1、橋梁荷載試驗講座,2012年9月,內(nèi)容提要,1.荷載試驗基本知識 2.荷載試驗準備工作 3.靜力荷載試驗 4. 動力荷載試驗 5.橋梁檢測相關圖片,第一章：荷載試驗的基本知識,橋梁荷載試驗就是一種比較直觀評定橋梁承載力的方法，而且比較為廣大工程技術人員所接受。,1.1 荷載試驗的定義,是通過對結構進行脈動測試、汽車的行車、跳車、剎車激振或共他方式的激振試驗測試橋梁結構上各控制部位的動撓度、動應變、模態(tài)參數(shù)，然后通過模態(tài)參數(shù)識別結構的損傷。,是將靜力荷載作用在橋梁上的指定位置，測試結構的靜應變（應力）、位移（撓度）和裂縫等項目，推斷橋梁結構在荷載作用下的工作狀態(tài)，評定結構的承載能力和安全性能是否

2、符合設計和使用的要求。,荷載試驗,（1）工程檢驗性質(zhì)： 1）驗收性荷載試驗 2）鑒定性荷載試驗,（2）最大荷載量： 1）基本荷載試驗 2）輕型荷載試驗 3）重型荷載試驗,分類,主要內(nèi)容,（1）脈動試驗 （2）跑車試驗 （3）跳車試驗 （4）剎車試驗,哪些橋要做荷載試驗呢？,1.2 荷載試驗的條件,（1）竣工驗收前的新建、改建、擴建和加固的中橋、大橋、 特大橋及特殊結構橋梁,滿足下列條件的橋梁須做荷載試驗,（2）投入使用后最近五年內(nèi)未進行荷載試驗的橋梁,（3）經(jīng)定期檢測評定等級為D級或不合格級，且采用其它檢測方法仍難以確定其整體性能和使用功能的橋梁,（4）驗證結構設計理論的實驗性橋梁,（5）對于

3、設計中動力問題突出的特大跨度橋梁（如地震區(qū)、沿海颶風區(qū)、考慮船舶撞擊的橋梁），應進行特殊設計的動力荷載試驗,（6）其它有需要進行承載能力鑒定的橋梁,1.3 荷載試驗的目的,1）檢驗橋梁設計施工質(zhì)量,荷載試驗目的,2）判定橋梁結構的實際承載力,3）驗證橋梁結構的設計理論和設計方法,1）確定橋梁結構的承載能力及營運條件,2）分析橋梁病害原因及其變化規(guī)律,1.4 荷載試驗的主要內(nèi)容,1）明確荷載試驗的目的,2）試驗準備工作,3）荷載試驗的方案擬定,荷載試驗主要內(nèi)容包括：,4）荷載試驗的測點設置與測試儀器、設備組配,5）荷載試驗的加載等級控制與試驗過程安全控制,6）試驗數(shù)據(jù)分析與結構性能評定,7）試驗

4、報告編寫,一般的，以上荷載試驗內(nèi)容主要包含在三個階段： 橋梁結構的考察和試驗準備（1-2） 加載試驗與觀測（3-5） 測試結果的分析與評定（6-7）,第二章：荷載試驗的準備工作,2.1 試驗方案,1）試驗要求：目的、類型、項目和依據(jù)標準。,計劃與準備階段：收集試驗橋梁的設計圖紙等有關技術資料，考察橋梁的現(xiàn)狀和試驗環(huán)境條件，根據(jù)測試項目制定試驗計劃大綱。,試驗計劃主要包括：,2）技術資料調(diào)查：原有設計、計算與施工的基本資料，結構現(xiàn)狀（包括存在的問題和缺陷）及必要的檢算數(shù)據(jù)報告。,3）加載方案：最大荷重、加載設備和加載圖式。,4）觀測方案：觀測內(nèi)容、測點布置、量測方法。,5）儀器設備：工作狀態(tài)、測

5、量精度、檢定情況和數(shù)量。,6）試驗程序：加、卸載程序與觀測程序，試驗終止條件。,7）組織與分工：試驗組織框架，明確人員分工職責，具體協(xié)調(diào)要求。,8）安全措施：制定橋梁交通安全保障方案，報交管部門批準，明確試驗期間人員、施工設施、儀器設備等安全的措施。,9）加載試驗資料的整理要求。,10）試驗成果分析與評定內(nèi)容。,2.2 試驗孔的選擇,1）該孔（或墩）計算受力最不利,試驗孔的選擇應結合橋梁調(diào)查與檢算工作一并進行。對多孔結構中跨徑相同的橋孔（或墩）可選擇13個具有代表性的橋孔進行荷載試驗。選擇時應綜合考慮以下條件：,2）該孔（或墩）施工質(zhì)量較差，缺陷較多或病害較嚴重,3）該孔（或墩）便于搭設腳手架

6、及設置測點或試驗加載實施,2.2 搭設測試支架,試驗前應對觀測腳手架搭設及測點附屬設施設置、靜載試驗加載位置的放樣與卸載位置的安排和試驗人員的組織與分工做詳細的計劃安排。,腳手架的搭設要因地制宜、牢固可靠，方便布置安裝觀測儀表，同時要保證不影響儀表和測點的正常工作，且不干擾測點附屬設施。在不便搭設固定腳手架的情況下，可考慮采用輕便靈活的吊架、掛籃或?qū)Ｓ玫臉蛄簷z查設備（檢查車、檢查架等）。,幾種支架搭設情況:,2.3 試驗加載位置的放樣與卸載位置的安排,靜載試驗前應在橋面上對加載位置進行放樣，以便于加載試驗的順利進行。如加載程序較少，時間允許，可在每程序加載前臨時放樣。如加載程序較多，則應預先放

7、樣，且用不同顏色的標志區(qū)別不同加載程序時的荷載位置。,靜載試驗荷載卸載的安放位置應預先安排。卸載位置的選擇既要考慮加卸載方便，離加載位置近一些，又要使安放的荷載不影響試驗孔（或墩）的受力，一般可將荷載安放在橋臺后一定距離處。對于多孔橋，如有必要將荷載停放在橋孔上，一般應停放在距試驗孔較遠處以不影響試驗觀測為度。,2.4試驗人員的組織與分工做詳細的計劃安排,橋梁試驗隊伍一般由橋梁結構工程師、專業(yè)技術測試人員、儀器儀表工程師、熟練技術的不同專業(yè)、不同層次的人員組成。試驗時應根據(jù)每個試驗人員的特長進行分工，每人分管的儀表數(shù)目除考慮便于進行觀測外，應盡量使每人對分管儀表進行一次觀測所需的時間大致相同。

8、所有參加試驗的人員應能熟練掌握所分管的儀器設備，否則應在正式開始試驗前進行演練。為使試驗有條不紊地進行，應設試驗總指揮1人，其他人員的配備可根據(jù)具體情況考慮。,2.4 其它準備工作,根據(jù)加載進行的項目和橋址處的交通狀況應作好加載試驗的安全措施、加載方式的選擇、供電照明設施、通訊聯(lián)絡設施、橋面交通管制等方面的準備工作。,第三章：靜力荷載試驗,3.1 試驗工況的確定,試驗控制截面應根據(jù)具體的測試項目而定在滿足鑒定橋梁承載能力的前提下，加載試驗項目應抓住重點，不宜過多。一般應有23個主要內(nèi)力或位移控制截面。此外，可根據(jù)橋梁具體情況可設置幾個附加內(nèi)力控制截面。,對于斜拉橋、懸索橋等特殊橋梁結構，測試的

9、內(nèi)容主要包括主梁最大撓度、主梁控制截面最大內(nèi)力、索塔塔頂水平變位、主纜最大拉力、斜拉索最大拉力。其次包括主梁最大縱向漂移；主塔控制截面最大內(nèi)力；吊索最大索力等。結合結構設計特點制訂其他檢測內(nèi)容。,注意取值：提高還是降低、新橋與舊橋,3.2 試驗控制荷載的確定,荷載試驗應以設計荷載等級相應的活載效應控制值或有特殊要求的荷載效應值作為試驗控制荷載。,根據(jù)橋梁需要鑒定承載能力的荷載：汽車+人群（標準荷載）、平板掛車或履帶車（標準荷載）、需通行的重型車輛，分別計算其對控制截面產(chǎn)生的最不利荷載效應（內(nèi)力和位移），用產(chǎn)生最不利荷載效應較大的荷載作為試驗控制荷載。,為了加載安全和了解結構應變和變位隨試驗荷載

10、增加的變化關系。,3.3 加載分級與控制,1、分級控制的原則,（1）當加載分級較為方便時，可按最大控制截面內(nèi)力荷載工況均分為45級。,（2）當使用載重車加載，車輛稱重有困難時也可分成3級加載。,（3）當橋梁的調(diào)查和驗算工作不充分，或橋況較差，應盡量增多加載分級。如限于條件，加載分組較少時，應汁意每級加載時，車輛荷載應逐輛緩緩駛入預定加載位置，必要時可在加載車輛未到達預定加就位置的分次對控制測點進行讀數(shù)監(jiān)控，以確保試驗安全。,（4）在安排加載分級時，應注意加載過程中其他截面內(nèi)力亦應逐漸增加，且最大內(nèi)力不應超過控制荷載作用下的最不利內(nèi)力。,（5）根據(jù)具體條件決定分級加載的方法最好每級加載后卸載，也

11、可逐級加載，達到最大荷載后逐級卸載。,3.3 加載分級與控制,2、車輛荷載加載分級的方法,（1）逐漸增加加載車輛數(shù)。,（2）先上輕車后上重車。,（3）加載車位于內(nèi)力影響線的不同部位。,（4）加載車分次裝載重物。,根據(jù)各荷載工況的加載分級，技彈性階段計算結構各測點在不同荷載等級下的理論計算變位(或應變)，以便對加載試驗過程進行分析和控制。計算采用的材料彈性模量如已做材料試驗的用實測值，未做材料試驗的可按規(guī)范規(guī)定取值。,以上各法亦可綜合采用，以方便加載分級實施。,3、加卸載的時間選擇,主要是考慮溫度變化對試驗引起的影響，一般以晚10時至晨6時為宜。,4、加載分組的計算,3.4 加載設備的選擇及加載

12、物稱量,1、加載設備的選擇,可行式車輛、重物直接加載,2、加載重物的稱量,稱重法、體積法、綜合計算法 軸重 無論采用何種方法確定加載重力，均應做到準確可靠，其稱量誤差最大不得越過5%，最好能采用兩種稱量方法互相校核。,3.5 測點布置,1、主要測點的布設,布沒的測點不宜過多，但要保證觀測質(zhì)量。有條件時，同一測點可用不同的測試方法進行校對。一般情況下，對主要測點的布設應能控制結構的最大應(應變)和最大撓度(或位移）。,2、附加測點的布設,根據(jù)橋梁調(diào)查和檢算工作的深度，綜合考慮結構持點和橋梁目前狀況等可適當加設以下測點：,（1）撓度沿橋長或沿控制裁面橋?qū)挿较蚍植肌?（2）應變沿控制截面橋?qū)挿较蚍植?/p>

13、。,（3）應變沿截面高度分布。,（4）組合構件的結合面上、下緣應變。,（5）墩臺的沉降、水平位移與轉(zhuǎn)角，連拱橋多個墩臺的水平位移,（6）剪切應變,（7）其他結構薄弱部位的應變,（8）裂縫的監(jiān)測,3.6 試驗觀測與記錄,1、儀表的測讀與記錄,主要包括應變測試儀表和變形測試儀表的測讀和記錄,2、溫度穩(wěn)定觀測,3、裂縫觀測,3.7 加載的實施和控制,1、加載程序,重物加載：按荷載分級逐級加載，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。,車輛加載：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何載，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確無誤，每一

14、級荷載重復施加12次)。每一級荷載施加次序為縱向先施加重車，后施加前后標淮車；橫向先施加橋中心的車輛，后施加外側的車輛。,2、加載穩(wěn)定時間控制,重所有測點讀數(shù)時間必須基本相等，在加載前均需進行零讀數(shù)，以后每次加卸載后立即讀數(shù)一次，并在結構變位穩(wěn)定后，進入下一級荷載前再讀數(shù)一次。對于結構變位最大的測點，需每隔5min讀數(shù)一次，以觀測結構變位相對穩(wěn)定與否。每次測讀時，應記錄測試環(huán)境影響因素如溫度、濕度等。,3.7 加載的實施和控制,3、終止加載的控制條件,（1）控制測點應力（應變）或撓度（變位）超過計算控制值和規(guī)范允許值。,（2）超過規(guī)范允許寬度的裂縫大量增多，對橋梁使用壽命造成明顯影響。,（3）

15、墩臺變位超過允許值且不能穩(wěn)定。,（4）發(fā)生其它損壞，影響橋梁承載能力和正常使用。,（5）達到最大試驗荷載。,4、重新進行試驗的條件,（1）加載步驟錯誤。,（2）量測系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量有懷疑時。,（3）試驗受外界環(huán)境干擾或其他因素影響導致試驗失敗。,3.8 試驗數(shù)據(jù)處理,1、試驗資料的修正,（1）測值修正,（2）溫度影響修正,（3）支點沉降影響修正,2、各測點變位與應變計算,（1）總變形,（2）彈性變位,（3）殘余變位,3、試驗數(shù)據(jù)處理的主要成果曲線,（1）荷載-變形曲線,（2）位置-變形曲線（撓度沿橋梁縱軸線及橫向的分布曲線）,（3）應變沿截面高度的分布曲線,3.9 試驗結果評定,

16、1、校驗系數(shù)（ ）,試驗荷載作用下測點的實測彈性值（ Se）與相應的理論計算值（ Sstat ）的比值應滿足公式3.9.1要求。（實測值可以是撓度、應變等）。,2、殘余比（ ）,卸載后測點的實測殘余值（ Sp ）與該測點的總實測值（ Stot ）的比值應滿足公式3.9.2要求。,3.9.1,3.9.2, 、1取值如下表所示。,3.9 試驗結果評定,3、在試驗荷載作用下，主要撓度測點的實測值不應超過下表所列限值,3.9 試驗結果評定,4、在試驗荷載作用下，裂縫寬度不應超過下表允許值。,第四章：動力荷載試驗,測試內(nèi)容,測定結構的固有頻率、阻尼比和振型等參數(shù),測定結構受迫振動頻率、加速度、振幅和沖擊

17、系數(shù)等參數(shù)。,4.1 試驗內(nèi)容,4.2 試驗荷載,1、可選擇下列形式之一的激振荷載測定橋梁自振特性,（1）環(huán)境振動法激振,（2）跳車激振,2、可選擇跑車、剎車試驗測定橋梁受迫振動特性。,（3）車輛通過橋梁后的余振,（4）撞擊或沖擊荷載,（5）突然卸載,（6）運轉(zhuǎn)頻率可調(diào)節(jié)的起振機(可測定不同振型的頻率),（7）對于頻率低、柔性大的橋梁可用有節(jié)奏行進的人群荷載,跑車試驗時宜采用接近運營條件的車列或單輛重車以不同的車速通過橋梁，試驗時車輛宜勻速通過；剎車試驗時宜采用單輛重車在橋梁動力效應最大的檢測位置緊急剎車進行試驗。,應根據(jù)試驗的目的選擇合適的試驗荷載。,4.3 試驗實施,1、脈動試驗應測試記錄

18、橋梁振動加速度，并根據(jù)現(xiàn)場情況，在結構的敏感點布置拾振器。脈動試驗應符合下列要求：,（1）針對不同的試驗目的和橋型，測定固有頻率的階數(shù)可以不同，通常懸索橋、斜拉橋不宜少于10階，連續(xù)梁橋、剛構橋、拱橋和簡支梁橋不宜少于3階,2、跑車和剎車試驗應采用不同的車速試驗，車速宜為5 km/h、10 km/h、20 km/h、30km/h最大試驗速度。最大試驗速度以接近最大允許車速為宜，現(xiàn)場條件有限時，應適當降低車速。試驗時應全面記錄車橋聯(lián)動和橋梁自由衰減振動的動態(tài)響應，記錄時間不宜少于30min或以波形衰減完為止。試驗車速未到最大試驗速度前應對控制測點的響應值進行適時監(jiān)控以確保試驗安全。,（2）脈動試驗記錄時間不宜少于30min，當大跨徑橋梁測試斷面較多時，可分批次記錄，但應保證有一個共同的參