橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)課件

5橋梁結(jié)構(gòu)靜動(dòng)載試驗(yàn)5.1主要目的

靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)，主要目的：檢驗(yàn)橋梁設(shè)計(jì)與施工的質(zhì)量（新建橋）

施工中做施工監(jiān)控和監(jiān)測(cè)，成橋后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，竣工驗(yàn)收重要資料。判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力（舊橋）超齡、超載、有損傷舊橋加固改造依據(jù)。驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法

（新橋型）為新橋型和橋梁中的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝創(chuàng)新發(fā)展提供的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。9/20/20235橋梁結(jié)構(gòu)靜動(dòng)載試驗(yàn)5.1主要目的8/6/202315.2一般程序1、橋梁考察和方案設(shè)計(jì)（必要條件）（1）技術(shù)資料的收集設(shè)計(jì)文件、施工文件、施工控制文件、監(jiān)理記錄、原始試驗(yàn)資料、橋梁養(yǎng)護(hù)與維修記錄、現(xiàn)有車流量和重載車輛情況等。技術(shù)狀況認(rèn)識(shí)

（2）橋梁外觀檢查

表面裂縫以及露筋情況，支座是否老化，鋼結(jié)構(gòu)主要是檢查銹蝕以及使用扭力扳手抽查螺栓松緊度等。橋梁現(xiàn)狀宏觀認(rèn)識(shí)。（3）理論計(jì)算與分析設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算（橋博、Midas、Ansys）和試驗(yàn)荷載效應(yīng)計(jì)算

（4）實(shí)施細(xì)則的制定測(cè)試內(nèi)容、加載方案、觀測(cè)方案、儀器儀表選用等方面，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行評(píng)審。

9/20/20235.2一般程序1、橋梁考察和方案設(shè)計(jì)（必要條件）8/625.2一般程序2、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)準(zhǔn)備交通封閉電源及照明、工作腳手架或掛籃、儀表安裝架。加載車輛型號(hào)和數(shù)量（載重物、車輛輪載過磅、軸距和輪距測(cè)定），橋面車位加載標(biāo)識(shí)。測(cè)點(diǎn)布置：應(yīng)變、位移等布置，測(cè)試系統(tǒng)調(diào)試3、加載試驗(yàn)與觀測(cè)按照預(yù)定的加載程序?qū)υ囼?yàn)橋梁進(jìn)行加載試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)試結(jié)構(gòu)受力后的各項(xiàng)性能指標(biāo)如撓度、應(yīng)變、裂縫寬度。一般還應(yīng)同步測(cè)得結(jié)構(gòu)和環(huán)境溫度場(chǎng)（用于修正溫度對(duì)實(shí)測(cè)值的影響）9/20/20235.2一般程序2、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)準(zhǔn)備8/6/202334、結(jié)果分析與處理

原始數(shù)據(jù)的分析處理：數(shù)量轉(zhuǎn)換、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、頻譜分析、過濾溫度影響撰寫報(bào)告：按照相關(guān)規(guī)范或規(guī)程以及試驗(yàn)?zāi)康模瑢?duì)試驗(yàn)對(duì)象做出科學(xué)的判斷與評(píng)價(jià)。5.3試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)1、試驗(yàn)對(duì)象選擇每種結(jié)構(gòu)型式選擇跨度最大的一孔或幾孔進(jìn)行加載試驗(yàn)。（考慮：等跨、不等跨、不同結(jié)構(gòu)形式和測(cè)試布點(diǎn)方便）9/20/20234、結(jié)果分析與處理原始數(shù)據(jù)的分析處理：數(shù)量轉(zhuǎn)換、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、42、試驗(yàn)荷載效率試驗(yàn)荷載產(chǎn)生的控制截面內(nèi)力及變形等效應(yīng)不低于設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)的80%，用試驗(yàn)荷載效率系數(shù)表示：St－試驗(yàn)荷載作用下，控制截面內(nèi)力或變形計(jì)算值；Sd－設(shè)計(jì)荷載作用下，控制截面內(nèi)力或變形的計(jì)算值；μ－設(shè)計(jì)中取用的沖擊系數(shù)。9/20/20232、試驗(yàn)荷載效率試驗(yàn)荷載產(chǎn)生的控制截面內(nèi)力及變形等效應(yīng)不低53、荷載試驗(yàn)工況縱向加載：根據(jù)控制截面最不利受力確定，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的橋梁選2～3個(gè)工況，復(fù)雜結(jié)構(gòu)可適當(dāng)多選幾個(gè)，但不宜過多。橫向加載：對(duì)稱加載、偏向加載、扭轉(zhuǎn)加載（需要時(shí)）。對(duì)稱加載偏向加載9/20/20233、荷載試驗(yàn)工況縱向加載：根據(jù)控制截面最不利受力確定，簡(jiǎn)單69/20/20238/6/202371）梁式橋主要工況：跨中最大正彎距；支點(diǎn)最大負(fù)彎距；墩身控制截面彎距。附加工況：L/4截面最大正彎矩；支點(diǎn)處最大剪力；橋墩最大豎向反力；牛腿最不利受力。2）無鉸拱橋主要工況：拱頂最大正彎矩；拱腳最大負(fù)彎矩；吊索最大受力加載（中下承式拱橋）；系桿最大受力加載（系桿拱橋）。附加工況：拱腳最大水平推力；L/4截面最大正彎矩和最大負(fù)彎距；L/4截面正負(fù)撓度絕對(duì)值之和最大；橫梁最不利受力加載；排架最不利受力加載試驗(yàn)。9/20/20231）梁式橋主要工況：跨中最大正彎距；支點(diǎn)最大負(fù)彎距；墩身控制83）斜拉橋主要工況主梁中孔跨中最大正彎矩；主梁墩頂支點(diǎn)截面最大負(fù)彎矩；主塔塔頂縱橋向最大水平變位；主塔控制截面最大彎矩試驗(yàn)。附加工況：邊跨或次邊跨跨中最大正彎矩；主梁最大水平漂移（主梁縱向漂浮體系）；尾索區(qū)斜拉索最大拉力；主梁最大撓度；輔助墩最大豎向反力；橫梁最不利受力；錨箱最不利受力（鋼斜拉橋）；塔、梁和索溫度場(chǎng)的同步測(cè)定。9/20/20233）斜拉橋主要工況8/6/202394）懸索橋主要工況：加勁梁跨中截面最大正彎距；加勁梁L/8截面最大正彎距；主塔塔頂縱橋向最大水平變位與塔腳截面最大彎距；附加工況：加勁梁最大豎向撓度；主纜錨跨索股最大張力；加勁梁梁端最大縱向漂移；吊桿（索）荷載張力最大增量；主纜截面溫度和索塔截面溫度同步測(cè)試。9/20/20234）懸索橋主要工況：加勁梁跨中截面最大正彎距；加勁梁L/8截104、靜載試驗(yàn)加載方案1）加載方式一般選用三軸和兩軸載重車輛（軸重、軸距和橫向輪距）來模擬規(guī)范的汽車荷載。整體結(jié)構(gòu)計(jì)算采用車道荷載，局部設(shè)計(jì)車輛荷載。汽車荷載應(yīng)考慮車道數(shù)折減和沖擊系數(shù)增加。2）荷載：城市橋梁荷載規(guī)范》（CJJ77-98）：跨度20-150m城市A：車道≥4時(shí)，剪力乘1.25。（3m/車道）

城市B:車道≥4時(shí)，剪力乘1.3。9/20/20234、靜載試驗(yàn)加載方案1）加載方式8/6/202311城市A車輛荷載9/20/2023城市A車輛荷載8/6/202312城市B車輛荷載9/20/2023城市B車輛荷載8/6/202313車道折減系數(shù)車道數(shù)2345≥6折減系數(shù)1.00.80.670.600.55沖擊系數(shù)9/20/2023車道折減系數(shù)車道數(shù)2345≥6折減系數(shù)1.00.80.6714《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）：車道荷載1）公路—I級(jí)：車道均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=10.5kN/m；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算跨徑L≤5m時(shí)，Pk=180kN；L≥50m時(shí)，Pk=360kN；跨徑在5m~50m之間時(shí)，Pk值直線內(nèi)插。計(jì)算剪力效應(yīng)時(shí)，集中荷載Pk乘1.2增大系數(shù)。2）公路—II級(jí)：按公路—I級(jí)車道荷載的0.75倍采用。9/20/2023《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）：車道15車輛荷載橫向布置車輛荷載550kN9/20/2023車輛荷載橫向布置車輛荷載8/6/202316車道橫向折減系數(shù)車道數(shù)2345678折減系數(shù)1.00.780.670.600.550.520.50汽車沖擊系數(shù)9/20/2023車道橫向折減系數(shù)車道數(shù)2345678折減系數(shù)1.00.780173）加載程序分級(jí)加載：一般分為3～5級(jí)；車輛荷載應(yīng)逐輛緩緩駛?cè)腩A(yù)定位置；卸載程序：分級(jí)盡量與加載分級(jí)對(duì)應(yīng)，以便校對(duì)。加載時(shí)間：溫度變化不大的時(shí)間段（如在陰天或晚上)加載，每級(jí)持續(xù)時(shí)間不能太長(zhǎng)（效應(yīng)穩(wěn)定），并同步測(cè)定溫度場(chǎng)。9/20/20233）加載程序分級(jí)加載：一般分為3～5級(jí)；車輛荷載應(yīng)逐輛緩緩駛185、測(cè)點(diǎn)設(shè)置

基本原則：最大應(yīng)力、最大位移。溫度測(cè)點(diǎn)

梁式橋：跨中撓度和應(yīng)變，支座附近或懸臂端截面沉降和負(fù)彎距應(yīng)變；拱橋：主拱圈跨中和L/4處的撓度，拱腳、L/4和跨中截面的應(yīng)變；

斜拉橋：主梁跨中、L/4和L/8處撓度，支座處沉降，跨中和控制截面應(yīng)變；塔頂變位，塔身控制截面應(yīng)變；鋼箱梁橋的斜拉索錨箱應(yīng)變；控制索索力。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；塔頂縱橋向位移，塔腳截面應(yīng)變。9/20/20235、測(cè)點(diǎn)設(shè)置基本原則：最大應(yīng)力、最大位移。溫度測(cè)點(diǎn)8/619截面位置變形測(cè)點(diǎn):整體式梁橋一般對(duì)稱于橋面中軸線布設(shè);多梁式橋在每根梁底布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)；對(duì)于索塔，則布置在索塔縱橋向?qū)ΨQ面相對(duì)應(yīng)位置。拉應(yīng)變測(cè)點(diǎn)：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(cè)定設(shè)置不少于3處，以控制最大應(yīng)力分布?；炷烈验_裂：宜在鋼筋上設(shè)置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。剪應(yīng)變測(cè)點(diǎn)：應(yīng)變花或在自梁底支承線與水平成45°方向斜線與截面中性軸的交點(diǎn)上布置單向應(yīng)變溫度測(cè)點(diǎn)：大多數(shù)測(cè)點(diǎn)附近設(shè)置1～2處。9/20/2023截面位置變形測(cè)點(diǎn):整體式梁橋一般對(duì)稱于橋面中軸線布設(shè);多梁式206、動(dòng)載試驗(yàn)加載脈動(dòng)試驗(yàn)：測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性；跑車試驗(yàn)：無障礙和有障礙兩種條件下的載重車（大多數(shù)是三軸車）行車，判別不同的行車速度下橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。20，30，40，50。。。Km/h跳車試驗(yàn)：通常用兩軸載重車，模擬不平整的路面狀況效應(yīng)。(10km/h）剎車試驗(yàn)：三軸重車，測(cè)出緊急剎車的水平制動(dòng)力等對(duì)橋面效應(yīng)。9/20/20236、動(dòng)載試驗(yàn)加載脈動(dòng)試驗(yàn)：測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性；8/6/20217、測(cè)量?jī)x器反力、應(yīng)變、位移、傾角、裂縫：同前。常用的儀器有百分表、千分表、位移計(jì)、應(yīng)變計(jì)（應(yīng)變片）、振弦應(yīng)變計(jì)、精密水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、傾角儀、全站儀、刻度放大鏡、溫度計(jì)等。索力測(cè)量：1）張拉頂油表：讀數(shù)換算得到索力（施工）2）測(cè)力傳感器：裝在錨頭與墊板間（成本）；3）索力計(jì)：通過測(cè)出拉索橫向振動(dòng)頻率，再計(jì)算出索力。（常用）9/20/20237、測(cè)量?jī)x器反力、應(yīng)變、位移、傾角、裂縫：同前。常用的儀器有22索力計(jì)張緊斜拉索的動(dòng)力平衡微分方程（忽略索的EI）9/20/2023索力計(jì)張緊斜拉索的動(dòng)力平衡微分方程（忽略索的EI）8/6/23索力計(jì)算假定斜拉索兩端鉸支，則有式中：fn－索的第n階頻率；l－有效索長(zhǎng)。9/20/2023索力計(jì)算假定斜拉索兩端鉸支，則有式中：fn－索的第n階頻率245.4數(shù)據(jù)整理與評(píng)定1、車輛荷載整理：車輛軸重過磅，并實(shí)測(cè)軸距和輪距（用于理論計(jì)算）車

型軸距（mm）輪距（mm）L1L2前輪后輪東

風(fēng)35001400210019003350B360028502400重慶鐵馬30001400180018009/20/20235.4數(shù)據(jù)整理與評(píng)定1、車輛荷載整理：車輛軸重過磅，并實(shí)測(cè)252、數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變換算，撓度計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算（多片主梁的橋）利用跨中截面各主梁撓度或應(yīng)力測(cè)試值計(jì)算：：荷載均勻分布全橋?qū)挄r(shí)產(chǎn)生的撓度和應(yīng)力

：：荷載引起i號(hào)主梁的撓度和應(yīng)力。

校驗(yàn)系數(shù)：λ=測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值/測(cè)點(diǎn)的理論計(jì)算值

自振頻率：沖擊系數(shù)：9/20/20232、數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變換算，撓度計(jì)算：荷載均勻分布全橋?qū)?63、結(jié)果評(píng)定方法1）荷載-位移曲線、荷載-應(yīng)力曲線：直線=>彈性2）校驗(yàn)系數(shù)：小于1時(shí)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求；否則不滿足設(shè)計(jì)要求。3）殘余變形：≤0.2.4）撓度：撓跨比≤1/600（梁式橋）；1/800（拱橋、桁架橋）；1/300（梁式橋主梁懸臂端）；1/500（斜拉橋混凝土主梁，鋼橋?yàn)?/400）5）裂縫：全預(yù)力（不開裂）；混凝土<0.2mm；部分預(yù)應(yīng)力：名義拉應(yīng)力限值6）頻率大于設(shè)計(jì)；動(dòng)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。7）動(dòng)態(tài)增量（沖擊系數(shù)）：“小”則橋面平整度好，行車速度影響小。9/20/20233、結(jié)果評(píng)定方法1）荷載-位移曲線、荷載-應(yīng)力曲線：直線=27類別項(xiàng)目校驗(yàn)系數(shù)鋼橋應(yīng)力0.75~0.95撓度0.75~0.95預(yù)應(yīng)力混凝土橋應(yīng)力0.60~0.90撓度0.70~1.00鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力0.40~.