橋梁、樁基礎(chǔ)靜載試驗

1、第四章 橋梁靜載試驗1主要內(nèi)容第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)靜載試驗的方法與程序橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗的方案設(shè)計試驗現(xiàn)場組織橋梁樁基礎(chǔ)靜載試驗(選學(xué))靜載試驗數(shù)據(jù)整理分析靜載試驗實例(選學(xué))2第一節(jié) 靜載試驗的方法與程序一、靜載試驗的目的橋梁靜載試驗是按照預(yù)定的試驗?zāi)康呐c試驗方案，將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置，觀測橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫、沉降等參量的試驗項目，然后根據(jù)有關(guān)規(guī)范和規(guī)程的指標(biāo)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力以及在荷載作用下的工作性能。3靜載試驗分類梁橋、剛構(gòu)橋上部試驗拱橋斜拉橋、懸索橋橋梁靜載試驗橋墩下部試驗橋臺基礎(chǔ)4靜載試驗分類生產(chǎn)鑒定性試驗、科學(xué)研究性試驗；主要構(gòu)件試

2、驗、全橋整體試驗；實橋現(xiàn)場檢測、橋梁結(jié)構(gòu)模型的室內(nèi)試驗。為了能夠較為客觀地反映橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能，橋梁檢測多采用實橋現(xiàn)場檢測。5橋梁靜載試驗主要解決以下問題檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工質(zhì)量，驗證結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。驗證橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論與計算方法，充實與完善橋梁結(jié)構(gòu)的計算理論與施工技術(shù)，積累科學(xué)技術(shù)資料。掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力。6二、靜載試驗的程序橋梁現(xiàn)場檢測分為三個階段準(zhǔn)備規(guī)劃階段加載與觀測階段分析總結(jié)階段71. 準(zhǔn)備規(guī)劃階段 技術(shù)資料的收集：設(shè)計、施工、監(jiān)理、試驗、養(yǎng)護與維修、環(huán)境因素、交通量及重載車輛的情況等 橋梁現(xiàn)狀檢查：橋面、排水、承重結(jié)構(gòu)開裂與否及裂縫分布

3、情況、有無露筋現(xiàn)象及鋼筋銹蝕程度、混凝土碳化剝落程度、支座、沖刷等。對試驗橋梁的現(xiàn)狀做出宏觀判斷。81. 準(zhǔn)備規(guī)劃階段 理論分析計算：設(shè)計內(nèi)力計算是按設(shè)計圖紙、設(shè)計荷載、設(shè)計規(guī)范，采用專用或通用軟件，計算出結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)力；試驗荷載效應(yīng)計算是按實際加載等級、加載位置及加載重量，計算出各級試驗荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)各測點的反應(yīng)如位移、應(yīng)變等，以便與實測值進行比較。91. 準(zhǔn)備規(guī)劃階段 試驗方案制定：測試內(nèi)容確定、加載方案設(shè)計、觀測方案設(shè)計、儀器儀表選用等。試驗方案是整個檢測工作技術(shù)綱領(lǐng)性文件，因此，必須具備全面、詳實、可操作性強等基本特點。 現(xiàn)場準(zhǔn)備：搭設(shè)工作腳手架、測量儀表支架、測點放樣、測試元件布

4、置、測量儀器安裝調(diào)試、通訊照明安排等，現(xiàn)場準(zhǔn)備階段工作量大，工作條件復(fù)雜，是試驗過程重要環(huán)節(jié)。102. 加載與觀測階段 加載與觀測階段是整個檢測工作中心環(huán)節(jié)。 流程：準(zhǔn)備工作試驗方案進行加載觀測試驗結(jié)構(gòu)受力后的各項性能指標(biāo)記錄各種觀測數(shù)據(jù)和資料112. 加載與觀測階段注意：對于靜載試驗，測得的各種技術(shù)數(shù)據(jù)與 理論計算結(jié)果必須進行現(xiàn)場分析比較。目的：以判斷受力后結(jié)構(gòu)行為是否正常；是否可以進行下一級加載；確保試驗結(jié)構(gòu)、儀器設(shè)備及試驗人員的安全。123. 分析總結(jié)階段本階段是對原始測試資料進行綜合分析的過程。這一階段的工作，直接反映整個檢測工作的質(zhì)量。大量的觀測數(shù)據(jù)、文字記載和圖片等材料，受各種因素

5、的影響，原始測試數(shù)據(jù)一般顯得缺乏條理性與規(guī)律性，未必能直接揭示試驗結(jié)構(gòu)的內(nèi)在行為。1314對它們進行科學(xué)的分析與處理，以去偽存真、去粗存精，進行綜合分析比較，從中提取有價值的資料。對于一些數(shù)據(jù)或信號，有時還需按照數(shù)理統(tǒng)計或其它方法進行分析，或依靠專門的分析儀器和分析軟件進行分析處理，或按照有關(guān)規(guī)程的方法進行計算。測試數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后，按照相關(guān)規(guī)范或規(guī)程以及檢測的目的要求，對檢測對象做出科學(xué)準(zhǔn)確的判斷與評價。橋梁靜載試驗依照規(guī)范 大跨徑混凝土橋梁的試驗方法 公路橋梁設(shè)計規(guī)范 公路舊橋承載能力鑒定方法 城市橋梁養(yǎng)護規(guī)范 城市橋梁荷載規(guī)范 等等15第二節(jié)靜載試驗的方案設(shè)計一、試驗對象選擇二、理論分析

6、計算三、加載方案設(shè)計試驗方案設(shè)計流程四、觀測內(nèi)容確定五、測點布置六、測試儀器選擇16一、試驗對象的選擇結(jié)構(gòu)型式與跨度相同：代表性的一孔或幾孔；結(jié)構(gòu)型式不相同：按不同的結(jié)構(gòu)型式分別選取具有代表性的一孔或幾孔；結(jié)構(gòu)型式相同但跨度不同：取跨度最大的一孔或幾孔；對于預(yù)制梁，應(yīng)根據(jù)不同跨度及制梁工藝，按照一定的比例進行隨機抽查試驗。17一、試驗對象的選擇試驗對象的選擇還應(yīng)考慮以下條件。試驗孔或試驗墩臺的受力狀態(tài)最為不利；試驗孔或試驗墩臺的破損或缺陷比較嚴重；試驗孔或試驗墩臺便于搭設(shè)腳手支架，布置測點及加載。18二、理論分析計算 理論分析計算包括試驗橋跨的設(shè)計內(nèi)力計算和試驗荷載效應(yīng)計算兩個方面。設(shè)計圖紙設(shè)

7、計荷載計算模型設(shè)計內(nèi)力荷載效應(yīng)控制截面19常見橋型控制截面設(shè)計內(nèi)力及觀測內(nèi)容跨中截面的彎矩設(shè)計內(nèi)力支點截面的剪力（曲線梁：支點扭矩）簡支梁應(yīng)變觀測變形觀測跨中截面應(yīng)變支點、L/4、跨中、L3/4（曲線梁跨中扭轉(zhuǎn)角）20常見橋型控制截面設(shè)計內(nèi)力及觀測內(nèi)容中跨跨中、L/4、L3/4、中支點截面、設(shè)計內(nèi)力邊跨（次邊跨）跨中彎矩、剪力連續(xù)梁橋連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)變觀測變形觀測中跨跨中、中支點、近中支點的邊跨跨中支點沉降，各跨L/4、跨中、L3/421常見橋型控制截面設(shè)計內(nèi)力及觀測內(nèi)容固端根部截面的彎矩與剪力；設(shè)計內(nèi)力墩身控制截面的彎矩與軸力；T型剛構(gòu)應(yīng)變觀測變形觀測固端根部截面、墩身控制截面的應(yīng)變懸臂端部的撓

8、度、墩頂截面的水平位移與轉(zhuǎn)角22常見橋型控制截面設(shè)計內(nèi)力及觀測內(nèi)容拱肋或拱圈控制截面（拱頂、L/4、拱腳）的軸力、彎矩；設(shè)計內(nèi)力中承式、下承式還包括吊桿的軸力；上承式還包括立柱的軸力拱橋應(yīng)變觀測變形觀測拱腳、L/4、跨中、L3/4處拱肋或拱圈截面；中承式或下承式，還應(yīng)測試吊桿的應(yīng)變；系桿拱，還應(yīng)測試系桿的內(nèi)力變化；拱腳、L/4、跨中、L3/4處拱肋或拱圈 ；墩臺頂?shù)膿隙扰c水平位移 ；23常見橋型控制截面設(shè)計內(nèi)力及觀測內(nèi)容加勁梁控制截面的彎矩、扭矩與軸力；索塔控制截面的彎矩與軸力；設(shè)計內(nèi)力控制拉索的軸力；橋面系的局部彎曲應(yīng)力；斜拉橋應(yīng)變觀測加勁梁控制截面及索塔控制截面的應(yīng)變；控制拉索的索力；橋面

9、系的工作性能 ；變形觀測各跨支點、L/4、跨中、L3/4截面的撓度；上述部位的扭轉(zhuǎn)角和橫橋向位移；索塔塔頂?shù)乃轿灰疲?425常見橋型控制截面設(shè)計內(nèi)力及觀測內(nèi)容加勁梁控制截面的彎矩與剪力，主纜的軸力，設(shè)計內(nèi)力索塔控制截面的軸力、彎矩，吊桿的軸力，橋面系的應(yīng)力加勁梁跨中截面、L/8截面、懸索橋應(yīng)變觀測索塔控制截面的應(yīng)變 ；控制吊桿的軸力，最大索股索力；主纜的表面溫度，橋面系的工作性能 ；加勁梁支點、L/8、L/4、L3/8、跨中、變形觀測L5/8、L3/4、 L7/8截面的撓度；以及上述測點在偏載情況下的扭轉(zhuǎn)角和橫橋向位移 ；索塔塔頂?shù)乃轿灰?，試驗荷載效應(yīng) 試驗荷載效應(yīng)計算是在設(shè)計內(nèi)力計算結(jié)果

10、的基礎(chǔ)上，來確定加載位置、加載等級以及在試驗荷載作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)大小的過程，也是一個反復(fù)試算的過程。 由于橋梁靜載試驗為鑒定荷載試驗，試驗荷載原則上應(yīng)盡量采用與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載相同的荷載，但由于客觀條件的限制，實際采用的試驗荷載往往很難與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載一致。26 在不影響主要試驗?zāi)康牡那疤嵯?，一般采用?nèi)力或變形等效的加載方式，即計算出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載對控制截面產(chǎn)生的最不利內(nèi)力，以此作為控制值，然后調(diào)整試驗荷載使該截面內(nèi)力逐級達到此控制值，從而實現(xiàn)檢驗鑒定的目的27試驗荷載效應(yīng) 根據(jù)大跨徑混凝土橋梁的試驗方法的要求，在選擇試驗荷載大小及加載位置時應(yīng)采用靜載試驗效率進行調(diào)控，即 =StS d (1 + )St

11、 試驗荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值；Sd設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值；設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值；1 設(shè)計取用的沖擊系數(shù)。設(shè)計取用的沖擊系數(shù)。取值宜在0.81.05之間。28試驗荷載效應(yīng)根據(jù)最大試驗荷載量及試驗?zāi)康牡牟煌?，可以分為?基本荷載試驗：最大試驗荷載為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的荷載，即1.00.8，包括設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的動力系數(shù)或荷載增大系數(shù)等因素的作用； 重荷載試驗：最大試驗荷載大于基本荷載，即1.0，一般只在特殊情況下才進行重荷載試驗，其上限值根據(jù)檢驗要求確定；29 輕荷載試驗：最大試驗荷載小于基本荷載，即0.80.5，但為了充分反映結(jié)構(gòu)的整體工作

12、和減少量測的誤差，要求試驗荷載不小于基本荷載的0.5倍。 根據(jù)上述兩點，在計算試驗荷載效應(yīng)時，首先要根據(jù)控制截面的設(shè)計內(nèi)力及加載設(shè)備的種類，初步確定加載位置、加載等級，以使試驗荷載逐級達到該截面的設(shè)計內(nèi)力，實現(xiàn)預(yù)定的加載效率；30試驗荷載效應(yīng) 同時，應(yīng)計算其他控制截面在試驗荷載作用下內(nèi)力，如未超過其設(shè)計內(nèi)力，說明試驗荷載的加載位置、加載等級有效且安全，如超過其設(shè)計內(nèi)力，則應(yīng)重新調(diào)整試驗荷載的加載位置、加載等級，直至找到既可使控制截面達到其加載效率、又確保其它截面在試驗荷載作用下不超過其設(shè)計內(nèi)力的加載方式為止。31試驗荷載效應(yīng) 其次，根據(jù)最終確定的加載等級、加載位置及加載重量，計算出試驗橋梁各級

13、試驗荷載作用下的結(jié)構(gòu)行為，包括試驗橋梁各應(yīng)力測試截面的應(yīng)力應(yīng)變，各撓度測點的撓度，必要時還要根據(jù)試驗橋梁的受力特點，計算出各測點的扭角、水平位移等結(jié)構(gòu)反應(yīng)，以便與實測值進行比較，評價該橋的工作性能。 最后，在上述工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，形成嚴密可行的加載程序，以便試驗時實施。32三、加載方案設(shè)計 加載是橋梁靜載試驗重要的環(huán)節(jié)之一，包括加載設(shè)備的選用，加載、卸載程序的確定以及加載持續(xù)時間三個方面。333.1 加載設(shè)備選用車輛荷載常用加載設(shè)備重物專門的加力架34車輛荷載加載注意兩點： 一是對于加載車輛應(yīng)嚴格稱重，實際車輛與計算相差不超過5%； 二是盡可能采用與標(biāo)準(zhǔn)車相近的加載車輛；確保車軸

14、距離與計算相同。35重物加載 重物：鑄鐵塊、預(yù)制塊、沙包、水箱； 流程：逐級增加，控制截面設(shè)計內(nèi)力達到加載效率； 缺點：加載時間較長； 應(yīng)用：一般用于現(xiàn)場單片梁試驗、人行天橋靜載試驗等場合。3637專用加力架2341567891上橫梁；2-拉桿；3-墊板；4-測力計；5-千斤頂；6-分配梁；7-試驗梁；8-試驗梁支承；9-地錨3.2 加載卸載程序 為獲得應(yīng)變和變形隨荷載增加的連續(xù)關(guān)系曲線，防止意外破壞，應(yīng)采用科學(xué)嚴密的加載卸載程序。 加載卸載程序就是試驗進行期間荷載與時間的關(guān)系，如加載速度的快慢、分級荷載量值的大小、加卸載的流程等等。38393.2 加載卸載程序 基本原則： 1. 分級。方法規(guī)

15、定：一般情況不少于4級、車輛較少時不少于3級、特殊情況（如測開裂荷載）還應(yīng)更細。 2.預(yù)加載。相當(dāng)于演習(xí)，發(fā)現(xiàn)組織、儀器等方面問題，新結(jié)構(gòu)可消除支點沉降、支座壓縮等非彈性變形。 3.監(jiān)測。試驗過程中密切監(jiān)測結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。特別是有缺陷橋梁，應(yīng)分級更細、密切監(jiān)測、保障安全。 4.注意卸載過程。卸載可分2 3級，并盡量使卸載的部分工況與加載的部分工況相對應(yīng)，以便進行校核3.2 加載卸載程序 5.加載車輛位置應(yīng)盡可能靠近測試截面內(nèi)力影響線的峰值處，以便用較少的車輛來產(chǎn)生較大的試驗荷載效應(yīng)，從而節(jié)省試驗費用與測試時間。同時，加載車輛位置還應(yīng)盡可能兼顧不同測試截面的試驗荷載效應(yīng)，以減少加載工況與測試工作量，

16、如三跨連續(xù)梁中跨跨中截面的加載與中支點截面的加載就可以互相兼顧。此外，對于直線橋跨每級荷載應(yīng)盡可能對稱于橋軸線，以便利用對稱性校核測試數(shù)據(jù)，減少測試工作量。403.3 加載時間 減少溫度對結(jié)構(gòu)影響：溫度補償措施。 穩(wěn)定的晚22時至次日凌晨6時之間； 一般情況下，試驗時每級荷載持續(xù)時間應(yīng)不小于15分鐘方可進行觀測；卸載后觀測殘余變形、殘余應(yīng)變的時間間隔應(yīng)不小于30分鐘。41四、觀測內(nèi)容 變形可以分兩大類：整體變形；局部變形 整體變形：反映結(jié)構(gòu)整體性能； 如梁的撓度、轉(zhuǎn)角，索塔的水平變位 局部變形：結(jié)構(gòu)局部工作狀態(tài)； 如裂縫、纖維變形42橋梁靜載試驗觀測內(nèi)容應(yīng)變其他情況支座墩臺觀測內(nèi)容撓度裂縫43

17、五、測點布置 測點布置應(yīng)遵循必要、適量、方便觀測的基本原則 。 1.具有較強的代表性（控制截面）； 2.要有目的性，不宜過多； 3.便于儀表的安裝與集中方便觀測讀數(shù)； 4.布置一定數(shù)量的校核性測點； 5.結(jié)構(gòu)對稱互等原理來進行數(shù)據(jù)分析校核。44六、測試儀器選擇 1.滿足測試精度的要求 2.根據(jù)環(huán)境條件選擇儀器 撓度計、百分表、位移傳感器、撓度計、百分表、位移傳感器、 精密水準(zhǔn)儀、高精度經(jīng)緯儀、激光撓度儀、立體坐標(biāo)儀器精密水準(zhǔn)儀、高精度經(jīng)緯儀、激光撓度儀、立體坐標(biāo)儀器 3.種類精減，盡可能用同一類型儀器 4.具備足夠量程 5.考慮測試條件、環(huán)境因素45第三節(jié) 試驗現(xiàn)場組織 靜載試驗現(xiàn)場組織是實現(xiàn)

18、預(yù)定的試驗方案的重要保證，其內(nèi)容包括：1、試驗前現(xiàn)場準(zhǔn)備工作；2、加載測試工作；3、現(xiàn)場清理。46一、現(xiàn)場準(zhǔn)備及測試工作安排1.試驗前準(zhǔn)備工作（1）搭設(shè)腳手架、使用升降設(shè)備布置測點、安裝儀表或進行讀數(shù)（2）儀器儀表、加載設(shè)備的檢查標(biāo)定工作（3）應(yīng)變測點的放樣定位（4）變形測點的定位布置47（5）加載位置的放樣定位（6）注意測試元件、測試導(dǎo)線的防護，試驗開始前應(yīng)封閉交通（7）試驗領(lǐng)導(dǎo)組織，進行人員分工安排（8）正式加載前，要進行預(yù)加載，以檢查儀器的工作狀態(tài)48492.試驗工作（1）指揮汽車行駛到指定位置；（2）每臺儀器配備人員進行觀測記錄，實測值與對應(yīng)的理論計算值進行比較；（3）結(jié)構(gòu)反應(yīng)穩(wěn)定后，

19、不同類別的測試項目（應(yīng)變、變形、裂縫）應(yīng)在同一時間進行讀數(shù)；（4）試驗進行過程中，注意不要觸動測試元件及測量導(dǎo)線； 3.現(xiàn)場清理（1）清理儀器儀表及可重復(fù)利用的測試元件，回收測試導(dǎo)線。（2）清理現(xiàn)場，開放交通。（3）對于進行了打磨或局部改造的應(yīng)變測點，要用混凝土或環(huán)氧沙漿進行修補。50二、加載控制及終止條件 注意以下幾點： 1.嚴格按照加載程序加載； 2.記錄并及時匯報，以判斷結(jié)構(gòu)是否存在問題； 3.專門人員對薄弱部位檢查、加載過程是否存在異常；514.加載過程終止原因： 1）應(yīng)變急劇增大，或個別點存在問題； 2）控制測點的應(yīng)變或撓度超過規(guī)范允許值； 3）結(jié)構(gòu)原有的裂縫的長度、寬度急劇增大，或

20、超過規(guī)范限值的裂縫迅速增多； 4）發(fā)生其他損壞，影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用或承載能力。52橋墩通過上部結(jié)構(gòu)的加載來實現(xiàn)，與上部承重下部結(jié)構(gòu)橋臺樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的試驗有許多共同之處，樁基礎(chǔ)靜載試驗54第四節(jié) 橋梁樁基礎(chǔ)靜載試驗本節(jié)主要內(nèi)容： 一、試驗的目的與內(nèi)容 二、單樁豎向荷載試驗 三、單樁水平荷載試驗55一、試驗的目的與內(nèi)容 目的：確定樁的承載能力，即樁的允許荷載和極限荷載；設(shè)計：選擇合適經(jīng)濟的樁長、樁徑、數(shù)量，完善計理論與計算方法 ；施工：完善施工工藝；科研：積累設(shè)計資料，地質(zhì)條件，完善理論56樁基礎(chǔ)靜載試驗分為類樁試驗豎向荷載試驗水平荷載試驗豎向荷載與豎向變位關(guān)系判定樁基礎(chǔ)的豎向、水平承載能力水平

21、荷載與水平變位關(guān)系57試樁內(nèi)容 試樁試驗內(nèi)容主要是測定荷載-變位關(guān)系，必要時可增加一些應(yīng)力、反力測試項目 。 1、荷載的測試 2、變位的測試 3、應(yīng)力的測試 4、樁底反力測試 5、土中應(yīng)力測試 6、地面變形測試58二、單樁豎向荷載試驗 1.試驗基本原理樁的承載能力：土的摩擦力和樁端巖土的抵抗力所組成。 過程：未破壞時，樁的下沉量與荷載成正比地增加； 破壞時，樁身突然增大的下沉或不穩(wěn)定的下沉；（破壞荷載）（極限荷載） 將樁的極限荷載除以安全系數(shù)，就得到樁的承載力。592.加載設(shè)備 試樁的加載方式主要有錨樁法和壓重法兩種 錨樁法組成：見下圖 原理：采用千斤頂逐級施加荷載，反力通過橫梁、錨梁傳遞給已

22、經(jīng)施工完畢的樁基，用油壓表或力傳感器量測荷載的大小，用百分表或位移計量測試樁的下沉量，以便進一步分析。 注意事項：60錨樁法錨梁橫梁千斤頂試樁錨樁試樁錨樁百分表錨樁法加載裝置61壓重法 壓重法也稱為堆載法 組成：見下結(jié)構(gòu)圖 由于這種加載方法臨時工程量較大，多用于承載力較小的樁基靜載試驗。62631試樁；2千斤頂；3百分表；4基準(zhǔn)梁；5鋼板；6主梁；7枕木；8堆放的荷載；9次梁堆載法加載裝置3.試驗基本要求 （1）試樁試驗時間 沙性土打入式預(yù)制樁，沉樁后距靜載試驗的時間間隔不得少于7天； 粘性土打入式預(yù)制樁，沉樁后距靜載試驗的時間間隔不得少于14天； 鉆孔灌注樁要滿足樁身混凝土養(yǎng)護時間，一般情況下不少于28天。64 （2）試樁的加載、卸載方法 加載：根據(jù)公式計算最大試驗荷載，分812級施加； 卸載：分為46級，逐級等量卸載 ，卸載量取加載量2倍；6