公路橋涵養(yǎng)護與試驗檢測概要.ppt

公路橋涵養(yǎng)護與試驗檢測 第二部分橋梁試驗檢測技術 橋梁試驗的目的 橋梁試驗是對橋梁原型結構或橋梁模型結構直接進行的科學試驗工作 包括試驗準備 理論計算 現(xiàn)場試驗 分析整理等內(nèi)容的一系列工作 橋梁原型試驗也稱之為橋梁檢測 其目的是通過試驗 掌握橋梁結構在試驗荷載作用下的實際工作狀態(tài) 判定橋梁結構的承載能力和使用條件 檢驗設計與施工質量 橋梁模型試驗的目的是研究結構的受力行為 探索結構應力 應變的內(nèi)在規(guī)律 為設計施工服務 隨著交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展 新結構 新材料 新工藝的不斷涌現(xiàn) 橋梁工程的試驗技術日益受到人們的重視 并不斷得到發(fā)展和提高 橋梁試驗的任務 1 確定新建橋梁結構的承載能力和使用條件 2 評估既有橋梁的使用性能與承載能力 3 研究結構 構件 的受力行為 總結結構受力行為的一般規(guī)律 橋梁試驗的種類 橋梁試驗的種類很多 按照試驗的目的與要求分類 可分為科學研究性試驗和生產(chǎn)鑒定性試驗 生產(chǎn)鑒定性試驗也稱之為橋梁檢測 包括靜載試驗 動載試驗 無損檢測與長期監(jiān)控測試四個方面 橋梁試驗的種類 根據(jù)試驗荷載作用的性質 橋梁試驗可分為靜荷載試驗和動荷載試驗 就試驗對結構產(chǎn)生的后果來說 橋梁試驗可分為破壞性試驗和非破壞性試驗 一般情況下 鑒定性試驗多為非破壞性試驗 按試驗持續(xù)時間的長短 可分為長期試驗和短期試驗 鑒定性試驗與一般性的研究試驗多采用短期試驗方法 只有那些必須進行長期觀測的現(xiàn)象 如混凝土結構的收縮和徐變性能 橋梁基礎的沉降等 才采用長期試驗方法 橋梁檢測的工作 一般情況下 橋梁現(xiàn)場檢測可分為三個階段 即準備規(guī)劃階段 加載與觀測階段和分析總結階段 準備規(guī)劃階段是橋梁檢測順利進行的必要條件 加載與觀測階段是整個檢測工作的中心環(huán)節(jié) 分析總結階段是對原始測試資料進行綜合分析的過程 靜載試驗 靜載試驗應在現(xiàn)場指揮統(tǒng)一指揮下按計劃有秩序進行 首先檢查不同分工的測試人員是否各行其職 交通管理 加載 或司機 和聯(lián)絡人員是否到位 加載設備 通訊設備和電源 包括備用電源 是否準備妥當 加載位置測點放樣和測試儀器安裝是否正確 然后調試儀器 自動記錄時對測試儀表數(shù)據(jù)采集和記錄設備進行聯(lián)接 利用過往車輛 或初試荷載 檢查各測點的觀測值的規(guī)律性 使整個測試系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài) 然后記錄氣候天氣情況和試驗開始時間 進行正式試驗 靜載試驗觀測與記錄 溫度穩(wěn)定觀測儀表安裝完畢后 一般在加載試驗之前應對各測點進行一段時間的溫度穩(wěn)定觀測 中間可每隔10min讀數(shù)一次 觀測時間應盡量選擇在加載試驗時外界氣候條件對觀測造成誤差的影響范圍 用于測點的溫度影響修正 靜載試驗觀測與記錄 儀表的測讀與記錄人工讀表時 儀表的測讀應準確 迅速 并記錄在專門的表格上 裂縫觀測 加載試驗中裂縫觀測的重點是結構承受拉力較大部位及舊橋原有裂縫較長 較寬的部位 在這些部位應測量裂縫長度 寬度 并在混凝土表面沿裂縫走向進行描繪 加載過程中觀測裂縫長度及寬度的變化情況 可直接在混凝土表面進行描繪記錄 也可采用專門表格記錄 加載至最不利荷載及卸載后應對結構裂縫進行全面檢查 尤其應仔細檢查是否產(chǎn)生新的裂縫 并將最后檢查情況填入裂縫觀測記錄表 必要時可將裂縫發(fā)展情況繪制在裂縫展開圖上 加載實施與控制 加載應在指揮人員指揮下嚴格按計劃程序進行 采用重物加載時按荷載分級逐級施加 每級荷載堆放位置準確 整齊穩(wěn)定 荷載施加完畢后 逐級卸載 采用車輛加載時 先由零載加至第一級荷載 卸載至零載 再由零載加至第二級荷載 卸至零載 直至所有荷載施加完畢 有時為了確保試驗結果準無誤 每一級荷載重復施1 2次 每一級荷載施加次序為縱向先施加重車 后施加兩側標準車 橫向先施加橋中心的車輛 后施加外測的車輛 加載穩(wěn)定時間控制 為控制加卸載穩(wěn)定時間 應選擇一個控制觀測點 如簡支梁的跨中撓度或應變測點 在每級加載 或卸載 后立即測讀一次 計算其與加載前 或卸載前 測讀值之差值Sg 然后每隔2min測讀一次 計算2min前后讀數(shù)的差值 S 當m值小于1 或小于量測儀器的最小分辯值時即認為結構基本穩(wěn)定 可進行各觀測點讀數(shù) 但當進行主要控制截面最大內(nèi)力荷載工況加載程序時荷載在橋上穩(wěn)定時間應不少于5min 對尚未投入營運的新橋應適當延長加載穩(wěn)定時間 加載過程的觀察 加載試驗過程應對結構控制點位移 或應變 結構整體行為和薄弱部位破損實行監(jiān)控 并將結果隨時匯報給指揮人員作為控制加載的依據(jù) 隨時將控制點位移與計算結果比較 如實測值超過計算值較多 則應暫停加載 待查明原因再決定是否繼續(xù)加載 試驗人員如發(fā)現(xiàn)其他測點的測值有較大的反常變化也應查找原因 并及時向試驗指揮人員報告 加載過程中應指定人員隨時觀察結構各部位可能產(chǎn)生的新裂縫 注意觀察 構件薄弱部位是否有開裂 破損 組合構件的結合面是否有開裂錯位 支座附近混凝土是否開裂 橫隔板的接頭是否拉裂 結構是否產(chǎn)生不正常的響聲 加載時墩臺是否發(fā)生搖晃現(xiàn)象等等 如發(fā)生這些情況應報告試驗指揮人員 以便采取相應的措施 終止加載控制條件 1 控制測點應力值已達到或超過用彈性理論按規(guī)范安全條件反算的控制應力值時 2 控制測點變位 或撓度 超過規(guī)范允許值時 3 由于加載 使結構裂縫的長度 縫寬急劇增加 新裂縫大量出現(xiàn) 縫寬超過允許值的裂縫大量增多 對結構使用壽命造成較大的影響時 4 拱橋加載時沿跨長方向的實測撓度曲線分布規(guī)律與計算值相差過大或實測撓度超過計算值過多時 5 發(fā)生其他損壞 影響橋梁承載能力或正常使用時 試驗數(shù)據(jù)分析及橋梁承載力評定 通過靜載試驗得到的原始數(shù)據(jù) 文字和圖像描述材料是荷載試驗最重要的資料 雖然它們是可靠的 但這些原始資料數(shù)量龐大 不直觀 不能直接用于評定承載能力 故進行承載力評定之前必須對它進行處理分析 得出直接進行承載能力評定的指標 以滿足承載力評定的需要 試驗資料的修正 根據(jù)各類儀表的標定結果進行測試數(shù)據(jù)的修正 如考慮機械式儀表較正系數(shù) 電測儀表率定系數(shù) 靈敏系數(shù) 電阻應變觀測的導線電阻影響等等 當這類因素對測值的影響小于1 時可不予修正 溫度影響修正 溫度對測試的影響比較復雜 結構構件的各部位不同的溫度變化 結構的受力特性 測試儀表或元件的溫度變化 電測元件的溫度敏感性 自補性等等均對測試精度造成一定的影響 逐項分析這些影響是困難的 一般可采用綜合分析的方法來進行溫度影響修正 即利用加載試驗前進行的溫度穩(wěn)定觀測數(shù)據(jù) 建立溫度變化 測點處構件表面溫度或空氣溫度 和測點測值 應變和撓度 變化的線性關系 然后進行溫度修正計算 支點沉降影響的修正 當支點沉降量較大時 應修正其對撓度值的影響 修正量C可按下式計算 各測點變位 撓度 位移 沉降 與應變的計算 應力計算 根據(jù)測量到的測點應變 當結構處于線彈性工作狀態(tài)時可以利用應力應變關系計算測點的應力 試驗結果與理論分析的比較 為了評定結構整體受力性能 需對橋梁荷載試驗結果與理論分析值比較 以檢驗新建橋是否達到設計要求的荷載標準 或判斷舊橋的承載能力 比較時可以將結構位移 應變等試驗值與理論計算值列表進行比較 對結構在最不利荷載工況作用下主要控制測點的位移 應力的實測值與理論分析值 要分別繪出荷載位移 P 曲線 荷載應力 P 曲線 并繪出最不利荷載工況作用下位移沿結構 縱 橫向 分布曲線和控截面應變 沿高度 分布圖 繪制結構裂縫分布圖 對裂縫編號注明長度 寬度 初裂荷載以及裂縫發(fā)展情況 荷載試驗成果分析與承載能力評定 校驗系數(shù) 校驗系數(shù)是評定結構工作狀況 確定橋梁承載能力的一個重要指標 不同結構形式的橋梁其 值常不相同 一般要求 值不大于1 值越小結構的安全儲備越大 值過大或過小都應該從多方面分析原因 如 值過大可能說明組成結構的材料強度較低 結構各部分聯(lián)結性較差 剛度較低等等 值過小可能說明材料的實際強度及彈性模量較高 梁橋的混凝土橋面鋪裝及人行道等與主梁共同受力 拱橋拱上建筑與拱圈共同作用 支座摩阻力對結構受力的有利影響 計算理論或簡化的計算式偏于安全等等 試驗加載物的稱量誤差 儀表的觀測誤差等也對 值有一定影響 校驗系數(shù) 實測值與理論值的關系曲線 由于理論的變位 或應變 一般系按線性關系計算 所以如測點實測彈性變位 或應變 與理論計算值成正比 其關系曲線接近于直線 說明結構處于良好的彈性工作狀況 相對殘余變位 或應變 測點在控制荷載工況作用下的相對殘余變位 或應變 越小說明結構越接近彈性工作狀況 一般要求相對殘余變位值不大于20 當相對殘余變位大于20 時一應查明原因 如確系橋梁強度不足 應在評定時 酌情降低橋梁的承載能力 動載性能 當動載試驗效率接近 時 不同車速下實測的沖擊系數(shù)最大值可用于結構的強度及穩(wěn)定性檢算 結構的自振頻率 活載強迫振動頻率及阻尼系數(shù)等對橋梁承載能力的影響可參考其他有關資料進行分析 結構的強度及穩(wěn)定性 當荷載試驗項目比較全面時 可采用荷載試驗主要撓度測點的校驗系數(shù)來評定結構的強度和穩(wěn)定性 檢算時用荷載試驗后的梁橋檢算系數(shù)代替 公路舊橋承載能力鑒定方法 中舊橋檢算系數(shù) 對橋梁結構抗力效應予以提高或折減 地基與基礎 當試驗荷載作用下墩臺沉降 水平位移及傾角較小 符合上部結構檢算要求 卸載后變位基本回復時 認為地基與基礎在檢算荷載作用下能正常工作 當試驗荷載作用下墩臺沉降 水平位移 傾角較大或不穩(wěn)定 卸載后變位不能回復時 應進一步對地基 基礎進行探查 檢算 必要時應對地基基礎進行加固處理 結構的剛度要求 裂縫 結構動載試驗 橋梁的動載試驗可以劃分為三類基本問題 測定橋梁荷載的動力特性 數(shù)值 方向 頻率等 測定橋梁結構的動力特性 自振頻率 阻尼 振型等 測定橋梁在動荷載作用下的響應 動位移 動應力等 橋梁動載試驗的測試儀器 結構振動的測試儀器包括 測振傳感器 信號放大器 光線示波器 磁帶記錄儀和數(shù)字信號處理機 測振傳感器 振動參數(shù)有位移 速度和加速度 測量這些振動參數(shù)的傳感器有許多種類 但由于振動測量的特殊性 如測量時難以在振動體附近找到一個靜止點作為測量的基準點 所以就需要使用慣性式測振傳感器 通常所指的測振傳感器即為慣性式測振傳感器 以下簡稱為測振傳感器 測振傳感器的基本原理為 由慣性質量 阻尼和彈簧組成一個動力系統(tǒng) 這個動力系統(tǒng)固定在振動體上 即傳感器的外殼固定在振動體上 與振動體一起振動 通過測量慣性質量相對于傳感器外殼的運動 就可以得到振動體的振動 橋梁動載試驗的激振方法 一 自振法 瞬態(tài)激振法 突加荷載法 沖擊法 對于中 小型橋梁結構 可用落錘激振器 或枕木 垂直地沖擊橋梁 激起橋梁豎直方向的自由振動 工程界常利用試驗車輛在橋面上駛越三角墊木 利用車輪的突然下落對橋梁產(chǎn)生沖擊作用 激起橋梁的豎向振動 但此時所測得的結構固有頻率包括了試驗車輛這一附加質量的影響 近年來 在橋梁的動載試驗中 還采用了爆炸和發(fā)射小型火箭產(chǎn)生脈沖荷載等辦法來進行激振 但還不普及 采用突加荷載法時 應注意沖擊荷載的大小及其作用位置 如果要激起結構的整體振動 則必須在橋梁的主要受力構件上施加足夠的沖擊力 沖擊荷載的位置可按所測結構的振型來確定 如為了獲得簡支梁橋的第一振型 則沖擊荷載作用于跨中部位 測第二振型時沖擊荷載應加于跨度的四分之一處 突然卸載法 位移激振法 二 共振法 強迫振動法 在橋梁的動載試驗中 常用載重車隊由低到高的不同速度駛過橋梁 使結構產(chǎn)生不同程度的強迫振動 在若干次運行車輛荷載試驗中