橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗（PPT52頁）

1、土木建筑學院第四章 橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗：評定橋梁承載能力的主要方法“無論多么高新的結(jié)構(gòu)分析技術都不能取代用于評估公路橋梁性能的現(xiàn)場測試。當橋梁承受工作荷載時，記錄下應變測試結(jié)果，根據(jù)測試結(jié)果工程師就能更好的了解橋梁的真實結(jié)果響應?！膘o載試驗動載試驗土木建筑學院4.1 荷載試驗靜載試驗：最常見將靜止的荷載作用在橋梁的指定位置，然后對橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應變、裂縫等參量進行測試，從而對橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能和使用能力作出評價。動載試驗：利用某種激振方法激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，然后測定其固有頻率，阻尼比，振型，動力沖擊系數(shù)，行車響應等參數(shù)，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度、行車性能。

2、1. 測量移動車輛荷載作用下，橋梁指定斷面上的動應變或指定點的動撓度2. 測量橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和動力響應荷載試驗程序：試驗準備，加載觀測，分析總結(jié)土木建筑學院4.1 荷載試驗原則測試部位應突出受力關鍵：結(jié)構(gòu)受力的控制部位測試內(nèi)容反映承載力指標施測載位應以無損結(jié)構(gòu)為限度1. 原有裂縫不擴展，不增加新裂縫，不能使混凝土脫落2. 最大撓度控制在預計的允許范圍3. 控制截面應變不能超過預計的允許值加載工況由低噸位分級向高噸位逐漸增加土木建筑學院4.1 荷載試驗原則土木建筑學院4.2 靜載試驗靜載試驗：將靜止的荷載作用在橋梁的指定位置，然后對橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應變、裂縫等參量進行測試，從而對橋梁

3、結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能和使用能力作出評價。靜載試驗內(nèi)容：試驗目的試驗準備工作加載方案設計測點設置與測試加載控制與安全措施試驗結(jié)果分析與承載能力評定試驗報告編寫土木建筑學院4.2.1 靜載試驗準備工作選擇試驗橋孔、橋墩：受力狀況不利，缺陷多、病害嚴重搭設腳手架和測試支架加載位置放樣，卸載位置安排試驗人員分工其它安全、供電、交通管制等土木建筑學院4.2.2 靜載試驗加載方案試驗荷載工況：反映橋梁最不利受力狀況簡支梁橋：跨中（最大正彎矩），1/4跨（最大正彎矩），支點（最大剪力），橋墩（最大豎向反力）連續(xù)梁橋：主跨跨中（最大正彎矩），主跨支點（負彎矩），主跨支點（最大剪力），主跨橋墩（最大豎向反

4、力），邊跨（最大正彎矩）T形剛構(gòu)橋：墩頂（最大負彎矩），跨中（最大正彎矩），墩頂（最大剪力）剛架拱橋：跨中（最大正彎矩），拱腳（最大負彎矩），拱腳（最大推力），正負撓度絕對值之和最大工況試驗荷載等級：確定最大荷載控制橋梁設計的荷載有：汽車荷載，人群荷載，風荷載，等控制橋梁加固設計的荷載：汽車荷載控制截面最不利內(nèi)力、變形試驗效率土木建筑學院4.2.2 靜載試驗加載方案加載分級與控制荷載分級：按照標準荷載的60%，80%，90%，100%劃分車輛加載：逐漸增加加載車數(shù)量，先輕后重車輛位置：按照內(nèi)力影響線布置，同橋規(guī)試驗時間：晚上10點至凌晨6點（溫度穩(wěn)定，減少溫度應力的干擾）加載設備：汽車（200

5、kN，300kN）土木建筑學院4.2.3 靜載試驗測點布置控制結(jié)構(gòu)的最大應力（應變）、撓度（位移）簡支梁橋：跨中撓度，支點沉降，跨中截面應變連續(xù)梁橋：跨中撓度，支點沉降，跨中和支點截面應變懸臂梁橋：懸臂端部撓度，支點沉降，支點截面應變拱橋：跨中、L/4處撓度，拱頂和拱腳截面應變注意：裂縫對應變的影響橫向測點，沿截面高度測點，溫度測點試驗儀器：測量應變：百分表，千分表，應變片，應變計，電阻平衡箱測量撓度：精密水準儀，水準尺，吊錘測量裂縫：裂縫觀測儀縱向測點土木建筑學院4.2.4 靜載試驗程序加載程序零載第一級卸載，零載第一級第二級第一級卸載，加載穩(wěn)定時間： 5min加載過程注意觀測：控制點的位移

6、，應變，薄弱部位破損狀況終止加載：控制點的位移、應變超過容許值；裂縫長度、寬度或數(shù)量急劇增加，影響結(jié)構(gòu)使用壽命；實測撓度與理論計算值相差過大；墩臺變形過大或出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況。試驗觀測溫度觀察，需要對測試結(jié)果進行修訂儀器儀表讀數(shù)裂縫觀測：在混凝土表面直接描繪裂縫的變化土木建筑學院4.2.4 靜載試驗程序土木建筑學院4.2.4 靜載試驗程序應變計土木建筑學院4.2.5 靜載試驗數(shù)據(jù)分析撓度計算：支座沉降的修正，消除剛體位移應力計算：Hooks定律本構(gòu)方程，本構(gòu)關系彈性模量E：按規(guī)范取值，或回彈法測量應變計算：總應變加載讀數(shù)初讀數(shù)加載讀數(shù)卸載讀數(shù)殘余應變總應變彈性應變土木建筑學院4.2.6 靜載試驗測

7、試結(jié)果分析結(jié)構(gòu)強度分析：最大應力、最大撓度與規(guī)范規(guī)定的允許應力、撓度相比較，來說明結(jié)構(gòu)的安全程度結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)： = 1, 結(jié)構(gòu)強度不足，理論與實際相符，結(jié)構(gòu)強度足夠結(jié)構(gòu)剛度分析：相對撓度與規(guī)范比較結(jié)構(gòu)抗裂性分析：對預應力混凝土橋梁，出現(xiàn)第一條裂縫時的荷載為開裂荷載Pr，結(jié)構(gòu)抗裂安全系數(shù)：裂縫寬度與容許值比較土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例大橋概況： 石角大橋建于1968年，采用少筋無鉸平板式肋拱橋的結(jié)構(gòu)型式。大橋全長為149.5米，分為五孔，每孔的凈跨為25米。該橋的主要技術標準：每孔凈跨：25米；矢跨比1/6，凈矢高4.167米；橋面凈寬：8米（6米行車道+21.0米人行道）;設計荷載：

8、汽車13；掛車60驗算；由于該橋設計荷載等級較低，經(jīng)過多年的運營使用后，特別是近年來許多超重車輛的通行，該橋已出現(xiàn)一些病害?，F(xiàn)該橋已封閉交通，只容許行人和摩托車通行。試驗目的：1、測試該橋的受力性能，檢測該橋的承載能力；2、為大橋今后的運營和養(yǎng)護提供檢測資料。3、為該橋今后的使用、養(yǎng)護維修以及加固決策提供依據(jù)。土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例試驗依據(jù)：1、公路橋涵設計規(guī)范2、大跨徑混凝土橋梁試驗方法3、公路舊橋承載力鑒定方法（試行）4、石角大橋施工設計圖 試驗內(nèi)容： 測試橋梁結(jié)構(gòu)在基本試驗荷載作用下的工作性能，測試內(nèi)容包括橋梁結(jié)構(gòu)的撓度、應力（應變）和裂縫開展等情況 測試橋跨與測試截面：

9、本次試驗選擇靠近廣州方向的第一跨與另一側(cè)的第五跨。按照拱橋的受力特點，選擇拱頂、拱腳和拱的L/4跨截面為主要測試截面。土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例 加載方式與荷載效率： 加載位置為拱頂和L/4跨處，采用結(jié)構(gòu)分析軟件計算確定，設計荷載為汽車-13。考慮試驗加載與設計彎矩等效，同時要符合試驗方法中對荷載效率在0.801.00之間的要求。試驗共使用200kN重車4輛。 跨中和拱腳加載過程分為兩級，即：0kN200kN 400kN，滿載后持荷至變形穩(wěn)定，510分鐘變形穩(wěn)定后讀數(shù)。 卸載過程分為一級，400kN 0kN，卸載后繼續(xù)進行量測至變形穩(wěn)定。 為保證測試數(shù)據(jù)的可靠性，每一加載工況進行2次

10、。 試驗加載過程中，實時觀測結(jié)構(gòu)控制截面的位移、應力，如果在未加到預計的最大試驗荷載前，應力或位移提前達到或超過設計標準的容許值，即立即停止繼續(xù)加載。土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例石角大橋往廣州方向第一跨第一載位車輛布置平面圖 、立面圖石角大橋往廣州方向第一跨第二載位車輛布置平面圖 、立面圖土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例石角大橋往廣州方向第一跨第三載位車輛布置立面圖 石角大橋往廣州方向第一跨第三載位車輛布置平面圖 土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例石角大橋往廣州方向第一跨橋面撓度測點布置圖 石角大橋往廣州方向第一跨拱肋測點布置立面圖 土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例石角大橋往

11、廣州方向第一跨拱肋測點布置平面圖 石角大橋往廣州方向第一跨拱肋測點布置斷面圖 土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例測試項目：結(jié)構(gòu)變形觀測、應力觀測、裂縫觀測結(jié)構(gòu)變形觀測 撓度：在橋面上沿人行道緣石的多個斷面設置撓度測點，采用精密水準儀讀數(shù)，測試橋梁在各級試驗荷載下的撓度。應力觀測 應變：在各級荷載作用下，測試各拱肋拱頂、拱腳和拱肋L/4截面上的應變變化。采用精度高、抗環(huán)境干擾能力強的振弦式應變計，配合配套振弦應變讀數(shù)儀，測試并記錄各測點的應變。裂縫觀測 試驗前和試驗過程中仔細檢查各觀測斷面的裂縫狀況，并用刻度放大鏡觀測裂縫寬度變化。在加載過程中，監(jiān)測主拱肋各測試截面是否出現(xiàn)裂縫，若有裂縫，測試

12、其寬度。土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例測試結(jié)果：以往廣州方向第一跨跨中拱頂截面加載為例撓度：在各級荷載作用下，卸載后變形基本恢復，說明主要承重結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。應變：在各級荷載作用下，兩次重復加載結(jié)果吻合良好，說明試驗結(jié)果是可靠的。滿載時兩次測試的最大壓應變基本相同，卸載后只有2殘余應變，說明在中跨加載時拱肋L/4截面處于彈性工作階段。拱腳截面滿載時兩次測試的最大壓應變基本相同，卸載后應變基本完全恢復，說明在中跨加載時拱腳截面處于彈性工作階段。裂縫：試驗前及試驗過程中，拱肋各觀測截面及其附近均未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫。土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例分析評定：荷載效率：根據(jù)試驗方法規(guī)定，

13、基本荷載的試驗荷載效率應滿足0.81.0各試驗截面得荷載效率為拱腳0.843，拱肋L/4跨0.955，拱肋L/2跨0.881，均滿足試驗方法的要求。試驗效率（1）：根據(jù)試驗方法規(guī)定，量測的彈性變形或力值與試驗荷載作用下的理論計算值的比值K應滿足：K本橋為砼拱橋結(jié)構(gòu)，=0.7,=1.05最大撓度的試驗效率K值分別為1.0和0.667，一側(cè)滿足要求，而另一側(cè)撓度值不滿足。各測試截面最大應變的試驗效率K值均大于1.05，不滿足要求。土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例試驗效率（2）：量測的殘余變形值與量測的總變形值的比值應滿足：，本橋為鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)，取=0.20；最大撓度的值分別為0.307和0

14、.40，不滿足要求各測試最大應變測點的值在0.00.159之間，滿足要求量測結(jié)構(gòu)的最大變形或力的總值不應超過設計標準的容許值：根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，“鋼筋砼拱橋，以汽車荷載（不計沖擊力）計算的上部構(gòu)造最大豎向撓度，不應超過L/800（梁式橋主梁跨中）?！北敬谓Y(jié)構(gòu)的撓度設計允許值為=25103/800=31.25mm，試驗實測最大撓度值：第一跨為1.0mm，第五跨為1.2mm，遠小于設計標準的允許值，滿足橋規(guī)的要求。土木建筑學院4.2.7 靜載試驗實例結(jié)論 石角大橋在基本荷載的作用下，其剛度較好，其撓度指標滿足試驗方法的要求，各拱肋觀測斷面未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫，結(jié)構(gòu)完整性較好。但是在試驗荷載作用下第一跨和第

15、五跨拱肋結(jié)構(gòu)受力不均，多項指標（尤其是拱肋截面應變）不滿足試驗方法的要求。因此，石角大橋不能承受超過汽車15級的荷載通過，應采取必要的措施限制大型載重車輛通過，并建議對大橋進行加固處理。土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案一、概述 從化市神崗大橋為10孔22m等跨石拱橋，總長約220m，橋面寬度為6m，雙向2車道。設計荷載為汽10級，履50，其余資料均無。由于路線改造及加寬等原因，需要對該橋的現(xiàn)狀進行評估，并希望將荷載等級提高至汽15級，掛80。土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案二、試驗對象、目的及依據(jù) 本次檢查及靜載試驗方案是根據(jù)大跨徑混凝土橋梁的試驗方法（以下簡稱方法

16、）和我國現(xiàn)行的公路橋梁設計規(guī)范，以及有關理論分析計算制定的。主要試驗內(nèi)容有： （1）對該橋基礎部分的材料、結(jié)構(gòu)及其損壞情況進行詳細調(diào)查； （2）對河道與河床進行調(diào)查； （3）選擇具有代表性的1跨進行兩個荷載等級（汽10級，履50；汽15級，掛80）的靜載試驗。試驗目的是通過上述檢查和荷載試驗弄清該橋基礎的損壞情況，以及考察其現(xiàn)有承載能力和承載能力可能提高的程度，并為今后的維修加固或改建擴建提供理論依據(jù)和實驗數(shù)據(jù)。土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案三、橋梁調(diào)查和結(jié)構(gòu)尺寸量測 由于本橋無任何設計資料，故需要對其各組成部分的材料、結(jié)構(gòu)及其實際尺寸進行現(xiàn)場調(diào)查和測量，并繪制結(jié)構(gòu)尺寸詳圖，調(diào)

17、查拱上和基礎建筑構(gòu)造及材料力學參數(shù)等。具體調(diào)查和量測內(nèi)容如下： 1. 基礎 根據(jù)現(xiàn)有調(diào)查資料，該拱橋的基礎部分可能是由三部分組成：松木樁、混凝土板、石塊砌體。但各組成部分的具體情況（材料、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸等）不清楚，而且經(jīng)過幾十年使用后它們的損壞情況如何也不清楚。因此，可采用以下方案進行調(diào)查： （1）方案一：選擇在主河道與副河道之間的河水沒有淹沒的某一個基礎周圍進行開挖調(diào)查。開挖方法為：在與橋軸向相垂直的基礎兩側(cè)（即河流的上下游方向）開挖至能觀察到松木樁為止。土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案 開挖后，調(diào)查量測內(nèi)容為：松木樁的數(shù)量、尺寸及其損壞情況，如有可能還要弄清楚松木樁的長度；

18、混凝土板塊的數(shù)量、尺寸及其損壞情況，如有可能還要對其材料的力學性能進行抽芯取樣調(diào)查；石塊砌體的數(shù)量、尺寸及其損壞情況，如有可能還要對其材料的力學性能進行抽芯取樣調(diào)查。 （2）方案二：在主河道中選擇一個基礎進行圍堰開挖調(diào)查。除圍堰、抽水等工程外，其開挖及調(diào)查量測方法基本上與方案一相同。 2. 河道與河床 該部分的調(diào)查內(nèi)容如下： （1）河道的變遷及其對橋墩基礎的影響； （2）河床的變遷、水深、流速、水流對橋墩基礎的沖刷情況等。 土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案 3. 拱圈及上部結(jié)構(gòu) 該部分的調(diào)查量測內(nèi)容有： （1）主拱圈結(jié)構(gòu)的破損情況； （2）上部結(jié)構(gòu)的破損情況； （3）拱圈及上部結(jié)

19、構(gòu)實際尺寸的現(xiàn)場量測； （4）主拱圈等主要結(jié)構(gòu)材料力學性能的檢測。四、單跨靜載試驗 1試驗荷載：根據(jù)方法的要求，橋梁的靜載試驗按荷載效率來確定試驗的最大荷載。靜力荷載試驗效率的計算公式為：Sstat為試驗荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值；S為設計荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值；為設計取用的動力系數(shù)。試驗時采用6臺汽車(2臺重200kN，4臺100 kN)作為試驗荷載，試驗荷載的載位布置按工況一(偏置加載)和工況二(對稱加載)，加載載位布置圖。2、測點布置和觀測方法a變形觀測 沿橋面跨中位置設置5個撓度測點，在拱座上下游各設置4個測點(分別用于觀測拱座縱橫向水平位移和沉降)，每跨共

20、17個。采用精密水準儀量測，并采用高精度攝像法（高精度攝像圖像處理法）進行對比觀測。撓度各測點布置情況見圖示。土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案 b應力（應變）觀測 在橋跨跨中上下游的拱圈下緣、1/4點下緣、拱腳處上、下緣布置應變測點，每跨共14個。采用應變片和靜態(tài)電阻應變儀系統(tǒng)觀測結(jié)構(gòu)在每級荷載作用下相應測點位置的應力（應變）變化及分布情況。 3. 裂縫檢查與混凝土強度檢測 試驗前對試驗跨進行裂縫檢查，在滿載試驗時也進行裂縫檢查。發(fā)現(xiàn)裂縫，用刻度放大鏡量測裂縫的寬度和長度。 為了詳細了解基礎、拱圈的材料強度，需要對基礎、拱圈進行抽芯（直徑5cm），共計3個位置，每孔3個，共計9個

21、。 土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案4、試驗程序 將加載汽車過地磅稱重后，排列于邊跨引道上，要求距橋臺20m以上。正式加載前，非工作人員退場，待一切工作安排就緒后，各試驗量測儀表讀數(shù)調(diào)零，進行第1次空載讀數(shù)。 正式實施試驗加載，加載采用分級、偏置、再對稱程序進行。加載程序依圖中序號所示：（1）1臺重200kN的汽車偏置加載；（2）1臺重200kN的汽車對稱加載；（3）1臺重100kN的汽車偏置加載；（4）1臺重100kN的汽車對稱加載；（5）1臺重100kN的汽車偏置加載；（6）1臺重100kN的汽車對稱加載。土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案 每級汽車荷載駛?cè)胫付ǖ?/p>

22、區(qū)域就位后，待前后兩級讀數(shù)相差小于1%，或10分鐘后記錄加載后的讀數(shù)。 卸載時依上述相反順序，穩(wěn)定10分鐘后記錄卸載后的讀數(shù)。 在試驗加載過程中，應嚴格控制每步加載等級，當發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)讀數(shù)變化過快，裂縫、撓度、位移、應變過大等異常情況時，應及時中止試驗；注意試驗過程中的安全。五、協(xié)作單位的分工1. 搭腳手架：試驗跨的跨中、L/4、L/2、3L/4、拱腳處需搭設檢測平臺；2圍堰、抽水、基礎開挖； 3照明及檢測臨時用電；4荷載試驗用車輛； 5租小船一艘；6通知公路管理部門，封橋24小時。土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查與靜載試驗方案六、試驗費用概算：總費用約13.7萬元土木建筑學院4.2.8 橋梁檢查

23、與靜載試驗方案橋梁檢查荷載試驗基礎檢查10000測試前現(xiàn)場考察、方案制定等技術服務費10000河道與河床檢查8000技術工作人員費用9000拱圈及上部結(jié)構(gòu)病害檢查5000應變片.鋼尺.導線等消耗品3000實橋尺寸量測8000投入儀器設備損耗折舊16000抽芯法檢驗石料強度9000理論演算費12000技術工作人員費用4500技術成果報告費18000消耗品、儀器設備損耗折舊3000小 計68000技術成果報告費10000合 計125,500小 計57,500稅收：12130土木建筑學院4.3 動載試驗利用某種激振方法激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，然后測定其固有頻率，阻尼比，振型，動力沖擊系數(shù)，行車響應等參數(shù)

24、，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度、行車性能。測量移動車輛荷載作用下，橋梁指定斷面上的動應變或指定點的動撓度實橋測量橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和動力響應實橋、模型跳車試驗：在橋面上設置人工障礙（一定高度的木板、鋼板），使行駛車輛產(chǎn)生跳動，形成對橋梁的沖擊作用；車輛勻速行駛，在指定位置急剎車；車輛勻速行駛，通過橋面。模擬地震試驗，抗風試驗，疲勞試驗土木建筑學院4.3.1 動載試驗準備工作測試項目的確定：橋梁結(jié)構(gòu)動力特性：固有頻率，振型，阻尼特性橋梁荷載動力特性：大小，方向，頻率橋梁結(jié)構(gòu)動力響應：振幅，動應變，動撓度，沖擊系數(shù)現(xiàn)場準備工作：跳車試驗的位置，剎車位置測試儀器：電磁式、壓電式、電阻式傳感器速度、加速度傳感器 動撓度應變計，動態(tài)應變儀動應變土木建筑學院4.3.2 動載試驗加載方法動載試驗：施加動載，使橋梁產(chǎn)生振動，通過儀器測試，分析記錄的振動信號得到橋梁的動力特性和響應。自振法：突加荷載法（沖擊法）：跳車突然卸載法共振法：強迫振動設備：激振器，振動臺脈動法：對斜拉橋、懸索橋等柔性體系，利用結(jié)