桥梁荷载试验全解

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加载物重力的称量序号桥型1、跨中截面最大正弯矩和挠度；2、支点截面最大剪力。1、L/4截面最大正弯矩和挠度；2、墩台最大垂直力。1、跨中最大正弯矩和挠度；2、内支点截面最大负弯矩；3、L/4截面最大弯矩和挠度。1、端支点截面的最大剪力；2、L/4截面最大弯剪力；3、墩台最大垂直力；4、连续刚构固结墩墩身控制截面的最大1、锚固跨跨中最大正弯矩和挠度；2、支点最大负弯矩；3、挂梁跨中最大正弯矩和挠度。1、支点最大剪力；2、挂梁支点截面或悬臂端截面最大剪力1、拱顶截面最大正弯矩和挠度、拱脚截2、刚架拱上弦杆跨中最大正弯矩。1、拱脚最大水平推力；2、L/4截面最大正、负弯矩及其最大正、3、刚架拱斜腿根部截面最大负弯矩。1、跨中截面最大正弯矩和挠度；2、结点截面的最大负弯矩。附加1、柱脚截面最大负弯矩、最大水平推力1、跨中、支点截面的主桁杆件最大内2、跨中截面的挠度。1、L/4截面的主桁杆件最大内力和挠度；2、桥面系结构构件控制截面的最大内力3、墩台最大垂直力。1、主梁最大挠度；2、主梁控制截面最大内力；3、索塔塔顶水平变位；4、主缆最大拉力，斜拉索最大拉力。1、主梁最大纵向漂移；2、主塔控制截面最大内力；3、吊索最大索力。7斜拉桥与悬索桥主要附加5刚架桥（包括框架、斜腿刚构和刚架—拱式组合体系）主要6钢桁桥主要附加4拱桥主要附加3悬臂梁桥、T型刚构主要附加2连续梁桥、连续刚构主要附加内力或位移控制截面1简支梁桥主要附加(1)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。(2)荷载试验应尽量采用与控制荷载相同的荷载。但由于客观条件的限制，实际采用的试验荷载与控制荷载会有所不同。为保证试验效果，在确定试验荷载大小和加载位置时，可采用静力荷载试验效率ηq进行控制。(3)静力试验荷载的效率按下式计算：)1(SSsq(4.2)式中：—sS静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；—S控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值；—按规范取用的冲击系数值；q—静力试验荷载的效率，应介于0.80～1.05之间。(4)当温度变化对桥梁结构内力影响较大时，应选择温度内力较不利的季节进行荷载试验。否则，应考虑采用适当增大静力试验荷载效率q的方法，来弥补温度对结构控制截面产生的不利内力。(5)当试验控制荷载为挂车或履带车而采用汽车荷载加载时，考虑到汽车荷载的横向应力增大系数较小，为了使截面的最大应力与控制荷载作用下截面最大应力相等，可适当提高静力荷载试验效率q。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校。7、选择与大多数测点较接近的部位布置1～2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