桥梁荷载试验.docx
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桥梁荷载试验
桥梁荷载试验
1检测目的及方法
1.1检测目的
各桥梁检查及荷载试验的主要目的如下：
（1）通过桥梁检查，找出结构维修加固后是否仍存在缺陷、损伤及病害，从结构受力和使用性能的角度分析这些病害产生的原因，掌握结构的实际工作状况，评定桥梁技术状况等级。
（2）通过静载试验，测试结构主要受力构件在静荷载作用下的受力性能，掌握桥梁结构的实际工作状况，判断结构受力是否正常及是否满足设计要求。
（3）通过动载试验，测试结构在动力荷载作用下的响应，掌握桥梁结构的主要动力性能和动力特性，从整体上了解结构的工作状态。
（4）通过以上工作，掌握桥梁的整体工作状态，对桥梁结构在运营过程中的安全性做出综合评价，并对存在隐患的部位进行分析，提出桥梁结构处理的初步意见。
同时也为桥梁后续的养护、维修提供指导，保证桥梁结构的长期安全运营。
1.2桥梁检测的基本思路和方法
桥梁检测的基本思路为：
对全桥进行详细检查→对桥梁原有病害部位进行重点复查，判断病害的发展情况，并在此基础上检查结构有无出现新的病害→桥梁无损检测→计算分析→桥梁荷载试验→综合评估。
具体工作流程图如2-3-1所示。
图2-3-1工作流程图
1.3设备选型及准备
对荷载试验设备进行状态确认，保证设备工作正常，满足测试要求，准备应变计粘结剂、标签等耗材。
仪器设备名称
规格型号
精度
用途
数量
检定有效期
设备编号
计算分析
MIDAS/CIVIL分析建模
高级版
/
理论计算
1套
/
GL02020013-06
MIDASFEA分析建模
高级版
/
理论计算
1套
/
GL02020013-03
桥梁博士分析软件
/
/
理论计算
1套
/
GL02020013-09
静载仪器设备
DH3815N应变采集系统
DH3815N
/
应变采集
1套
2019.1.20
GL02020001-01
振弦式自动采集系统
BGK-
MICRO-40
/
应变采集
1套
2019.2.8
GL02020002-03
应变片
/
/
应变采集
30支
/
/
DSZ2+FS1精密水准仪
DSZ2+FS1
0.1mm
挠度测量
2台
2019.7.14
GL01140026-04
2019.2.8
GL01140026-05
振弦读数仪
BGK-408
0.1Hz
应变采集
1台
2019.6.11
SY01010008-01
振弦应变计
BGK-408
0.1Hz
应变采集
100支
2019.6.11
SY01010008-02
位移传感器
YHD-100
0.01mm
位移采集
1个
2019.6.22
GL02030005-06
位移传感器
YHD-50
0.01mm
位移采集
1个
2019.6.22
GL02030005-04
标定架，万向夹头
BD-25VG
/
固定
1个
/
/
裂缝宽度观测仪
SW-LW-101
0.01mm
裂缝观测
1台
2019.6.15
GL02010007-14
动载仪器设备
DH5907桥梁模态测试系统
DH5907
/
模态采集
1套
2019.4.18
GL02020003-01
桥梁挠度检测仪
BJQN-4D
0.1mm
挠度测量
1套
2019.9.17
GL02020005
辅助设备
桥梁检测车
ABC200/L（BARIN）
/
桥梁检测
1辆
/
GL02020012-01
桥梁检测车
徐工
/
桥梁检测
1辆
/
GL02020012-03
高倍望远镜
/
/
观测
2台
/
/
50m、30m钢卷尺
/
/
尺寸测量
2把
2019.6.15
GL01140025-9、10
3m、5m钢卷尺
/
/
尺寸测量
2把
2019.6.15
GL01140025-11、12
激光测距仪
leicaDISTOD3
/
距离测量
1台
/
GL01140030-04
对讲机
/
/
通话
8台
/
/
加载设备
加载汽车
后八轮
±5%
车辆加载
6辆
/
/
2桥梁结构检算及承载能力荷载试验
2.1桥梁结构检算
桥梁结构检算的目的是对桥梁结构当前状态的形成过程与内力状态进行计算和反演分析，查明桥梁结构的薄弱环节和不利影响因素，提出相应的处治措施与对策，确保桥梁结构的安全运营。
根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011），对混凝土桥承载能力极限状态的计算评定应根据桥梁检测结果，采用引入检算系数、截面折减系数的方法进行修正计算。
配筋混凝土桥梁结构承载能力极限状态，采用式（4.1.1）进行计算评定：
（4.1.1）
式中：
——结构的重要性系数；
S——荷载效应函数；
——抗力相应函数；
——材料强度设计值；
——构件钢筋几何参数值；
——承载能力检算系数；
——承载能力恶化系数；
——配筋混凝土结构的截面折减系数；
——钢筋截面的折减系数。
2.2荷载试验目的
桥梁检查、检测是一个对桥梁结构实际运营情况定性的工作，并不能够准确掌握结构的损伤程度，不能完全反映目前结构的实际工作状态。
因此，为了准确掌握结构目前的工作状态及承载能力，需要进行静载试验，静载试验内容如下。
（1）通过荷载试验，确定试验结构控制截面的应变分布情况，包括中性轴高度、截面应变分布、应变与荷载效率的关系、实测值与理论计算值的对比，对梁体的受力状态进行评判；
（2）通过分析在试验荷载下桥梁跨中挠度的情况，评估结构的整体刚度；
（3）通过实测值（应变、挠度）与理论计算进行对比，分析结构受力是否正常；
（4）通过静载试验结果分析，检验桥梁结构的实际工作性能，对结构做出总体评估，并根据评估结果，对今后的养护及维修工作提出建议。
3桥梁静载试验
桥梁静载试验主要是测量桥梁结构在静力荷载作用下各控制断面的应力及结构变形，它们是检验桥梁性能及工作状态（如结构的强度、刚度）最直接、最有效的办法。
静载试验现场采用计算出的试验荷载进行等效加载，然后采集测试断面的应力和变形，通过理论计算值与荷载试验实测值的比值，判定结构承载能力是否满足验证荷载的运营要求。
为了保证试验准确，在选择试验荷载的大小和加载位置时，采用静载试验效率进行控制。
静载试验效率
宜介于：
。
3.1试验加载方式
根据各个桥梁具体截面形式，选取最不利的布载位置，并加载对应车辆，使控制截面的力矩与标准活载作用下的设计力矩之比达到试验荷载效率的要求。
3.2测试截面与测点布置
承载力测试内容主要包括跨中截面应力和变形测试，各测试截面分布如图5-2-1～图5-2-3所示，各测试截面的应变及挠度测点布置如图5-2-4至5-2-28所示。
1工况一应变及挠度测试点布置图
3.3静载试验加载
（1）试验加载原则
静力试验荷载效率：
，宜介于：
。
式中：
——静力试验荷载效率；
——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、应力或变位的最大计算效应值；
——检算荷载产生的同一加载控制截面内力、应力或变位的最不利效应计算值；
——按规范取用的冲击系数。
为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线，以及防止结构意外损伤，试验加载采用分级加载的方式，共分4～5级加载，1级卸载。
每次加载或卸载要求在前一荷载阶段内结构变位相对稳定后，才能进入下一个荷载阶段。
一般是选定一个敏感的测点在加载后进行观测，达到稳定后方可进入下一级加载。
卸载过程中，禁止多辆加载车同时启动。
（2）试验加载安全监测
试验加载安全监测是为了防止试验荷载对桥梁造成损伤，发生下列情况应中途终止加载：
控制测点应力值已达到或超过理论计算的控制应力值时；
控制测点变位（或挠度）超过规范允许值时；
由于加载，使结构裂缝的长度、缝宽急剧增加，新裂缝大量出现，缝宽超过允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时。
4桥梁动载试验
4.1动载试验目的
桥梁结构的动力特性，如固有频率、阻尼系数和振型等，只与结构本身的固有性质有关，是结构振动系统的基本特征；另一方面，桥梁结构在实际动荷载作用下，结构各部位的动力响应，不仅反映了桥梁结构在动荷载作用下的受力状态，也反映了动力作用对驾驶员和乘客舒适性的影响。
动载试验主要用于综合了解结构自身的动力特性以及结构抵抗受迫振动和突发荷载作用的能力，以判断结构的实际工作状态和实际承载能力，同时也为使用阶段结构评估积累原始数据。
4.2动载试验内容
动载试验拟通过脉动试验、行车试验、跳车试验和制动试验测定桥梁作为一个整体结构在动力荷载作用下的受迫振动特性和结构的自振特性，以评价桥梁的最大动力响应，分析结构有无较大缺陷。
（1）脉动试验：
测试在环境振动下（桥位处风力、地脉动、水流等随机荷载激振）桥梁的微小振动响应，分析桥梁的自振特性（自振频率、振型及阻尼）。
（2）行车试验：
在桥面封闭交通的条件下，采用一辆加载车以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h通过桥梁，测试桥梁在行车车辆荷载作用下的动力响应（行车试验过程中选取控制截面布置动挠度及动应变测点进行同时、同步测试），分析动荷载本身的动力特性及结构的强迫振动特性。
（3）跳车试验：
单辆车10km/h在桥梁跨中越过高10cm的三角垫木，模拟桥面铺装局部破损状态，测定桥跨结构在桥面不良状态时行车车辆荷载作用下的振动响应。
（4）制动试验：
采用单辆试验车在跨中处紧急制动，测试桥梁的振动响应。
5实验过程
5.1、现场准备工作
（1）加载车辆的联系，车辆装载配重。
车辆的轴距和轴重的测量并对车辆进行编号，并根据实际加载车型轴重对加载方案进行微调，保证加载效率系数满足要求。
（2）加载位置的放样。
以控制点为影响线的最不利处为标准，对车辆加载位置进行放样，保证加载效果。
本次各桥静载试验均有偏载和中载，试验前必须在桥上按照计算位置标出车辆的具体加载位置。
（3）位移测点的布置。
根据计算结果设置桥面挠度和支座压缩测点，为了方便观测，并根据桥梁挠度的特点，水准仪测点通常布置在距护栏约10cm处的桥面上，激光挠度仪测点布置在梁底。
（4）应变测点的布置。
以测试梁整个梁高的应变包络为原则，对应变测点布置进行合理设计。
同时为了保证应变计的粘贴质量，本次应变计粘贴将对混凝土表面浮浆进行打磨，然后采用强度极高、硬化速度较快的粘结剂进行粘贴，保证应变计与结构共同变形，然后进行导线的连接与测试工作，保证应变采集的工作质量。
5.2、现场测试
（1）挠度测试。
为了准确测试桥梁的挠度，主要通过采用精密水准仪，在试验工况加载前后，测试测点高程的变化来测量桥面的挠度，另外采用激光挠度仪对桥梁某些关键测点进行比对测试，以保证测试精度。
（2）应变测试。
本次检测采用的振弦应变计具有优良的重复性和稳定性，对于微小的被测力变化可产生较大的频率变化，从而具有很高的灵敏度，而且其抗干扰能力强，信号能够远距离传输。
为验证精度，对部分测点采用应变片与振弦传感器共同测试，互相对比、互相验证。
（3）裂缝的观测。
在静载试验时，还应注意在加载时，关键断面是否会产生新裂缝。
记录时应包括裂缝出现的加载工况，以及裂缝宽度、长度及发展方向等。
（4）加卸载要求。
为了加载安全，了解结构应变和变形随荷载试验增加而变化的关系，对桥梁荷载试验的各工况，分2级或3级进行加载，按逐级递增的加载方式从零加到最大试验荷载，然后1级卸载。
加载过程中实时读取各控制截面的应变，如果发现异常立即中断试验。
（5）脉动试验。
对各桥试验联进行脉动试验，试验测点布置在试验联桥跨的1/4跨、跨中及3/4跨位置，依次从小桩号侧向大桩号侧进行编号。
测点布置速度传感器，采集特征点的时域信号。
（6）行车、跳车试验。
行车试验是用一辆加载车以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的速度分别匀速通过桥跨结构，测试各桥测试断面处竖向的动挠度时程响应曲线。
跳车试验在各桥测试断面处设置一高约15cm的楔形三角木，让一辆44t重车越过使其产生跳动，以形成对桥梁的冲击作用，激起桥梁的竖向振动，测试跨中竖向动挠度时程响应曲线。
试验测点均布置在试验跨跨中，采用激光挠度仪进行测试。
6试验数据及成果提交
6.1、静载试验
为评定桥梁结构整体受力性能，需对桥梁荷载试验结果与理论分析值比较，以检验新建桥梁是否达到设计要求的荷载标准。
（1）结构校验系数（包括应变、挠度）
在基本试验荷载作用下，控制测点的实测值与相应的理论计算值的比值定义为结构校验系数η，该值是评定结构实际工作状况，确定桥梁承载能力的重要指标之一。
结构校验系数η由下式表示：
η=S
/S
Se—试验荷载作用下主要测点的弹性变位或应变值；
S
—试验荷载作用下主要测点的理论计算变位或应变值。
一般要求η值不大于1，η值越小结构的安全储备越大，η值过大或过小有多方面原因。
如η值过大可能说明组成结构的材料强度较低，结构各部分连接性较差，刚度较低等。
η值过小可能说明材料的实际强度及弹性模量较高，与计算理论或简化的计算图式也有一定关系。
（2）相对残余变形（包括应变、挠度）
当卸去基本试验荷载后结构存在残余变形，其相对残余变形是检验结构的弹性回复能力的主要指标，当相对残余变形小于20%，则表明结构弹性回复能力良好，相对残余变形由下式表示：
S
=
×100%
S
—主要测点的实测残余变位或残余应变；
S
—试验荷载作用下主要测点的实测总变位或总应变。
（3）实测值与理论值的关系曲线
由于理论的变位（或应变）一般按线性关系计算。
如测点实测弹性变位（或应变）与理论计算值成正比，其关系曲线接近于直线，说明结构处于良好的弹性工作状况。
（4）横向增大系数
横向增大系数一般由实测的变位（或应变）最大值与横向各测点平均值之比求得，即：
式中：
—试验荷载作用下量测的最大弹性变位（或应变）值
—试验荷载作用下横桥向各测点的弹性变位（或应变）值
主要测点在控制荷载工况下的横向增大系数
反映了桥梁结构荷载横向不均匀分布的程度及横向联结的工作状况。
值越小，说明荷载横向分布越均匀，横向联结构造越可靠；
值越大，说明荷载横向分布越不均匀，横向联结构造越薄弱，结构受力越不利。
6.2、动载试验
（1）行车试验的实测冲击系数
实测的活载冲击系数为：
式中：
—在动力荷载作用下该测点最大挠度（或应变）值；
—在动力荷载作用下该测点最小挠度（或应变）值；
—相应的静载作用下该测点最大挠度（或应变）值。
实测的活载冲击系数应满足：
式中：
—设计取用的的冲击系数。
当
时，
当
时，
当
时，
（2）自振频率
可根据桥梁跳车激振试验测记的测点余振响应信号分析而得。
（3）阻尼比
桥梁结构的阻尼比，可根据跳车激振试验测记的测点余振响应信号分析而得。
式中:
—测点阻尼比；
—在振动衰减曲线上量取的波形数；
—在振动衰减曲线上量取的第
个波形的幅值；
—在振动衰减曲线上量取的第
个波形的幅值。
（4）振型
结构的振型是结构相应于各阶固有频率的振动形式，一个振动系统振型的数目与其自由度数目相等。
对于一般桥梁结构，第一固有频率即基频对结构的动力分析才是最重要的。
将理论计算值、实测值进行比对，说明二者的符合程度，从中得出试验桥梁所具备的实际结构动力特性及桥梁运营情况，以及从试验中所发现的新问题。
6.3、提交的成果
按照投标文件及相关规范要求对每座桥分别出具详细试验报告，提交一式四份检测报告，报告主要采用如下格式：
（1）项目概述
主要介绍试验桥梁联跨的设计、施工、监理单位及过程检测的基本情况。
（2）检测目的
（3）检测依据和标准
（4）检测内容、方法及过程
主要介绍静动载试验的具体内容，整个现场试验过程的具体情况等。
（5）检测仪器设备
（6）静载试验
主要包括有试验跨段、工况设置、测点布置、试验荷载布置、各工况具体计算与等代荷载和加载载位等情况、静载试验的应变挠度校验系数及分析、静载试验校验系数的分布情况、相对残余变形（弹性回复率）、裂缝情况等。
（7）动载试验
桥梁模态试验主要是现场检测结构的前三阶振型、频率并与理论计算值进行比对。
车辆激励试验主要测试冲击系数，并通过跳车试验检测结构的自振频率和阻尼比。
（8）结论与建议
根据对比分析，对桥梁结构承载能力、动力特性和刚度、工作性能等提出评价。
7安全措施
（1）组织足够数量的人员从事试验现场秩序维护和安全保卫工作，禁止无关人员和车辆进入试验区域，并组织管理好非直接参加试验人员。
（2）高空作业的人员必须系安全带。
（3）试验车辆有专人指挥，按特定路线行驶。
（4）跳车和跑车前疏散桥上非相关的试验人员。
（5）安排专人守护试验设备。
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