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文檔簡介
第五章
橋梁荷載試驗(yàn)?zāi)暇┝謽I(yè)大學(xué)江蘇·南京目錄概述荷載試驗(yàn)預(yù)備工作靜載試驗(yàn)動(dòng)載試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告編寫概述橋梁荷載試驗(yàn)誕生的背景近年,隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展,大量已經(jīng)建成多年的橋梁是否能夠在當(dāng)今巨大的交通量下滿足使用要求,已經(jīng)成為公路建設(shè)管養(yǎng)部門的一件大事橋梁荷載試驗(yàn)是指通過施加荷載方式對橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的靜動(dòng)力特性進(jìn)行的現(xiàn)場試驗(yàn)測試。荷載試驗(yàn)橋梁荷載試驗(yàn)的目的判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法,充實(shí)與完善橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論與施工技術(shù),積累科學(xué)技術(shù)資料掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能,評價(jià)橋梁的運(yùn)營質(zhì)量橋梁荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容確定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力及運(yùn)營條件分析橋梁病害原因及其變化規(guī)律,通過橋梁荷載試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析研究,提出合理的整治方案和養(yǎng)護(hù)措施檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)在質(zhì)量橋梁荷載試驗(yàn)的主要工作
橋梁荷載試驗(yàn)的主要工作包括試驗(yàn)準(zhǔn)備、加載方案設(shè)計(jì)、測點(diǎn)設(shè)置與測試、加載控制與安全措施、試驗(yàn)結(jié)果分析與承載力評定以及試驗(yàn)報(bào)告編寫等內(nèi)容參考依據(jù)主要為:《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》(JTG/TJ21-01—2015)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21—2011)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF80/1—2017)靜載試驗(yàn)動(dòng)載試驗(yàn)
荷載試驗(yàn)預(yù)備工作荷載試驗(yàn)方案確定前的準(zhǔn)備工作資料收集:設(shè)計(jì)資料、施工和監(jiān)理資料和竣工資料橋梁現(xiàn)場考察:考察橋址情況、了解試驗(yàn)車輛及其稱重地點(diǎn)、針對性地選擇試驗(yàn)橋聯(lián)及橋跨橋梁結(jié)構(gòu)基本參數(shù)確定:總體尺寸,主要構(gòu)件截面尺寸,主要部位高程,橋面平整度,支座位置及功能,材料物理力學(xué)性能等試驗(yàn)方案制訂:根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?,制訂完善試?yàn)方案靜載實(shí)驗(yàn)橋梁靜載試驗(yàn)是指將靜止的荷載作用于橋梁上的指定位置,測試結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變、靜位移以及裂縫等,從而推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)和承載能力。基本概念靜載試驗(yàn)靜載試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)型式試驗(yàn)工況測試截面簡支梁橋主要工況跨中截面主梁最大正彎矩工況跨中截面附加工況L/4截面主梁最大正彎矩工況;支點(diǎn)附近主梁最大剪力工況L/4截面;梁底距支點(diǎn)h/2截面內(nèi)側(cè)向上45度斜線與截面形心線相交位置連續(xù)梁橋主要工況主跨支點(diǎn)位置最大負(fù)彎矩工況;主跨跨中截面最大正彎矩工況;邊跨主梁最大正彎矩工況主跨(中)支點(diǎn)截面;主跨最大彎矩截面;邊跨最大彎矩截面常規(guī)橋梁的靜載試驗(yàn)荷載工況及其測試控制截面表橋梁結(jié)構(gòu)型式試驗(yàn)工況測試截面懸臂梁橋主要工況墩頂支點(diǎn)截面最大負(fù)彎矩工況;錨固孔跨中最大正彎矩工況墩頂支點(diǎn)截面;錨固孔最大正彎矩截面附加工況墩頂支點(diǎn)截面最大剪力工況;掛孔跨中最大正彎矩工況;掛孔支點(diǎn)截面最大剪力工況;懸臂端最大撓度工況計(jì)算確定具體截面位置;掛孔跨中截面;掛孔梁底距支點(diǎn)h/2截面向上45度斜線與掛孔截面形心線相交位置;懸臂端截面三鉸拱橋主要工況拱頂最大剪力工況;拱腳最大水平推力工況拱頂兩側(cè)1/2梁高截面;拱腳截面橋梁結(jié)構(gòu)型式試驗(yàn)工況測試截面三鉸拱橋附加工況L/4截面最大正彎矩和最大負(fù)彎矩工況;L/4截面正負(fù)撓度絕對值之和最大工況主拱L/4截面;主拱L/4截面及3L/4截面兩鉸拱橋主要工況拱頂最大正彎矩工況;拱腳最大水平推力工況拱頂截面;拱腳截面附加工況L/4截面最大正彎矩和最大負(fù)彎矩工況;L/4截面正負(fù)撓度絕對值之和最大工況主拱L/4截面;主拱L/4截面及3L/4截面無鉸拱橋主要工況拱頂最大正彎矩及撓度工況;拱腳最大負(fù)彎矩工況;系桿拱橋跨中附近吊桿(索)最大拉力工況拱腳截面;主拱L/4截面;主拱L/4截面及3L/4截面附加工況拱腳最大水平推力工況;L/4截面最大正彎矩和最大負(fù)彎矩工況;L/4截面正負(fù)撓度絕對值之和最大工況跨中截面;錨固端梁或立墻截面橋梁結(jié)構(gòu)型式試驗(yàn)工況測試截面門式剛架橋主要工況跨中截面主梁最大正彎矩工況;錨固端最大或最小彎矩工況跨中截面;錨固端梁或立墻截面附加工況錨固端截面最大剪力工況錨固端梁截面斜腿剛架橋主要工況跨中截面主梁最大正彎矩工況;斜腿頂主梁截面最大負(fù)彎矩工況中跨最大正彎矩截面;斜腿頂中主梁截面或邊主梁截面附加工況邊跨主梁最大正彎矩工況;斜腿頂最大剪力工況邊跨最大正彎矩截面;斜腿頂中或邊主梁截面或斜腿頂截面;斜腿腳截面橋梁結(jié)構(gòu)型式試驗(yàn)工況測試截面T形剛構(gòu)橋主要工況墩頂截面主梁最大負(fù)彎矩工況;錨固孔主梁最大正彎矩工況墩頂截面;錨固孔主梁最大正彎矩截面附加工況墩頂支點(diǎn)附近主梁最大剪力工況;掛孔跨中截面主梁最大正彎矩工況;掛孔支點(diǎn)截面最大剪力工況計(jì)算確定具體截面位置;掛孔跨中截面;掛孔梁底距支點(diǎn)h/2截面向上45度斜線與掛孔截面形心線相交位置連續(xù)剛構(gòu)橋主要工況主跨墩頂截面主梁最大負(fù)彎矩工況;主跨跨中截面主梁最大正彎矩及撓度工況;邊跨主梁最大正彎矩及撓度工況主跨墩頂截面;主跨最大正彎矩截面;邊跨最大正彎矩截面附加工況墩頂截面最大剪力工況;墩頂縱橋向最大水平變形工況計(jì)算確定具體截面位置;墩頂截面橋梁結(jié)構(gòu)型式試驗(yàn)工況測試截面斜拉橋主要工況主梁中孔跨中最大正彎矩及撓度工況;主梁墩頂最大負(fù)彎矩工況;主塔塔頂縱橋向最大水平變形與塔腳截面最大彎矩工況中跨最大正彎矩截面;墩頂截面;塔頂截面(變形)及塔腳最大彎矩截面附加工況中孔跨中附近拉索最大拉力工況;主梁最大縱飄工況典型拉索;加勁梁兩端(水平變形)懸索橋主要工況加勁梁跨中最大正彎矩及撓度工況;加勁梁3L/8截面最大正彎矩工況;主塔塔頂縱橋向最大水平變形與塔腳截面最大彎矩工況中跨最大彎矩截面;中跨3L/8截面;塔頂截面(變形)及塔腳最大彎矩截面附加工況主纜錨跨索股最大張力工況;加勁梁梁端最大縱向漂移工況;吊桿(索)活載張力最大增量工況;吊桿(索)張力最不利工況主纜錨固區(qū)典型索股;加勁梁兩端(水平變形);典型吊桿(索);最不利吊桿(索)測試內(nèi)容靜載試驗(yàn)的測試內(nèi)容應(yīng)反映橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力及變位最不利控制截面的力學(xué)特征,試驗(yàn)過程應(yīng)關(guān)注可能出現(xiàn)的異常現(xiàn)象應(yīng)變(應(yīng)力)觀測:受拉和受壓區(qū),可沿截面高度或橫向位置分布測點(diǎn),以測試結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布特征變形測試:撓度、水平或橫向變形、主塔三維坐標(biāo)等的測試反映了橋梁結(jié)構(gòu)整體或局部的剛度特性。常規(guī)橋梁荷載試驗(yàn)測試內(nèi)容可按下表確定應(yīng)變測量撓度測量裂縫觀測簡支梁橋主要內(nèi)容跨中截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變);支點(diǎn)沉降;混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容L/4截面撓度;支點(diǎn)斜截面應(yīng)力(應(yīng)變)連續(xù)梁橋主要內(nèi)容主跨支點(diǎn)截面應(yīng)力(應(yīng)變);主跨最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;邊跨最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;支點(diǎn)沉降;混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容支點(diǎn)附近斜截面應(yīng)力(應(yīng)變)三鉸拱橋主要內(nèi)容L/4截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變);墩臺頂?shù)乃阶冃胃郊觾?nèi)容L/8截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變);拱上建筑控制截面的變形和應(yīng)力(應(yīng)變)懸臂梁橋主要內(nèi)容墩頂支點(diǎn)截面應(yīng)力(應(yīng)變);錨固孔最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;懸臂端撓度;墩頂沉降;混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容1.墩頂附近斜截面應(yīng)力(應(yīng)變)2.懸臂跨最大撓度3.掛孔跨中截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度4.牛腿部分局部應(yīng)力(應(yīng)變)兩鉸拱橋主要內(nèi)容1.拱頂截面應(yīng)力(應(yīng)變)和撓度2.L/4截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變)3.墩臺頂水平變形4.混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容1.L/8截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變)2.拱上建筑控制截面的變形和應(yīng)力(應(yīng)變)無鉸拱橋主要內(nèi)容拱頂截面應(yīng)力(應(yīng)變)和撓度;L/4截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變);墩臺頂水平變形;拱腳截面應(yīng)力(應(yīng)變);混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容L/8截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變);拱上建筑控制截面的變形和應(yīng)力(應(yīng)變)斜腿剛架橋主要內(nèi)容中跨主梁最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;主梁最大負(fù)彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變);支點(diǎn)沉降;混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容邊跨主梁最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;斜腿頂附近主梁或斜腿斜截面應(yīng)力(應(yīng)變);斜腿腳最大或最小彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)門式剛架橋主要內(nèi)容主梁最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;錨固端最大或最小彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變);支點(diǎn)沉降;混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容錨固端附近斜截面應(yīng)力(應(yīng)變)連續(xù)梁橋主要內(nèi)容墩頂支點(diǎn)截面應(yīng)力(應(yīng)變);T構(gòu)懸臂端的撓度;T構(gòu)墩身控制截面的應(yīng)力(應(yīng)變);混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容掛梁支點(diǎn)截面附近或懸臂端附近斜截面應(yīng)力(應(yīng)變);掛孔跨中截面應(yīng)力(應(yīng)變);T構(gòu)墩墩身傾斜度連續(xù)剛構(gòu)橋主要內(nèi)容主跨墩頂截面主梁應(yīng)力(應(yīng)變);主跨最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;邊跨最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;混凝土梁體裂縫觀測附加內(nèi)容墩頂支點(diǎn)截面附近斜截面應(yīng)力(應(yīng)變);墩身控制截面應(yīng)力(應(yīng)變);墩頂縱橋向水平變形斜拉橋主要內(nèi)容主梁中孔最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;主梁墩頂支點(diǎn)截面應(yīng)力(應(yīng)變);主塔塔頂縱橋向水平變形與塔腳截面應(yīng)力(應(yīng)變);塔柱底截面應(yīng)力(應(yīng)變);混凝土梁體裂縫觀測;典型拉索索力測試附加內(nèi)容L/8截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變);拱上建筑控制截面的變形和應(yīng)力(應(yīng)變)懸索橋主要內(nèi)容加勁梁最大正彎矩截面應(yīng)力(應(yīng)變)及撓度;主塔塔頂縱橋向最大水平變形與塔腳截面應(yīng)力(應(yīng)變);塔、梁體混凝土裂縫觀測;最不利吊桿(索)力增量附加內(nèi)容主纜錨跨索股最大張力增量;加勁梁梁端最大縱向漂移;吊桿(索)活載張力最大增量加載方式為了保證靜載試驗(yàn)效果,應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康拇_定試驗(yàn)控制荷載,一般控制橋梁設(shè)計(jì)的可變作用包括汽車和人群荷載以及需通行的特殊重型車輛荷載試驗(yàn)前需要分別計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)所采用的控制荷載或由試驗(yàn)?zāi)康乃鶝Q定的荷載對結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生的內(nèi)力(或變形)的最不利值并進(jìn)行比較,取其中最不利者對應(yīng)的荷載作為控制荷載車輛加載車輛加載靜載試驗(yàn)荷載效率在選擇試驗(yàn)荷載的大小和加載位置時(shí)應(yīng)采用靜載試驗(yàn)荷載效率進(jìn)行控制靜載試驗(yàn)荷載效率是指試驗(yàn)荷載作用下被檢測部位的內(nèi)力(或變形)的計(jì)算值與包括動(dòng)力擴(kuò)大效應(yīng)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載作用下,同一部位的內(nèi)力(或變形)計(jì)算值的比值Ss—靜載試驗(yàn)荷載作用下,某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力或位移的最大效應(yīng)計(jì)算值S—控制荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力或位移的最不利效應(yīng)計(jì)算μ—按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值ηq—靜載試驗(yàn)荷載效率,對于交(竣)工驗(yàn)收荷載試驗(yàn),宜介于0.85~1.05之間;否則一般應(yīng)取值0.95~1.05靜載試驗(yàn)加載設(shè)備的選擇可行式車輛加載:采用汽車荷載既能進(jìn)行靜載試驗(yàn)又能進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn),這是目前常采用的一種方法重物直接加載:稱重法、體積法、綜合計(jì)算法可行式車輛加載重物直接加載測點(diǎn)布置靜載試驗(yàn)布設(shè)的測點(diǎn)不宜過多,但要保證觀測質(zhì)量。有條件時(shí),同一測點(diǎn)可用不同的測試方法進(jìn)行校對對主要測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)能控制結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力(應(yīng)變)和最大撓度(或位移)一般采用單向應(yīng)變計(jì)(片)測試正應(yīng)變(應(yīng)力),采用應(yīng)變花測試主應(yīng)變(應(yīng)力)振弦應(yīng)變傳感器應(yīng)變傳感器布置撓度測量橋型測點(diǎn)布設(shè)位置連續(xù)梁橋跨中撓度,支點(diǎn)沉降,跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變懸臂梁橋(T形剛構(gòu)橋)懸臂端部撓度,支點(diǎn)沉降,支點(diǎn)截面應(yīng)變拱橋跨中與L/4處撓度,拱頂、L/4和拱腳截面應(yīng)變、墩臺頂水平變形斜拉橋主梁中孔跨中撓度,支點(diǎn)沉降,跨中截面應(yīng)變;塔頂縱橋向最大水平位移,塔腳截面應(yīng)變懸索橋加勁梁跨中與L/8和3L/8處撓度,支點(diǎn)沉降,跨中與L/8和3L/8處截面應(yīng)變;塔頂縱橋向最大水平位移,塔腳截面應(yīng)變簡支梁橋跨中撓度,支點(diǎn)沉降,跨中截面應(yīng)變常見橋型的主要測點(diǎn)布設(shè)如下表主要測點(diǎn)布置的原則對于撓度(變位)觀測點(diǎn),整體式梁橋一般對稱于橋中軸線布設(shè),截面設(shè)單點(diǎn)時(shí),布置在橋中軸線上,截面設(shè)雙點(diǎn)時(shí),布置在梁底或梁頂面兩側(cè)截面抗彎應(yīng)變測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在截面橫橋向應(yīng)力可能分布較大的部位,沿截面上、下緣布設(shè),橫橋向測點(diǎn)設(shè)置一般不少于3處,以控制最大應(yīng)力的分布常見截面單向應(yīng)變測點(diǎn)布置應(yīng)體現(xiàn)左右對稱、上下兼顧、重點(diǎn)突出的原則,并能充分反映截面的高度方向的應(yīng)變分布特征除布置主要測點(diǎn)外,可根據(jù)橋梁調(diào)查和檢算工作的深度,綜合考慮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和橋梁目前狀況等可適當(dāng)加設(shè)附加測點(diǎn)構(gòu)件名稱主要截面類型應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖備注混凝土主梁板式截面整體式實(shí)心板①板底面測點(diǎn)不少于5個(gè),對稱布置;②側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè)整體式空心板①板底面測點(diǎn)不少于5個(gè),對稱布置;②側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè);③腹板對應(yīng)位置宜置測點(diǎn)裝配式空心板①每片板底面測點(diǎn)不少于2個(gè);②側(cè)面測點(diǎn)應(yīng)不少于2個(gè)常見截面的單向應(yīng)變測點(diǎn)布置如下表所示。對稱時(shí)一個(gè)1/2橫截面的應(yīng)變測點(diǎn)可減少一半,但不宜少于2個(gè)構(gòu)件名稱主要截面類型應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖備注混凝土主梁梁式截面鋼筋混凝土T梁①每片梁底面測點(diǎn)為1~2個(gè);②每片梁側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁①每片梁底面測點(diǎn)為1~2個(gè);②每片梁側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè)Ι形梁①每片梁底面測點(diǎn)為1~2個(gè);②每片梁側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè)π形梁①每片梁底面測點(diǎn)為1~2個(gè);②每片梁側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè)構(gòu)件名稱主要截面類型應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖備注混凝土主梁梁式截面分離式箱梁①每片梁底面測點(diǎn)為1~2個(gè);②每片梁側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè)整體式箱梁①在箱室內(nèi)布置測點(diǎn)時(shí),每箱室頂、底板不少于3個(gè);②單肋側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè);當(dāng)箱梁未預(yù)留檢修孔時(shí),測點(diǎn)布置于箱梁外側(cè)鋼箱梁①每箱室頂、底板測點(diǎn)不少于3個(gè),邊測點(diǎn)應(yīng)貼近腹板布置;②每腹板測點(diǎn)不少于3個(gè);③加勁肋有選擇進(jìn)行測點(diǎn)布置構(gòu)件名稱主要截面類型應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖備注鋼箱梁及鋼混組合梁鋼箱梁鋼|混組合梁①每箱室頂、底板測點(diǎn)不少于3個(gè),邊測點(diǎn)應(yīng)貼近腹板布置;②每腹板測點(diǎn)不少于3個(gè)。③加勁肋有選擇進(jìn)行測點(diǎn)布置鋼混組合梁Ι形①單縱梁頂、底板測點(diǎn)不少于2個(gè);②單縱梁側(cè)面測點(diǎn)不少于3個(gè);③混凝土下緣測點(diǎn)不少于5個(gè),對稱布置拱肋鋼筋混凝土矩形①頂、底面測點(diǎn)不少于2個(gè);②單側(cè)面測點(diǎn)不少于3個(gè)構(gòu)件名稱主要截面類型應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖備注拱肋鋼筋混凝土箱形①頂、底面測點(diǎn)不少于2個(gè);②單側(cè)面測點(diǎn)不少于3個(gè)鋼管混凝土單肢不少于4個(gè),對稱布置雙肢單肢不少于5個(gè),鋼管與綴板連接處宜布置測點(diǎn),并準(zhǔn)確測量其幾何中心四肢單肢不少于5個(gè),鋼管與綴板連接處宜布置測點(diǎn),并準(zhǔn)確測量其幾何中心構(gòu)件名稱主要截面類型應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖備注拱肋整體式板(箱)整體式板①頂、底面測點(diǎn)不少于個(gè)5個(gè)對稱布置;②單側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè)整體式箱①頂、底面測點(diǎn)不少于5個(gè),對稱布置;②側(cè)面測點(diǎn)不少于2個(gè);③腹板對應(yīng)位置須布置測點(diǎn);④當(dāng)箱內(nèi)布置測點(diǎn)時(shí),同整體式箱梁構(gòu)件名稱主要截面類型應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖備注橋墩橋墩圓形不少于4個(gè),對稱布置矩形①橫橋向每側(cè)不少于3個(gè);②縱橋向每側(cè)不少于2個(gè)箱形①橫橋向每側(cè)不少于3個(gè);②縱橋向每側(cè)不少于3個(gè)蓋梁蓋梁矩形①底板測點(diǎn)不少于3個(gè);②單側(cè)面測點(diǎn)不少于3個(gè)現(xiàn)場靜載試驗(yàn)過程觀測與記錄測試數(shù)據(jù)記錄宜采用自動(dòng)記錄系統(tǒng),應(yīng)做好時(shí)間、環(huán)境氣溫等記錄。試驗(yàn)現(xiàn)象主要觀測以下內(nèi)容:(1)裂縫(2)其他現(xiàn)象。如異常響動(dòng)、失穩(wěn)等可能出現(xiàn)裂縫選擇測點(diǎn)與標(biāo)距梁最大剪應(yīng)力位置加載實(shí)施與控制荷載等級一荷載等級二加載程序:加載應(yīng)在試驗(yàn)指揮人員指揮下嚴(yán)格按試驗(yàn)方案中擬定的加載程序進(jìn)行加載穩(wěn)定時(shí)間控制:為控制加卸載穩(wěn)定時(shí)間,應(yīng)選擇一個(gè)控制觀測點(diǎn),在每級加載(或卸載)后立即測讀一次,計(jì)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(jì)算2min前后讀數(shù)的差值ΔS加載過程的觀察:加載試驗(yàn)過程中應(yīng)對結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)位移(或應(yīng)變)、結(jié)構(gòu)整體行為和薄弱部位破損實(shí)行監(jiān)控加載實(shí)施與控制
試驗(yàn)過程中如發(fā)生下列情況應(yīng)中途終止加載:控制測點(diǎn)應(yīng)力值已達(dá)到或超過控制應(yīng)力值控制測點(diǎn)變位(或撓度)超過規(guī)范允許值由于加載使結(jié)構(gòu)裂縫的長度、寬度急劇增加,新裂縫大量出現(xiàn)發(fā)生其他損壞,影響橋梁承載能力或正常使用加載指揮荷載試驗(yàn)靜載試驗(yàn)程序穩(wěn)定一段時(shí)間讀數(shù)準(zhǔn)備工作就緒開始靜載初讀數(shù)
按工況加載測量、讀數(shù)卸載、讀零是否重復(fù)是否結(jié)束結(jié)束
否是
靜載試驗(yàn)結(jié)果分析試驗(yàn)資料的修正(2)溫度影響修正溫度對測試的影響比較復(fù)雜。結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位不同的溫度變化、結(jié)構(gòu)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與自補(bǔ)性等等均對試精度造成一定的影響。溫度影響修正一般按下式計(jì)算:ΔSt=ΔS-Δt·Kt(1)測值修正根據(jù)各類儀表的標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的修正,如考慮機(jī)械式儀表校正系數(shù)、電測儀表的率定系數(shù)與靈敏系數(shù),以及電阻應(yīng)變觀測的導(dǎo)線電阻影響等等。當(dāng)這類因素對測值的影響小于1%時(shí)可不予修正(3)支點(diǎn)沉降的影響修正當(dāng)支點(diǎn)有沉降發(fā)生時(shí),應(yīng)修正其對變位值的影響,修正量C可按下式計(jì)算:
(4)測點(diǎn)變位或應(yīng)變計(jì)算(5)測點(diǎn)的相對殘余變位(或應(yīng)變)可按下式計(jì)算
(6)測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)按下式計(jì)算
試驗(yàn)曲線的繪制試驗(yàn)曲線應(yīng)繪制各加載工況下主要測點(diǎn)實(shí)測變形(或應(yīng)變)與相應(yīng)的理論計(jì)算值的對照表及其關(guān)系曲線,各加載工況下主要控制點(diǎn)的變形(或應(yīng)變等)與荷載的關(guān)系曲線,以及各加載工況下控制截面變形(或應(yīng)變)分布圖、沿縱(橫)橋向撓度圖、截面應(yīng)變沿高度(寬度)分布圖等試驗(yàn)結(jié)果與理論分析的比較繪出荷載位移(P-w)曲線、荷載應(yīng)變(P-s)曲線,并繪出最不利荷載工況作用下位移沿結(jié)構(gòu)縱、橫向分布曲線和控制截面應(yīng)變沿高度分布圖試驗(yàn)結(jié)果評定靜載試驗(yàn)結(jié)果的評定主要包括四個(gè)方面:校驗(yàn)系數(shù)、實(shí)測值與理論值的關(guān)系曲線、相對殘余變位(或應(yīng)變)橋梁類型應(yīng)變(或應(yīng)力)校驗(yàn)系數(shù)撓度校驗(yàn)系數(shù)鋼筋混凝土板橋0.20~0.400.20~0.50鋼筋混凝土梁橋0.40~0.800.50~0.90預(yù)應(yīng)力混凝土橋0.60~0.900.70~1.00圬工拱橋0.70~1.000.80~1.00鋼筋混凝土拱橋0.50~0.900.50~1.00鋼橋0.75~1.000.75~1.00注:校驗(yàn)系數(shù)越小,結(jié)構(gòu)的安全儲備越大,校驗(yàn)系數(shù)過大或過小應(yīng)從多方面分析原因(1)校驗(yàn)系數(shù)常見橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的應(yīng)變(應(yīng)力)、撓度校驗(yàn)系數(shù)的常值范圍見下表(2)實(shí)測值與理論值的關(guān)系曲線測點(diǎn)實(shí)測變形(或應(yīng)變)與其理論值成線性關(guān)系,則說明結(jié)構(gòu)處于線彈性工作狀況(3)截面應(yīng)變分布狀況通過分析截面應(yīng)變的分布圖,得出橋梁的工作狀態(tài)(4)相對殘余變位(或應(yīng)變)測點(diǎn)在控制荷載工況作用下的相對殘余變位(或應(yīng)變)ΔSp越小,說明結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀況動(dòng)載試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)在移動(dòng)的車輛、人群、風(fēng)力和地震等動(dòng)力荷載作用下會產(chǎn)生振動(dòng)。橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問題影響因素復(fù)雜,一般需采用理論分析與試驗(yàn)測試相結(jié)合的方法解決,橋梁動(dòng)載試驗(yàn)就成為解決該問題必不可少的手段動(dòng)載試驗(yàn)產(chǎn)生的背景港珠澳大橋動(dòng)載試驗(yàn)港珠澳大橋動(dòng)載試驗(yàn)
基本概念橋梁動(dòng)載試驗(yàn)是利用某種激振方法激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng),測定橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比、動(dòng)力沖擊系數(shù)、動(dòng)力響應(yīng)(加速度、動(dòng)撓度)等動(dòng)態(tài)參量的試驗(yàn)項(xiàng)目,從而宏觀地判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度與運(yùn)營性能。拾振器布置橋梁動(dòng)載采集設(shè)備橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)可以劃分為三類基本問題:測定動(dòng)荷載的動(dòng)力特性,即引起橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)的作用力數(shù)值、方向、頻率和作用規(guī)律測定橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,即橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的自振頻率、阻尼比、振型等橋梁結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)測定橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng),即橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)位移、動(dòng)應(yīng)力、沖擊系數(shù)橋梁動(dòng)載試驗(yàn)時(shí)的荷載效率:式中:Sd——?jiǎng)虞d試驗(yàn)荷載作用下控制截面最大計(jì)算內(nèi)力值
Slmax——控制荷載作用下控制截面的最大內(nèi)力或變形(不計(jì)沖擊)動(dòng)載試驗(yàn)的激振方法動(dòng)載試驗(yàn)常見的激振方法包括環(huán)境隨機(jī)激勵(lì)法(脈動(dòng)法)、跑車余振法、跳車激振法、起振機(jī)激振法以及其他激振法環(huán)境隨機(jī)激勵(lì)法(脈動(dòng)法):在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的情況下,通過測定橋梁由風(fēng)荷載、地脈動(dòng)等隨機(jī)激勵(lì)引起的微幅振動(dòng)來識別結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)的方法時(shí)程曲線頻譜值理想的拍振波形跑車余振法:利用車輛駛離橋面后引起的橋梁結(jié)構(gòu)余振信號來識別結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)。常用載重車隊(duì)由低到高的不同速度駛過橋梁,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的強(qiáng)迫振動(dòng)。在車輛離橋后,結(jié)構(gòu)作自由衰減振動(dòng)的波形記錄,從中可分析計(jì)算出結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼特性,自由衰減振動(dòng)的波形如下圖自由衰減振動(dòng)的波形跳車激振法:通過讓單輛載重汽車的后輪在指定位置從三角形墊塊突然下落對橋梁產(chǎn)生沖擊作用,激起橋梁的振動(dòng)起振機(jī)激振法:利用激振設(shè)備,對被測結(jié)構(gòu)施加一簡諧荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一恒定的強(qiáng)迫簡諧振動(dòng),借助共振原理來得到結(jié)構(gòu)自振特性的方法。當(dāng)激振器的頻率由低到高(掃頻)時(shí),即可得到一組振幅與頻率的關(guān)系曲線,如下圖加速度時(shí)程圖各個(gè)測點(diǎn)頻譜圖其它方法:(1)突加荷載法(沖擊法)此法又稱之為初速度法。它是對被測結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生一沖擊力使得結(jié)構(gòu)或構(gòu)件獲得一初速度而自由振動(dòng)起來垂直加載示意圖(2)突然卸載法(位移激振法)此法又稱之為初位移法。它是先使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一初始位移,然后突然卸載,利用結(jié)構(gòu)的彈性使其自由振動(dòng)起來的方法橋塔突然卸載法動(dòng)載試驗(yàn)的截面及測點(diǎn)布置一般可根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)模按跨徑8等分或16等分簡化布置。如遇橋塔或高墩,盡可能按高度3~4等分布置。簡單結(jié)構(gòu)宜選擇跨中1個(gè)測試截面,復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)增加測試截面,但不宜過多。用于沖擊效應(yīng)分析的動(dòng)撓度測點(diǎn)每個(gè)截面至少1個(gè),采用動(dòng)應(yīng)變評價(jià)沖擊效應(yīng)時(shí),每個(gè)截面在結(jié)構(gòu)最大活載效應(yīng)部位的測點(diǎn)數(shù)不宜少于2個(gè)。拾振器布置應(yīng)變測量裝置簡支梁橋前5階模態(tài)的傳感器布置方案前n階模態(tài)階數(shù)最少需要傳感器數(shù)測點(diǎn)布設(shè)位置11L/222L/4,3L/433L/6,L/2,L/444L/8,3L/8,5L/8,7L/855L/10,3L/10,L/2,7L/10,9L/10前n階模態(tài)階數(shù)最少需要傳感器數(shù)測點(diǎn)布設(shè)位置12L/4,3L/424L/8,3L/8,5L/8,7L/836L/12,L/4,5L/12,7L/12,3L/4,11L/1248L/16,3L/16,5L/16,7L/16,9L/16,11L/16,13L/16,15L/16兩等跨連續(xù)梁橋前4階模態(tài)的傳感器布置方案前n階模態(tài)階數(shù)最少需要傳感器數(shù)測點(diǎn)布設(shè)位置13L/6,L/2,5L/626L/12,L/4,5L/12,7L/12,3L/4,11L/1239L/18,L/6,5L/18,7L/18,L/2,11L/18,13L/18,5L/6,17L/18三等跨連續(xù)梁橋前3階模態(tài)的傳感器布置方案拾振器的布置應(yīng)按照結(jié)構(gòu)振型形狀,在變位較大的部位布置測點(diǎn),盡可能避開各階振型的節(jié)點(diǎn),以免丟失模態(tài)。常見橋梁的前幾階振型如下所示:(1)簡支梁前幾階振型:(2)固端梁的前幾階振型:
(3)懸臂梁的前幾階振型:
(4)三跨連續(xù)梁的前幾階振型:
(5)雙絞拱橋的前幾階振型:動(dòng)載試驗(yàn)的測試內(nèi)容動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)工況包括以下主要內(nèi)容:(1)跑車試驗(yàn)(無障礙行車試驗(yàn)):一般安排標(biāo)準(zhǔn)汽車車列(對小跨徑橋也可用單排車)在不同車速時(shí)的跑車試驗(yàn),跑車速度一般定為在最高設(shè)計(jì)車速下的若干等級跑車試驗(yàn)跑車試驗(yàn)(2)跳車試驗(yàn)(有障礙行車試驗(yàn)):在預(yù)定激振位置放置一塊弓形障礙物或三角木等,試驗(yàn)車輛以不同的速度行駛,車速宜取5~20km/h,障礙物宜布置在結(jié)構(gòu)沖擊效應(yīng)顯著部位弓形障礙物跳車實(shí)驗(yàn)(3)剎車制動(dòng)試驗(yàn):通過行進(jìn)車輛突然停止作為激振源,以不同車速停在預(yù)定位置,剎車制動(dòng)試驗(yàn)車速宜取30~50km/h,制動(dòng)停止部位應(yīng)為動(dòng)態(tài)效應(yīng)較大的位置剎車實(shí)驗(yàn)(4)脈動(dòng)試驗(yàn):使用高靈敏度的傳感器和放大器測量結(jié)構(gòu)在環(huán)境振動(dòng)作用下的振動(dòng),然后對其進(jìn)行譜分析,求出結(jié)構(gòu)自振特性試驗(yàn)過程的控制與記錄正式試驗(yàn)前應(yīng)對測試系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性檢查。橋梁空載狀態(tài)下,動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度信號在預(yù)定采集時(shí)間內(nèi)的零點(diǎn)漂移不宜超過預(yù)計(jì)最大值的5%全部試驗(yàn)完成后,應(yīng)在現(xiàn)場對主要的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和分析,確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性動(dòng)載試驗(yàn)流程:儀器調(diào)試等待開始車輛以v的速度上橋跑車、跳車、剎車測量、記錄車輛下橋是否重復(fù)是否結(jié)束結(jié)束是否改變工況自振頻率的分析結(jié)構(gòu)自振頻率可采用頻譜分析法、波形分析法或模態(tài)分析法得到。自振頻率宜取用多次試驗(yàn)、不同分析方法的結(jié)果相互驗(yàn)證。單次試驗(yàn)的實(shí)測值與均值的偏差不應(yīng)大于±3%(1)波形分析法適用于單一頻率自振信號,如下圖所示,得到單一頻率的自振信號,再進(jìn)行頻率計(jì)算多階自振信號疊加濾波后的一階自振信號動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果分析(2)頻譜分析法可用于確定自振信號的各階頻率。用于分析的數(shù)據(jù)塊中不得包含強(qiáng)迫振動(dòng)成分(3)頻譜分析法采用跳車激振法時(shí)對于跨徑小于20m的橋梁應(yīng)按下式對實(shí)測結(jié)構(gòu)自振頻率進(jìn)行修正:(4)采用跑車余振法激振時(shí),要確定車輛駛離橋梁的準(zhǔn)確時(shí)刻,以免將強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)作自由振動(dòng)進(jìn)行處理,導(dǎo)致自振頻率誤判
F0—結(jié)構(gòu)的自振頻率;f—有附加質(zhì)量影響的實(shí)測自振頻率;M0—橋梁結(jié)構(gòu)在激振處的換算質(zhì)量;M—附加質(zhì)量阻尼參數(shù)分析橋梁結(jié)構(gòu)阻尼參數(shù)可采用波形分析法、半功率帶寬法或模態(tài)分析法得到。結(jié)構(gòu)阻尼參數(shù)宜取用多次試驗(yàn)、不同分析方法所得結(jié)果的均值,單次試驗(yàn)的實(shí)測結(jié)果與均值的偏差應(yīng)不超過±20%。
(1)波形分析法多階自振信號疊加的波形應(yīng)首先分離為單一頻率的自振信號,如圖再按下式計(jì)算阻尼比:
式中:D
阻尼比;N
參與計(jì)算的波的個(gè)數(shù),應(yīng)不小于3;Ai
參與計(jì)算的首波峰值;Ai′參與計(jì)算的首波波谷值;Ai+n
參與計(jì)算的尾波峰值;Ai+n′參與計(jì)算的尾波波谷值。(2)半功率帶寬法在自振頻譜圖上對每一階自振頻率采用半功率點(diǎn)帶寬求取阻尼參數(shù)的方法。采用此方法時(shí)頻率分辨率Δf
宜不大于1%的自振頻率值,以保證插值計(jì)算的精度,計(jì)算方法見下式阻尼比為:式中:f0為自振頻率,f1和f2為半功率點(diǎn)頻率,即0.707倍功率譜峰值所對應(yīng)的頻率半功率點(diǎn)法阻尼識別沖擊系數(shù)分析計(jì)算沖擊系數(shù)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用橋面無障礙行車下的動(dòng)撓度時(shí)程曲線計(jì)算。受現(xiàn)場條件限制無法測定動(dòng)撓度時(shí),可采用動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線計(jì)算沖擊系數(shù),計(jì)算方法參照下圖和下式,沖擊系數(shù):
沖擊系數(shù)計(jì)算圖例沖擊系數(shù)分析對于特大跨橋梁,目前尚缺乏實(shí)用性、可靠性、分辨率均能較好滿足要求的動(dòng)撓度測試設(shè)備在動(dòng)撓度或動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線中直接求取最大靜撓度,其計(jì)算結(jié)果受人為因素影響較大,這種影響在小跨徑橋梁高速行車試驗(yàn)中尤為明顯對于石拱橋和部分混凝土橋梁實(shí)測動(dòng)力響應(yīng)往往較小,如動(dòng)應(yīng)變幅值經(jīng)常會處于5×10-6~20×10-6之間,儀器的噪聲影響不可忽視若需要真實(shí)反映車輛的全程沖擊作用,需采用加權(quán)的復(fù)雜公式橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能評價(jià)動(dòng)載試驗(yàn)完成后,橋梁結(jié)構(gòu)性能評價(jià)主要考慮以下三個(gè)方面:比較實(shí)
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