桥梁荷载试验简介

桥梁荷载试验简介广州穗监工程质量安全检测中心余海风结构部2009.2一、桥梁荷载试验的概念主要内容二、桥梁荷载试验的目的三、荷载试验的主要内容四、桥梁荷载试验的主要仪器设备五、桥梁荷载试验需要注意的主要问题•随着公路运输事业的飞速发展，公路建设进入一个前所未有的大发展阶段，我国依靠自己的力量，建成了不同结构形式的大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥、连续刚构桥等等，这些桥梁技术复杂，科技含量高，施工难度大，表明我国桥梁建设技术水平已经迈入世界先进行列。这些大量新建桥梁，尤其是新型结构特大桥，检验其施工质量最有效、最直接的方法就是进行荷载试验。同时随着大量低等级公路市政桥梁被改建或者扩建，这些服役几十年的桥梁能否继续使用已经成为管理决策部门关注的一件大事。•据统计，上世纪70年代以前修建的大量低标准桥梁已达到或者接近设计基准期，在各种不利因素的长期影响下桥梁结构性能可能发生巨大的变化，有些桥梁已出现不同程度的损伤，甚至其承载能力已大大降低而逐渐演变成为危桥，对这类桥梁急需加以综合评定，以便采取相应的技术改造措施或拆除重建等处理方案，而对现役桥梁结构进行承载能力评定最有效最直接的方法也就是桥梁荷载试验。桥梁荷载试验按荷载性质分为静载和动载试验两个部分：桥梁静载试验是将静止的荷载作用在桥梁的指定位置上，检测桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝、沉降等静态参量的试验项目，然后根据相关规范和规程的指标，判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作性能。一、桥梁荷载试验的概念•桥梁动载试验则是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，测定桥梁结构的固有频率、阻尼比、动力冲击系数、动力响应（加速度、动挠度）等动态参量的试验项目，从而宏观的判断桥梁结构的整体刚度与运营性能。桥梁荷载试验又可根据测试对象的不同，分为现场桥梁试验和室内桥梁模型（或部件）试验，前者多用于既有桥梁检定，后者多用于重要的或新型桥梁的设计阶段，必要时还可做模型或部件的破坏性试验。二、桥梁荷载试验的目的1）检验桥梁设计与施工质量对于一些新建的大、中型桥梁或者具有特殊设计的桥梁，在设计施工过程中必然会遇到许多新的问题，为保证桥梁建设质量，施工过程中往往要求作施工监控。在竣工后一般还要求进行荷载试验，以检验桥梁整体受力性能和承载能力是否达到设计文件和规范的要求，并把试验结果作为评定工程质量优劣的主要技术资料和依据。2）判断桥梁结构的实际承载能力旧桥由于构件局部发生意外损伤，使用过程中产生明显病害，设计荷载等级偏低、原有设计资料遗失以及需要通过特种车辆等原因，都有必要通过荷载试验判定构件损伤程度及其承载力、受力性能的下降幅度，确定其运营荷载等级。同时，荷载试验也是改建、加固设计的重要依据。3）验证桥梁结构设计理论和设计方法对于桥梁工程中的新结构、新材料和新工艺，应通过荷载试验验证桥梁的计算图式是否正确，材料性能是否与理论相符，施工工艺是否达到预期目的。对相关理论问题的深入研究，往往也需要大量荷载试验的实测数据。第一阶段考察和准备阶段第二阶段加载试验和观测阶段第三阶段分析及总结阶段三、荷载试验的主要内容1、试验孔（墩）的选择对于多孔桥梁，一般同一跨径选择一孔（或墩）进行加载试验。选择时应综合考虑以下因素：（1）该孔（或墩）计算受力最不利；（2）该孔（或墩）施工质量较差、缺陷较多或病害较为严重；（3）该孔（或墩）便于搭设脚手架，便于设置测点或便于实施加载。选择试验孔的工作与制定计划前的调查工作结合进行。第一阶段考察和准备阶段2、加载方案的制定在选择了加载孔（或墩）后，需进行具体加载方案的分析和计算，这是荷载试验前期准备中最重要，也是最核心的部分。方案的制定主要包含如下的几个方面：（1）荷载试验工况的确定a）简支梁桥跨中正弯矩工况1/4L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b）连续梁桥主跨跨中最大正弯矩工况主跨支点负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边跨最大正弯矩工况c）悬臂梁桥（T型刚构桥）支点（墩顶）最大负弯矩工况锚固孔跨中最大正弯矩工况支点（墩顶）最大剪力工况挂孔跨中正弯矩工况d）无铰拱桥跨中最大正弯矩工况拱脚最大负弯矩工况拱脚最大推力工况正负挠度绝对值之和最大工况e）刚架桥（包括斜腿刚架和刚构-拱式组合体系）跨中截面最大弯矩工况柱腿截面最大应力工况支点附近截面最大应力工况（2）试验荷载等级的确定①控制荷载的确定为了保证试验的效果，必须先确定试验的控制荷载，控制桥梁设计的荷载有下列几种：a.汽车和人群（标准设计荷载）b.挂车或履带车（标准设计荷载）c.需通行的特殊重型车辆分别计算以上几种荷载对结构控制截面产生的内力（或变形）的最不利值，进行比较，取其最不利者对应的荷载为控制荷载。②静载试验效率的确定为了达到理想的试验效果，一般要求加载试验所用荷载根据设计标准荷载的最不利效应值进行等效换算，使试验荷载在主要控制截面产生的计算效应与其相近，其接近程度一般用静载试验效率ηq来表示：sSstateq)1(•交通部《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》要求静载试验效率ηq一般在0.80～1.05范围内，试验效率一般不宜小于0.95。•对于病害比较明显的旧桥，为确保荷载试验过程中的安全，需按照相关规范对旧桥的承载能力进行检算，初步确定当前桥梁结构的承载力，保证试验荷载效应不超过结构承载力，进而合理确定荷载试验的静载试验效率系数。③静载加载分级与控制为了加载的安全和了解结构应变和变位随荷载增加的变化关系，对桥梁荷载试验的各试验工况的加载应分级进行。一般可按最大控制截面内力荷载工况均分为4～5级，对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，必要可在加载车辆未到达预定加载位置前分次对控制测点进行读数监控，以确保试验的安全。3、搭设脚手架和测试支架脚手架和测试支架应该分开搭设互不影响，脚手架和测试支架应有足够的强度、刚度和稳定性。脚手架应保证工作人员的安全、方便操作。测试支架要满足仪表安装的需要，且保证在试验时不受干扰。桥下净空较高，不易搭设脚手架时可采用轻便活动吊架。如有需要还须设置遮挡阳光的设备，雨季还须采取措施防雨防水。4、静载试验加载位置的放样和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。如加载工况较多，可预先放样，且标识工况名称以区分不同加载工况时的荷载位置。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段距离处。对于多孔桥，如有必要可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。5、试验人员组织和分工桥梁的荷载试验是一项技术性较强的工作，应组织专门的桥梁试验队伍来承担，根据各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时间大致相同。在试验前，应对各仪器进行演练和调试，试验中，设试验总指挥1人，其它人员的配备可根据具体情况而定。6、其它准备工作加载试验的安全设施、供电照明设施、通讯联络设施、桥面交通管制等工作应根据荷载试验的需要进行准备。在完成准备工作后，即可进行试验加载和观测。加载试验应在现场指挥的统一指挥下有秩序进行，现场总指挥应检查不同分工的测试人员是否各司其职，交通管理、加载（或司机）和联络人员是否到位，加载设备、通讯设备和电源（包括备用电源）是否准备妥当，加载位置测点放样和测试仪器安装是否正确。然后利用过往车辆对各测点进行预先演练，观察其规律性，使整个测试系进入正常工作状态。然后记录气候天气情况和试验开始时间，进行正式试验。第二阶段加载试验和观测阶段通过静载试验得到的原始数据、文字和图像描述材料是荷载试验最重要的资料。虽然它们是可靠的，但这些原始资料数量庞大，不直观，不能直接用于评定承载能力，故进行承载能力评定前必须对它们进行分析处理，得出直接进行承载能力评定的指标，以满足承载力评定的需要。第三阶段分析及总结阶段动载试验桥梁结构的动力荷载试验是研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性。这些测试结果是判断桥梁结构运营状况和承载特性的重要指标。主要试验项目包括：（1）桥梁结构动力反应的测定，包括动位移、动应力和冲击系数等；（2）测定桥跨结构的自振特性，包括自振频率、振型和阻尼特性等；（3）测定动荷载本身的动力特性，包括动力荷载的大小、频率及作用规律等；（4）疲劳性能试验：主要测试结构和构件的疲劳性能。动力荷载试验一般偏重于1、2两项，对于铁路桥梁，第3项要实测机车在桥上的制动力和与旅客舒适度有关的列车过桥时车桥联合振动的动位移和动应力的时程曲线，第4项一般只在实验室对桥梁构件进行疲劳试验。•动力荷载试验一般主要通过跑车、跳车、刹车和脉动试验来进行。•（1）跑车：试验车辆以不同的时速通过测试桥梁；•（2）跳车：在预定激振位置放置一块15cm高直角三角木，试验车辆以不同的速度行驶，后轮越过三角木后立即刹车；•（3）刹车：车辆紧急制动；•（4）脉动试验：桥梁空载工况下，受风、地面微振等环境因素的影响，桥梁所受的激励是平稳的各态历经宽带随机激励，结构响应的主谐量，是在其固有频率附近的微振动，通过拾振器、放大器放大近万倍，记录桥梁受环境影响下的振动时程曲线，通常称脉动试验。四、桥梁荷载试验的主要仪器设备检测仪器与设备检测项目东华静态应变测试系统DH3816长、短标距应变片应力测试电测位移计（YHD-100）光电挠度仪全站仪挠度测试东方所动态测试系统INV-306U891-Ⅱ型拾振器DLF-8型电荷放大器DH3817动静态应变仪自振频率测试冲击系数测试阻尼比测试（1）必须全面系统搜集试验桥梁的设计、竣工资料，历年大维修资料，改扩建资料，没有资料时需向桥梁附近群众调查桥梁的建造年代等资料。（2）对被试验桥梁必须进行仔细的检查，分析病害对承载能力的影响，为制定符合实际的加载方案做准备。（3）制定符合规范而又安全的加载方案。（4）加载时必须逐步分级加载，实时跟踪分析各控制测点应变、变形，发现异常应暂行试验直至终止加载试验、确保安全。谢谢！