设计荷载作用下，控制截面内力或变形的计算值；,设计中取用的冲击系数。,11/15/2024,2、试验荷载效率试验荷载产生的控制截面内力及变形等效应不低,5,3、荷载试验工况,纵向加载：,根据控制截面最不利受力确定，简单结构的桥梁选23个工况，复杂结构可适当多选几个，但不宜过多。,横向加载：,对称加载、偏向加载、扭转加载（需要时）。,对称加载,偏向加载,11/15/2024,3、荷载试验工况 纵向加载：根据控制截面最不利受力确定，简单,6,11/15/2024,10/5/2023,7,1）梁式桥,主要工况：,跨中,最大正弯距；,支点,最大负弯距；,墩身,控制截面弯距。,附加工况：,L/4,截面最大正弯矩；,支点,处最大剪力；桥墩最大竖向反力；牛腿最不利受力。,2）无铰拱桥,主要工况：,拱顶,最大正弯矩；,拱脚,最大负弯矩；吊索最大受力加载 （中下承式拱桥）；系杆最大受力加载（系杆拱桥）。,附加工况：拱脚最大水平推力；L/4截面最大正弯矩和最大负弯距；L/4截面正负挠度绝对值之和最大；横梁最不利受力加载；排架最不利受力加载试验。,11/15/2024,1）梁式桥主要工况：跨中最大正弯距；支点最大负弯距；墩身控制,8,3）斜拉桥,主要工况,主梁,中孔跨中,最大正弯矩；,主梁墩顶支点,截面最大负弯矩；主塔,塔顶,纵桥向最大水平,变位,；主塔控制截面最大弯矩试验。,附加工况：边跨或次边跨跨中最大正弯矩；主梁最大水平漂移（主梁纵向漂浮体系）；尾索区斜拉索最大拉力；主梁最大挠度；辅助墩最大竖向反力；横梁最不利受力；锚箱最不利受力（钢斜拉桥）；塔、梁和索温度场的同步测定。,11/15/2024,3）斜拉桥主要工况10/5/2023,9,4）悬索桥,主要工况：,加劲梁跨中截面最大正弯距,；加劲梁L/8截面最大正弯距；,主塔,塔顶纵桥向最大水平变位与塔脚截面最大弯距；,附加工况：加劲梁最大竖向挠度；主缆锚跨索股最大张力；加劲梁梁端最大纵向漂移；吊杆（索）荷载张力最大增量；主缆截面温度和索塔截面温度同步测试。,11/15/2024,4）悬索桥主要工况：加劲梁跨中截面最大正弯距；加劲梁L/8截,10,4、静载试验加载方案,1）加载方式,一般选用三轴和两轴载重车辆（轴重、轴距和横向轮距）来模拟规范的汽车荷载。整体结构计算采用车道荷载，局部设计车辆荷载。汽车荷载应考虑车道数折减和冲击系数增加。,2）荷载：,城市桥梁荷载规范（CJJ77-98）：跨度20-150m,城市A：车道,4时，剪力乘1.25。（3m/车道）,城市B:车道,4时，剪力乘1.3。,11/15/2024,4、静载试验加载方案 1）加载方式10/5/2023,11,城市A车辆荷载,11/15/2024,城市A车辆荷载10/5/2023,12,城市B车辆荷载,11/15/2024,城市B车辆荷载10/5/2023,13,车道折减系数,车道数,2,3,4,5,6,折减系数,1.0,0.8,0.67,0.60,0.55,冲击系数,11/15/2024,车道折减系数车道数23456 折减系数1.00.80.67,14,公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）：,车道荷载,1）公路I级：车道均布荷载标准值,q,k,=10.5kN/m；集中荷载标准值：计算跨径L,5m时，,P,k,=180kN；L,50m时，,P,k,=360kN；跨径在5m50m之间时，,P,k,值直线内插。计算剪力效应时，集中荷载,P,k,乘1.2增大系数。,2）公路II级：按公路I级车道荷载的0.75倍采用。,11/15/2024,公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）：车道,15,车辆荷载横向布置,车辆荷载,550kN,11/15/2024,车辆荷载横向布置车辆荷载10/5/2023,16,车道横向折减系数,车道数,2,3,4,5,6,7,8,折减系数,1.0,0.78,0.67,0.60,0.55,0.52,0.50,汽车冲击系数,11/15/2024,车道横向折减系数车道数2345678折减系数1.00.780,17,3）加载程序,分级加载：一般分为35级；车辆荷载应,逐辆,缓缓驶入预定位置；,卸载程序：分级尽量与加载分级对应，以便校对。,加载时间：温度变化不大的时间段（如在阴天或晚上)加载，每级持续时间不能太长（效应稳定），并同步测定温度场。,11/15/2024,3）加载程序分级加载：一般分为35级；车辆荷载应逐辆缓缓驶,18,5、测点设置,基本原则：,最大应力、最大位移。温度测点,梁式桥：,跨中挠度和应变，支座附近或悬臂端截面沉降和负弯距应变；,拱桥：,主拱圈,跨中和L/4处,的挠度，拱脚、L/4和跨中截面的应变；,斜拉桥：,主梁跨中、L/4和L/8处挠度，支座处沉降，跨中和控制截面应变；塔顶变位，塔身控制截面应变；钢箱梁桥的斜拉索锚箱应变；控制索索力。,悬索桥,：加劲梁跨中与L/8和3L/8处挠度，支点沉降；跨中与L/8和3L/8处截面应变；塔顶纵桥向位移，塔脚截面应变。,11/15/2024,5、测点设置 基本原则：最大应力、最大位移。温度测点 10/,19,截面位置,变形测点:,整体式梁桥一般对称于桥面中轴线布设;多梁式桥在每根梁底布置一个测点；对于索塔，则布置在索塔纵桥向对称面相对应位置。,拉应变测点,：设置在截面横桥向应力可能分布较大的部位，沿截面上、下缘布设，横桥向测定设置不少于3处，以控制最大应力分布。,混凝土已开裂：宜在钢筋上设置应力测点。,剪应变测点,：,应变花,或在自梁底支承线与水平成45方向斜线与截面中性轴的交点上 布置单向应变,温度测点,：大多数测点附近设置12处。,11/15/2024,截面位置变形测点:整体式梁桥一般对称于桥面中轴线布设;多梁式,20,6、动载试验加载,脉动试验：测量桥梁结构动力特性；,跑车试验：无障碍和有障碍两种条件下的载重车（大多数是三轴车）行车，判别不同的行车速度下桥梁结构动态响应。20，30，40，50。Km/h,跳车试验：通常用,两轴载,重车，,模拟不平整的路面状况,效应。(10km/h）,刹车试验：三轴重车，测出紧急刹车的水平制动力等对桥面效应。,11/15/2024,6、动载试验加载脉动试验：测量桥梁结构动力特性；10/5/2,21,7、测量仪器,反力、应变、位移、倾角、裂缝：同前。常用的仪器有百分表、千分表、位移计、应变计（应变片）、振弦应变计、精密水准仪、经纬仪、倾角仪、全站仪、刻度放大镜、温度计等。,索力测量：,1）,张拉顶油表：,读数换算得到索力（施工）,2）,测力传感器：,装在锚头与垫板间（成本）；,3）,索力计：通过,测出拉索横向振动频率，再计算出索力。（常用）,11/15/2024,7、测量仪器反力、应变、位移、倾角、裂缝：同前。常用的仪器有,22,索力计,张紧斜拉索的动力平衡微分方程,（忽略索的EI）,11/15/2024,索力计张紧斜拉索的动力平衡微分方程（忽略索的EI）10/5,23,索力计算,假定斜拉索两端铰支，则有,式中：,f,n,索的第,n,阶频率；,l,有效索长。,11/15/2024,索力计算假定斜拉索两端铰支，则有式中：fn索的第n阶频率,24,5.4 数据整理与评定,1、车辆荷载整理：车辆轴重过磅，并实测轴距和轮距（用于理论计算）,车,型,轴距（,mm,）,轮距（,mm,）,L,1,L,2,前轮,后轮,东,风,3500,1400,2100,1900,3350B,3600,2850,2400,重庆铁马,3000,1400,1800,1800,11/15/2024,5.4 数据整理与评定1、车辆荷载整理：车辆轴重过磅，并实测,25,2、数据计算,测点应力应变换算，挠度计算,荷载横向分布系数的计算（多片主梁的桥）,利用跨中截面各主梁挠度或应力测试值计算：,：荷载均匀分布全桥宽时产生的挠度和应力,：,：荷载引起,i,号主梁的挠度和应力。,校验系数,：,=,测点的实测值/测点的理论计算值,自振频率：,冲击系数：,11/15/2024,2、数据计算测点应力应变换算，挠度计算：荷载均匀分布全桥宽,26,3、结果评定方法,1）荷载-位移曲线、荷载-应力曲线：直线=弹性,2）校验系数：小于1时结构满足设计要求；否则不满足设计要求。,3）残余变形：,0.2.,4）挠度：挠跨比,1/600（,梁式桥）；1/800（拱桥、桁架桥）；1/300（梁式桥主梁悬臂端）；1/500（斜拉桥混凝土主梁，钢桥为1/400）,5）裂缝：全预力（不开裂）；混凝土0.2mm；,部分预应力：名义拉应力限值,6）频率大于设计；动刚度满足设计要求。,7）动态增量（冲击系数）：“小”则桥面平整度好，行车速度影响小。,11/15/2024,3、结果评定方法 1）荷载-位移曲线、荷载-应力曲线：直线=,27,类 别,项 目,校验系数,钢 桥,应力,0.750.95,挠度,0.750.95,预应力混凝土桥,应力,0.600.90,挠度,0.701.00,钢筋混凝土梁桥,应力,0.40.0.80,挠度,0.50.0.90,钢筋混凝土板桥,应力,0.20.0.40,挠度,0.200.50,圬拱拱桥,应力,0.701.00,挠度,0.801.00,桥梁结构校验系数,11/15/2024,类 别 项 目,28,5.5 桥梁试验实例,成桥试验：云阳高架桥,11/15/2024,5.5 桥梁试验实例成桥试验：云阳高架桥10/5/2023,29,旧桥检测：信阳公跨