桥梁荷载试验

荷载试验的目的及主要内容加载方案和测点布置静载试验仪器设备静载试验试验数据分析及桥梁承载力评定结构动载试验本章主要内容大纲要求了解：桥梁荷载试验的目的、组织、设计的内容及承载力评估的方法。熟悉：桥梁荷载试验与承载力评定相关的设计、试验规范、标准、规程。掌握：静力荷载试验中如何确定加载和测试“控制断面”，加载效率计算、加卸载的分级、终止试验条件，测试内容、方法、测点布置、仪器选配；挠度、应力（应变）、裂缝等数据处理及曲线绘制等；动力荷载试验方法、测试内容、测点布置、仪器选用；振型、频率和阻尼三个动力特性参数的测试和分析方法；动挠度、动应力（应变）的测试方法和数据处理。基于桥梁荷载试验的承载能力评定方法。了解：桥梁荷载试验的目的、组织、设计的内容及承载力评估的方法。熟悉：桥梁荷载试验与承载力评定相关的设计、试验规范、标准、规程。掌握：静力荷载试验内容、方法、测点布置、仪器操作；挠度、应力（应变）、裂缝等测试方法；动力荷载试验内容、方法、测点布置、仪器操作；动挠度、动应力（应变）的测试方法。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。桥梁荷载试验分为静载试验和动载试验。§5-1荷载试验的目的及主要内容旧桥：（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。§5-1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）§5-1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．其他准备工作选择和判断§5-2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l／4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实操题§5-2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§5-2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)；(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ηq进行控制。控制荷载§5-2试验方案与实施)1(SSsq注意取值：提高还是降低、新桥与旧桥SSdd注意取值：车型、车重、车速和车距静载试验效率动载试验效率§5-2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4～5级。(2)当使用载重车加鼓，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。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。§5-2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。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。§5-2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）。几种常用桥梁体系的主要观点布设见教材（P182）。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§5-2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1～2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。§5-2试验方案与实施§5-3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）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§5-3静载试验仪器设备§5-3静载试验仪器设备§5-3静载试验仪器设备§5-3静载试验仪器设备§5-3静载试验仪器设备§5-3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。§5-3静载试验仪器设备1、电阻应变片①电阻应变片优点②电阻应变片构造③电阻应变片分类④金属应变片工作原理⑤电阻应变片的选用⑥电阻应变片的粘贴技术§5-3静载试验仪器设备引出线电阻丝(丝栅)基底由试验发现：l应变片FFl+DlllKRRDDKK——电阻应变片的灵敏度系数应变片：将力学量(应变)转换为电量(电阻)的传感器电阻应变片种类：丝式(绕线式)、箔式、半导体式§5-3静载试验仪器设备应变片的构造箔式应变片900应变花450应变花1200应变花§5-3静载试验仪器设备常温应变片通常采用粘结剂粘贴在构件的表面。粘贴应变片是测量准备工作中最重要的一个环节。在测量中，构件表面的变形通过粘结层传递给应变片。显然，只有粘结层均匀、牢固、不产生蠕滑，才能保证应变片如实地再现构件表面的变形。应变片的粘贴由手工操作，一般按如下步骤进行：（1）选片：检查、分选应变片。（2）定位：处理构件的测点表面。（3）贴片：粘贴应变片。（4）干燥固化：加热烘干、固化。（5）应变片的防护：检查应变片的电阻值，测量绝缘电阻。（6）引出导线。实际测量中，应变片可能处于多种环境中，有时需要对粘贴好的应变片采取相应的防护措施，以保证其安全可靠。一般在应变片粘贴完成后，根据需要可用石腊、纯凡士林、环氧树脂等对应变片的表面进行涂覆保护。§5-3静载试验仪器设备应变测量原理：利用电桥平衡测量电阻改变，从而进一步得到应变。BADCER1R2R3R4电桥平衡(UBD=0)：4231RRRR若R1~R4为四个阻值相同应变片，受力后，BD间电压改变为：)(444332211RRRRRRRREUBDDDDD)(44321KE§5-3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。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§5-3静载试验仪器设备在实际工作小，为保证补偿效果，对补偿片的设置应考虑如下因素：①补偿