桥梁静动载试验检测技术方案实施细则.docx
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桥梁静动载试验检测技术方案实施细则
桥梁静动载试验检测技术方案（实施细则）
1.1检测目的
（1）对工程实体进行检测，并重点对施工中已出现的问题和设计要点、重点进行详细检查。
依据检查结果对所发现的问题做出相应的评估，以消除工程质量隐患，为工程的交工验收质量评定提供可靠的资料及确定目前存在的病害对桥梁的使用功能及耐久性能的影响程度及整改的初步评价与方案。
（2）通过荷载试验测定该桥在试验荷载作用下控制断面的应变和挠度等参数，判定桥跨结构的实际工作状态和静力性能；通过荷载试验测定该桥结构在动力荷载作用下的受迫振动特性和自振特性、测定桥梁结构的模态参数，判定桥跨结构的动力性能。
（3）综合评价桥梁的工程质量，为桥梁后期养护维修工作及运营期间积累原始科学资料。
1.2检测项目
桥梁静载试验前应进行桥梁外观检测，静载试验时，测试桥梁结构在试验荷载作用下控制截面的应变（应力）、变形、裂缝开展情况等。
动载试验时，测试桥梁结构的自振频率、振型和阻尼系数，桥梁结构在动力荷载作用下的振动频率、冲击系数等。
1.3检测方案
外观检查
桥梁外观质量检查采取向相关单位（建设单位、监理单位、施工单位）调查、现场外观检查相结合的方式进行。
荷载试验前，通过向相关单位问询及搜集施工技术资料，调查试验桥梁在施工过程中是否存在施工质量问题；另一方面，对试验桥梁的桥面系、上部结构、支座及下部结构进行现场外观质量检查，以查明各部位的实际状况。
对荷载试验结果有直接影响的问题，如上下部结构物的有无影响结构受力的缺陷或损坏、支座有无偏位、破损情况等，在试验过程中随时注意观察其变化，在加载试验过程中和试验结束后，也要对受加载影响较大的主要控制部位进行详细的检查。
此次桥梁外观检查以目测观察结合仪器观测进行，近距离检查桥梁各部件的缺损情况。
桥面系构造的检查
①桥面铺装
对桥面铺装裂缝进行逐一统计，对裂缝长度、分布位置进行逐条详细记录，并采集影像资料。
裂缝长度采用钢卷尺测量，裂缝位置用钢卷尺测量。
坑槽采用直尺配合钢卷尺测量坑槽深度，采用钢卷尺测量范围和相对位置。
现场查看桥面波浪和桥头跳车现象，并用钢卷尺测量其范围及相对位置。
②伸缩缝
现场查看伸缩缝处是否存在明显跳车现象，并目测其是否有异常变形、破损、脱落、漏水等病害。
测量伸缩缝是否挤压变形，橡胶条是否损坏、脱落，伸缩缝内是否有大量沙土以及混凝土的破损等状况。
③护栏
外观病害主要通过目测确定病害性质，必要时采用钢卷尺测量器范围及相对位置。
详细记录护栏的缺损状况。
④桥面排水系统
主要采用目测泄水管是否完好通畅，桥头排水沟功能是否完好，锥坡桥头护岸有无冲蚀、塌陷等病害，结合桥面纵、横断面线形测量结果判断桥面排水是否顺畅，桥面是否产生积水等病害。
⑤对桥面系的典型病害采用数码相机逐一进行影像资料的采集。
上部结构的检查
①利用专用桥梁检测车或梯子所形成的的检测平台对主梁等上部结构构件的病害进行逐孔近距离检测。
②体外观表面病害（破损、渗水、表面风化、剥落等）采用钢卷尺测量器范围及相对位置，并对其特性进行详细描述记录。
③对于上部结构各混凝土构件的裂缝采用钢卷尺测量其范围及相应位置，裂缝宽度采用裂缝宽度仪进行测量，必要时采用裂缝综合测试仪检测裂缝深度。
④目测上部结构各混凝土构件出现的破损、蜂窝、孔洞等病害，采用钢卷尺测量其范围和位置，并进行详细描述和记录。
⑤对上部结构的典型病害采用数码相机逐一进行影像资料的采集。
支座的检查
①利用专用桥梁检测车或梯子所形成的的检测平台对支座病害进行近距离检测。
②主要采用目测的方式借助手电筒确定支座病害类型（变形、移位和缺损），支座发生的倾斜和平面位移采用钢直尺进行测量，并进行详细记录。
③对支座的典型病害采用数码相机逐一进行影像资料的采集。
下部结构的检查
①检查墩台及基础是否滑动、下沉或冻拔主要应观测基础周围地表是否发生规则的裂缝、沉陷等综合判断。
②墩台帽梁病害结合专用桥梁检测车或梯子进行近距离观测，并用钢卷尺测量病害范围及相对位置。
③基础冲刷或淘空采用目测、长直杆或铅锤进行触探测量等方式综合判断。
④对下部结构的典型病害采用数码相机逐一进行影像资料的采集。
桥梁其他构件或部位
①翼墙（侧墙、耳墙）有无开裂、倾斜、滑移、沉降、风化剥落和异常变形；
②锥坡、护坡有无塌陷、铺砌面有无缺损、勾缝脱落、灌木杂草丛生、垃圾堆积等现象；
③调治构造物是否完好，功能是否适用，桥位段河床是否有明显的冲淤或漂浮物堵塞现象。
静载试验
（1）基本原则
为了通过静载试验在具备切实可行的条件下达到既定的目的，静载试验遵循如下原则：
（1）试验跨选取。
静载试验为了达到试验目的，按照相关试验规范规定，一般选择桥梁结构中受力最不利、施工质量相对不够好、缺陷较多且施工记录不完备的桥跨结构进行加载试验，以检测桥梁的结构性能。
但由于静载试验使结构本身受力，在试验过程中必须严格控制其尺度，即所加荷载大小和位置既能合理的反映出结构的损伤特性，又不会超过规定的容许值，不会对桥梁结构造成新的损伤。
基于上述静载试验的试验跨选取原则，并且结合招标文件要求，进行试验跨的选取。
（2）采用各控制截面内力、各控制点变形等效的原则，计算各试验工况下的实际加载车辆数量和加载位置；
（3）静载试验效率系数
不宜过小，否则不能反映出桥梁在设计荷载下的工作性能，同时也不宜过大，以防结构局部损坏。
实际荷载试验时，试验效率系数控制在0.95<
≤1.05之间。
同时应密切注意相应的其它相应值也不超限。
静载试验效率计算式如下所示：
其中：
Ss——静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；
S——计入冲击系数（1+μ）的控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值；
μ——按规范采用的冲击系数。
（2）试验项目及测试方法
为了满足要求，试验荷载工况的选择应依据反映桥梁结构的最不利受力状态的原则来进行。
依据相关标准规范的规定并结合试验桥梁结构体系的具体情况来设置加载工况。
不同桥型的静载试验的测试项目列于下表所示。
表5-8静载试验项目
序号
桥型
内力或位移控制截面
1
简支梁桥
主要
1.跨中截面最大正弯矩和挠度；
2.支点截面最大剪力。
2
连续梁桥、连续刚构
主要
1.跨中截面最大正弯矩和挠度；
2.内支点截面最大负弯矩；
3.L/4截面弯矩和挠度。
3
悬臂梁桥、T型刚构
主要
1.锚固跨跨中截面最大正弯矩和挠度；
2.支点截面最大负弯矩；
3.挂梁跨中截面最大正弯矩和挠度。
4
拱桥
主要
1.拱顶截面最大正弯矩和挠度；
2.拱脚截面最大负弯矩；
3.刚架拱上弦杆跨中正弯矩。
5
刚架桥（包括框架、斜腿刚构和刚架——拱式组合体系）
主要
1.跨中截面最大正弯矩和挠度；
2.结点截面最大负弯矩。
6
钢桁桥
主要
1.跨中、支点截面的主桁杆件最大内力；
2.跨中截面挠度。
（3）检测项目
现场检测时，量测仪器的精度，静态测定时应选用不大于预计量测值的5%，动态测定时应选用不大于预计量测最大值的10%。
现场检测时，数据的采集应优先考虑使用电测法，以减少人工读数的误差并提高工作效率。
（4）测点布置
应变测点布置
应变测点应根据测试截面及测试内容合理布置，应注意：
①测点布设不宜过多，但要保证观测质量。
可在同一测点用不同测试方法进行校核；②主要应变测点的布设应能反映结构最大应力（应变）及其规律；③在桥梁横向、竖向均应布置相应的测点，以反应桥梁的受力特征；④正应力测试时采用单向应变计（片），主应力测试采用应变花，并注意布置于主应力最大位置。
表5-9应变测点布置
主要截面类型
应变测点布置示意
备注
板
式
截
面
整体式实心板
1.底板测点对称布置，并不少于5个；
2.测面测点不少于2个。
整体式空心板
1.底板测点对称布置，并不少于5个；
2.测面测点不少于2个。
装配式空心板
1.每片底板测点不少于2个；
2.侧面测点不少于2个。
梁
式
截
面
钢筋
混凝土
T梁
1.梁底测点为1~2个；
2.梁侧面测点不少于2个；
3.梁底面须布置在钢筋上。
预应力混凝土T梁
1.梁底测点为1~2个；
2.梁侧面测点不少于2个。
I型梁
1.梁底测点为1~2个；
2.梁侧面测点不少于2个。
π型梁
1.梁底测点为1~2个；
2.梁侧面测点不少于2个。
分离式箱梁
1.每片梁底测点不少于2个；
2.梁侧面测点不少于2个。
整体式箱梁
1.每箱室顶、底板不少于3个；
2.侧面测点不少于2个；
3.如布置在箱外，同整体式空心板布置。
钢箱梁
1.每箱室顶、底板测点不少于3个，两侧两个测点应贴近腹板布置；
2.加筋肋有选择进行测点布置；
3.每腹板测点不少于3个。
钢混组合梁
1.纵梁顶、底板测点不少于2个;
2.纵梁侧面测点不少于3个；
3.混凝土下缘测点不少于5个，并对称布置。
钢
筋
混
凝
土
拱
肋
I型
1.顶、底面测点不少于2个；
2.侧面测点不少于3个。
矩形
1.顶、底面测点不少于2个；
2.侧面测点不少于3个。
箱型
1.顶、底面测点不少于2个；
2.侧面测点不少于3个。
钢
管
混
凝
土
拱
肋
单肢
1.测点对称布置。
双肢
1.钢管与缀板连接处应布置测点，并准确测量其几何中心。
四肢
1.钢管与缀板连接处应布置测点，并准确测量其几何中心。
整
体
式
拱
肋
整体式
板
1.顶、底面测点不少于5个，并进行对称布置；
2.侧面测点不少于2个。
整体式
箱
1.顶、底面测点不少于5个，并进行对称布置；
2.侧面测点不少于2个；
3.当箱内布置测点时，同整体式箱梁。
桥
墩
圆形
1.测点对称布置。
矩形
1.横桥向每侧不少于3个；
2.纵桥向每侧不少于2个。
盖
梁
矩形
1.底板测点不少于3个；
2.侧面测点不少于3个。
桥
塔
箱型
1.横桥向每侧测点不少于3个；
2.横桥向每侧测点不少于3个。
主
梁
近支点附近剪应力较大处
1.支点向桥跨方向一个梁高处沿45°方向与主梁梁高中心线相交位置不少于3片应变片。
变形测点布置
主梁测试截面竖向变形测点横向布置应充分反映桥梁横向挠度分布特征，应优先考虑使用电子位移计、数显百分表、数显千分表等电测仪器，以减少人工读数的误差并提高工作效率；当现场测试条件只允许使用电子精密水准仪等仪器在桥面测试竖向变形时，测试截面横桥向测点应不少于3个且布置在桥面上、下游侧及桥梁中线处。
表5-10变形测点布置
主要截面类型
应变测点布置示意
备注
板
式
截
面
整体式实心板
1.横桥向底板不少于5个。
整体式空心板
1.横桥向底板不少于2个。
装配式空心板
1.每片空心板不少于1个。
梁
式
截
面
钢筋
混凝土
T梁
1.每片梁底位置不少于1个。
预应力混凝土T梁
1.每片梁底位置不少于1个。
I型梁
1.每片梁底位置不少于1个。
π型梁
1.每片梁底位置不少于1个。
分离式箱梁
1.每片梁底位置1~2个。
整体式箱梁
1.横桥向不少于5个。
钢箱梁
1.横桥向不少于5个。
钢混组合梁
1.每片纵梁底部不少于1个。
在竖向挠度测试中，还应测试桥梁墩台（支座）的竖向变形（或沉降变形），以准确反映上部结构的变形性能。
（5）试验荷载
试验时按试验荷载效应与设计荷载效应等效的原则，对各测试截面活载内力进行有限元电算分析。
可根据实际情况并考虑到车辆来源、组织和调配方便来确定试验荷载（采用汽车荷载移动加载）。
标准加载车如下图5-3所示。
图5-3标准加载车图示
（6）加载程序
（1）试验前对桥跨结构进行预压，消除结构非弹性变形对试验结果的影响。
（2）加载重物或车辆停放在对桥跨结构、受力无影响的区域，正式加载前，对桥梁试验跨内杂器物及与试验无关的仪器设备进行清理，消除非试验荷载对测试结果的影响，并保证试验期间的各项安全。
非工作人员退场，待一切工作安排就绪，进行第一次空载读数。
（3）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，加载方式为单次逐级递加到最大荷载，并随时观测每级荷载下各控制参数的变化。
试验前在桥面预先画出轮位，加载时汽车应准确就位，车速不大于5km/h。
（4）试验时取数个关键测点，监测其测读数，只有该级荷载作用下结构变位相对稳定后方可进行数据采集，再进入下一个荷载阶段。
（7）卸载程序
在进行最后一级荷载加载后，对结构全面的实测值（应变和变形）与理论计算值进行比较。
然后一次性卸载到零荷载，待结构变位稳定后进行一次数据采集。
每次加载和卸载的间隔时间，取决于结构变位达到稳定标准时所需的时间，待各级荷载下桥跨结构稳定之后，方可进行该级荷载作用下试验数据的采集。
同一级荷载内，结构在最后5分钟内的变位增量小于前一个5分钟内变位增量的15%，或小于所用量测仪器的最小分辨值，则认为结构变位达到相对稳定。
如果残余变形值与总变形值之比小于试验规范的规定值，该工况试验即告结束，否则应重复该工况试验。
（8）静载试验终止条件
在静载试验过程中，试验指挥人员应及时掌握各方面的情况，对加载进行监控。
既要取得良好的试验效果，又要确保人员、仪器设备及试验桥梁的安全，避免不应有的损失。
在试验过程中发生下列情况时应中途终止加载：
（1）在某一级试验荷载作用下，控制点的应变急剧增大，或某些测点应变处于继续增大的不稳定状态；
（2）在某一级试验荷载作用下，控制点的应变或挠度超过规范允许值；
（3）加载过程中，结构原有裂缝的长度、宽度急剧增大，或超过规范限值的裂缝迅速增多，对结构的使用寿命造成较大影响；
（4）发生其他损坏，影响桥梁结构的正常使用或承载能力。
（9）裂缝监测
（1）试验开始前，对结构进行仔细检查，如有裂缝，应对裂缝的宽度、长度、间距、位置、方向和性状进行描述。
（2）试验期间，各个工况及每级荷载下，应对裂缝的出现和扩展进行详细的检查，包括初始裂缝的出现，裂缝的宽度、长度、间距、位置、方向和性状，以及卸载后的闭合状况。
（10）试验资料整理分析
试验资料的修正
（1）测值修正
根据各类仪表的标定进行测试数据的修正，如电测仪表的率定系数、灵敏系数、电阻应变观测的导线电阻的影响等。
当这类因素对测值的影响小于1%时，可不用修正。
（2）温度影响修正
由于温度对测试的影响较复杂，通常采用缩短加载时间，选择温度稳定性较好的时间进行加载试验办法，尽量减小温度对测试精度的影响。
需要时，可采用综合分析的方法进行温度影响修正，即利用加载试验前进行的温度稳定观测数据，建立温度变化（测点处构件表面温度或空气温度）和测点测值（应变和挠度）变化的线性关系，然后按下式进行温度修正计算：
式中：
——温度修正后的测点加载值变化；
——温度修正前的测点加载值变化；
——相应于
观测时段的温度变化（
）。
应力采用构件表面温度，挠度采用空气温度；
——空载时温度升1℃测点值变化量。
如测值与温度关系较明显时，可采用多次观测的平均值。
（3）支点沉降影响修正
当支点沉降量较大时，应对挠度值进行修正，修正量
可按下式计算：
式中：
——测点的支点沉降影响修正量；
——桥跨距离，即
支点至
支点的距离；
——
支点沉降量；
——
支点沉降量；
测点变位与应变的计算
根据量测数据作下列计算：
①总变位（或总应变）：
；
②弹性变位（或弹性应变）：
；
③残余变位（或残余应变）：
。
式中：
——加载前测值；
——加载稳定时测值；
——卸载后稳定时测值。
测点应力计算
①在单向应力状态下，测点应力可按下式进行计算：
式中：
——测点应力；
——构件材料弹性模量；
——测点实测应变值。
②主应力（应变花测）方向已知的平面应力状态下，测点应力按下述公式计算：
式中：
——构件材料的弹性模量；
——构件材料的帕松比；
——相互垂直方向的主应力；
——相互垂直方向的主应力。
主要测点的校验系数及相对残余变形的计算
①对加载试验的主要测点（即控制测点或加载试验效率最大部位测点），可按下式计算校验系数
：
式中：
——试验荷载作用下的弹性变位（或应变）值；
——试验荷载作用下的理论计算变位（或变位）值。
②
与
的比较，可用实测的横截面平均值与计算值比较，也可考虑荷载横向不均匀分布而选用实测最大值与考虑横向增大系数的计算值进行比较。
③加载试验的主要测点，按下式计算相对残余变位（或应变）：
式中：
——相对残余变位（或应变），
、
意义同前。
裂缝发展情况
①当裂缝数量较少时可根据试验前后观测情况及裂缝观测表对裂缝状况进行描述；
②当裂缝发展较多时应选择结构代表性部位描绘裂缝展开图，图上应注明各加载程序裂缝长度和宽度的发展。
（11）动力荷载试验
试验分脉动试验、跳车试验、刹车试验来测定该桥结构的自振频率，跑车试验来测定冲击系数。
（1）脉动试验
脉动试验通过采用高灵敏度的拾振器和放大器测量结构在环境激励下的振动，然后进行自谱分析，求出结构自振特性。
通过对拾振器拾取的响应信号进行谱分析，可确定桥梁的自振频率、振型及阻尼比。
在脉动试验中，采用竖向拾振器采集竖向振动速度信号，脉动试验拾振器宜根据桥梁理论分析桥跨振动的特点布置在相应位置上。
采样时间30分钟，采样频率一般为基频的10倍。
（2）刹车及跳车试验
跳车、刹车试验是在桥面无任何障碍物的情况下，用1辆试验车以一定的车速驶至跨中进行紧急刹车试验以及用1辆试验车进行跳车试验，激发桥梁水平振动和垂直振动，测量桥梁结构的振动响应，并通过采用高灵敏度的拾振器和放大器测量结构在激励下的振动，测量桥梁结构的振动响应，然后进行谱分析，求出结构自振特性。
对于跳车试验，根据桥梁结构特点，在桥面无任何障碍的情况下，一般选用一辆载重试验车越过测试桥跨上高度为10cm的障碍物，以测定桥梁测试断面的响应动力时程曲线和最大动位移增量值。
对于刹车试验，一般选用一辆载重试验车以30km/h速度通过测试桥跨跨中时紧急刹车，以测定桥梁在各种行车速度下测试断面的响应动力时程曲线和最大动位移值。
跳车和刹车的拾振器一般布置在跨中位置。
（3）跑车试验
动力荷载作用于结构上，会在结构上产生应变与挠度，相应的可用测试仪器采集控制断面的动应变或动挠度，动应变（动挠度）一般较同样的静荷载作用所产生的相应静应变（静挠度）大。
动应变（动挠度）与静应变（静挠度）的比值称为活荷载的冲击系数。
由于动应变（动挠度）反映了桥跨结构在荷载作用下的受力情况，是衡量结构性能的主要依据，因此活载冲击系数综合地反映了动力荷载对桥梁结构的动力作用，它与结构型式、车辆运行速度和桥面的平整度等有关。
如下图所示，活载冲击系数—动力系数可根据控制截面测点在跑车试验时记录的动应变或动挠度曲线进行分析处理而得，计算公式可按计算公式所示进行计算。
图5-4冲击系数计算示意图
式中：
——动载作用下该测点最大应变（或挠度）值；
——相应的静载作用下该测点最大应变值（或挠度）值，其值可由动应变（或动挠度）曲线求得：
其中：
——相应的最大应变（或挠度）值；
——相应的最小应变（或挠度）值。
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