橋涵工程試驗檢測

第七章橋梁荷載實驗

荷載實驗的分類：科學研討性實驗和消費鑒定性實驗；靜荷載實驗和動荷載實驗；原型實驗和模型實驗；破壞性實驗和非破壞性實驗；長期實驗和短期實驗。第一節(jié)荷載實驗的目的及主要內容一、荷載實驗的目的1．檢驗橋梁設計與施工的質量2．判別橋梁構造的實踐承載力3．驗證橋梁構造設計實際和設計方法二、荷載實驗的主要任務內容第一階段：預備階段明確實驗目的搜集技術資料調查實驗現(xiàn)場確定觀測內容加載方案設計實際分析計算方案測點位置制定實驗方案第二階段：實測階段現(xiàn)場實驗預備分級加載觀測第三階段：評定階段實驗數(shù)據(jù)分析完成實驗報告

第一節(jié)荷載實驗的目的及主要內容三、荷載實驗的預備任務1．實驗孔(或墩)的選擇①該孔(或墩)計算受力最不利；②該孔(或墩)施工質量較差、缺陷較多或病害較嚴重；③該孔(或墩)便于搭設腳手架，便于設置測點或便于實施加載。2．搭設腳手架和測試支架3．靜載實驗加載位置的放樣和卸載位置的安排4．實驗人員組織及分工5．其他預備任務加載實驗的平安設備、供電照明設備、通訊聯(lián)絡設備、橋面交通控制等任務應根據(jù)荷載實驗的需求進展預備。第二節(jié)實驗方案與實施1．實驗荷載工況確實定①簡支梁橋跨中最大正彎矩工況L／4最大正彎矩工況支點最大剪力工況橋墩最大豎向反力工況②延續(xù)梁橋主跨跨中最大正彎矩工況主跨支點負彎矩工況主跨橋墩最大豎向反力工況主跨支點最大剪力工況邊跨最大正彎矩工況1．實驗荷載工況確實定③懸臂梁橋(T型剛構橋)支點(墩頂)最大負彎矩工況錨固孔跨中最大正彎矩工況支點(墩頂)最大剪力工況掛孔跨中最大正彎矩工況④無鉸拱橋跨中最大正彎矩工況拱腳最大負彎矩工況拱腳最大推力工況正負撓度絕對值之和最大工況⑤剛架橋(包括斜腿剛架和剛架—拱式組合體系)跨中截面最大彎矩工況柱腿截面最大應力工況節(jié)點附近截面最大應力工況

1．實驗荷載工況確實定⑥懸索橋主梁控制截面最大彎矩應力工況主梁改動變形工況主梁控制截面位移或撓度工況塔頂最大程度變位工況塔柱底截面最大應力工況鋼索(主纜、吊索)最大拉力工況⑦斜拉橋主梁跨中最大正彎矩工況主梁最大負彎矩工況主塔塔頂順橋向最大程度位移工況斜拉索最大索力工況主梁最大撓度工況動載實驗普通安排規(guī)范汽車在不同車速時的跑車實驗2．實驗荷載確實定(1)控制荷載確實定①汽車和人群(規(guī)范設計荷載)；②掛車或履帶車(規(guī)范設計荷載)；③需通行的特殊重型車輛。取其中最不利者對應的荷載作為控制荷載。(2)靜載實驗效率—靜載實驗荷載作用下控制截面內力計算值；—控制荷載作用下控制截面最不利內力計算值；—按規(guī)范采用的沖擊系數(shù)，平板掛車、履帶車、重型車輛，取。3．靜載加載分級與控制(1)分級控制的原那么①當加載分級較為方便時，可按最大控制截面內力荷載工況均分為4～5級。②當運用載重車加載，車輛稱重有困難時也可分成3級加載。③當橋梁的調查和驗算任務不充分，或橋況較差，應盡量增多加載分級。④在安排加載分級時，應留意加載過程中其他截面內力亦應逐漸添加，且最大內力不應超越控制荷載作用下的最不利內力。最好每級加載后卸載，也可逐級加載，到達最大荷載后逐級卸載。3．靜載加載分級與控制(2)車輛荷載加載分級的方法①逐漸添加加載車數(shù)量②先上輕車后上重車③加載車位于內力影響線的不同部位。④加載車分次裝載重物。(3)加卸載的時間選擇為了減少溫度變化對實驗呵斥的影，加載實驗時間以22:00至晨6:00為宜。(4)加載分級的計算4.加載設備的選擇(1)可行式車輛采用車輛加載優(yōu)點很多，如便于調運和加載布置，加卸載迅速等。采用汽車荷載既能作靜實驗又能作動載實驗。(2)重物直接加載堆放重物或設置水箱①稱重法②體積法稱量誤差最大不得超越5％。5.測點設置測點的布設不宜過多，但要保證觀測質量。(1)主要測點的布設①簡支梁橋：跨中撓度，支點沉降，跨中截面應變。②延續(xù)梁橋：跨中撓度，支點沉降，跨中和支點截面應變。③懸臂梁橋：懸臂端部撓度，支點沉降，支點截面應變。④拱橋：跨中，L/4處撓度，拱頂L/2和拱腳截面應變。5.測點設置(2)其他測點的布設根據(jù)橋梁調查和檢算任務的深度，綜合思索構造特點和橋梁情況等可適當添加設以下測點：I①撓度沿橋長或沿控制截面橋寬方向分布；②應變沿控制截面橋寬方向分布；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、程度位移與轉角，連拱橋多個墩臺的程度位移；⑥剪切應變；⑦其他構造薄弱部位的應變；⑧裂痕的監(jiān)測測點。(3)溫度測點的布設第三節(jié)靜載實驗儀器設備橋梁靜載實驗時需測的物理量：構造的反力、應變、位移、傾角、裂痕等。1.位移〔撓度〕各種位移計、激光撓度儀、高精度水準儀、全站儀等、連通器第三節(jié)靜載實驗儀器設備2.裂痕裂痕放大鏡、塞尺、超聲儀、應變式丈量傳感器3.反力力傳感器、索力儀4.傾角電子式數(shù)顯傾角儀5.溫度溫度計、紅外測溫儀、熱電偶第三節(jié)靜載實驗儀器設備6.應變應變片、應變丈量傳感器、手持式應變儀、鋼弦式應變計、光纖應變計應變丈量技術電測法的運用特別廣泛，涉及到許多領域。在實驗應力分析、斷裂力學、靜動態(tài)實驗、宇航工程中都有廣泛的用途。在橋梁構造實驗中最常用的是電阻應變測試技術。應變丈量技術應變丈量技術應變丈量技術應變丈量技術應變丈量技術應變丈量技術電測法的優(yōu)點：1．精度高，1%；2．分辨率高，可測出10-6，即1με，對鋼只需0.2MPa的應力；〔分辨率：可檢測出的被丈量的最小值。靈敏度：輸出量的變化值與相應被丈量的變化值之比〕。3．丈量范圍廣，可達23%；4．尺寸小〔最小的0.2mm〕，可滿足應力梯度較大的應變丈量；5.質量小，便于安裝，不會干繞構件的應力形狀；6．頻率呼應好，呼應時間約為10-7s；7．可以在高溫〔800～1000℃〕、低溫〔-100～-70℃)、高壓(上萬個大氣壓)、高速旋轉(幾千轉／min～幾萬轉／min)、核幅射等特殊條件下勝利的運用；8．輸出電信號，易于實現(xiàn)丈量數(shù)字化和自動化；9.還可以制成各種傳感器。電阻應變片1.應變片構造應變片構造基底和覆蓋層普通有紙質和膠質作用:定位、維護應變片的幾何外形、絕緣對資料性能要求：厚度小而機械強度高、絕緣性能好、熱穩(wěn)定性能好、耐腐蝕、抗潮濕、無滯后和蠕變景象、稍透明等。2.任務原理“電阻應變效應〞應變片任務原理〔dD/D:橫向應變；dL/L:縱向應變；μ：泊桑比〕此式闡明：導體(如金屬絲)的電阻應變效應由兩方面緣由呵斥，一是由(1+2μ)表達的幾何尺寸的改動；一是電阻率也隨應變發(fā)生變化。在一定范圍內，應變片的電阻變化率與應變成正比關系(電阻應變效應)?！半娮钁冃?856年，W.Thomson在鋪設海底電纜時……得到了三個結論：〔1〕銅絲和鐵絲的應變與其電阻的變化成涵數(shù)關系；〔2〕銅絲和鐵絲的應變對其電阻的變化有不同的靈敏度；〔3〕銅絲和鐵絲由于應變而產生的電阻變化可用惠斯通電橋丈量。1938年，由E.Similton和A.Ruge等人初次制造出了絲繞式電阻應變片，至今各種規(guī)格的應變片已有二萬多種。電阻應變片的分類1〕資料金屬應變片的制造設備和技術都較簡便，但橫向靈敏度較大；半導體應變片的優(yōu)點是靈敏度高、頻率呼應好、可以做成小型和超小型應變片。它的缺陷是溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性不及金屬應變片等。2〕制做工藝絲繞式：價錢低，但耐濕性差；箔式：a.尺寸準確，易做成任不測形；b.散熱性好，附著力大；c.橫向效應很?。籨.絕緣性好，蠕變和機械滯后小，耐濕性好，由于箔式片均為膠基；e.消費率高，便于成批消費。缺陷是:工藝復雜，本錢高。3〕運用溫場：低溫〔任務溫度低于-30℃〕常溫〔任務溫度低于-3℃～60℃〕中溫〔任務溫度低于60℃～350℃〕高溫〔任務溫度高于350℃〕電阻應變片的分類4〕敏感柵外形:單軸應變片和應變花5〕其它：敏感柵的長度分，有大標距應變片和小標距應變片。按特殊用途的應變片如防磁應變片、防水應變片、埋人式應變片、層式應變片、可拆式應變片、疲勞壽命片、測壓片、無基底式應變片、大應變片、裂痕探測片、溫度自補償應變片等。電阻應變片的安裝1〕常用膠a.氫基丙烯酸酯類〔501、502〕b．環(huán)氧樹脂類2)貼片流程a.選片b.清理構件外表c.畫線貼片d.檢查、焊線e.固定導線f.應變片維護應變片傳送應變的任務圖示電阻應變儀

直流電橋任務原理電橋平衡條件溫度效應補償1)溫度效應2〕補償方法:一是自補償二是橋路補償.對補償片的設置應思索如下要素。1)補償片與任務片應該是同批產品，具有一樣電阻值、靈敏系數(shù)和幾何尺寸；2)補助償片的試塊資料應與試件的資料一致，并應做到熱容量根本相等。如是混凝土資料，那么需同樣配合比和在同樣條件下養(yǎng)護；3)補償片的貼片、枯燥、防潮等處置工藝必需與任務片完全一致；4)銜接補償片的導線應與銜接任務片的導線同一規(guī)格、同一長度，并且相互平列接近布置或捆扎成束；5)補償片與任務片的位置應盡量接近，使二者處于同樣溫度場條件下，以防不均勻熱源的影響；6)補償片的數(shù)量多少，根據(jù)實驗資料特性、測點位置、實驗條件等決議。靜態(tài)應變測試儀主要特點a．和筆記本電腦USB、RS－232口進展數(shù)據(jù)通訊，便于攜帶，適用于實驗室和工地現(xiàn)場的測試；b．全橋、半橋、〔公用補償〕銜接方便；c．采樣速度塊；d．參數(shù)設置及修正、平衡、數(shù)據(jù)存儲均由計算機完成；e．系統(tǒng)能配接橋式傳感器、熱點偶；f．對每個測點的多次采樣〔丈量〕結果可由數(shù)據(jù)序列或圖形顯示，并可打印輸出或存儲。日本產TDS－602靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀主要特點a．儀器由自帶計算機系統(tǒng)控制；b．儀器自帶接線掃描箱；c．測試數(shù)據(jù)可直接打??；d．測試數(shù)據(jù)可存于自備計算機硬盤中；e．可由普通計算機鍵盤控制或觸摸屏控制，操作簡單、方便；f．外形小巧，攜帶方便；g．測試穩(wěn)定性好。H.丈量應變、應變式傳感器、直流電壓、熱電偶和熱電阻應變式傳感器

HJ系列可裝配式應變丈量傳感器獲國家三項專利雙懸臂構造應變丈量計，適用新型專利，專利號：ZL200320219969.X.授權公告日：2005年1月5日。平面應變丈量傳感器，發(fā)明專利，專利號：ZL2004100731200.授權公告日：2006年7月26日。混凝土內埋式應變丈量傳感器，適用新型專利，專利號：ZL200620079045.3.X.授權公告日：2007年3月28日。技術目的規(guī)格型號：HJ-150型、HJ-120型、HJ-100型、HJ-080型接橋方式：全橋標定橋壓：2V應變儀靈敏系數(shù)：K=2.0規(guī)范標距：150mm、120mm、100mm、80mm最大量程：±3000με、±4000με、±5000με、±6000με輸出靈敏：6666με/mm、8333με/mm、10000με/mm、12500με/mm絕緣電阻：＞1000MΩ非線性：＜0.8%F·S零飄、蠕變：＜0.6%F·S/30min運用溫度：-10℃～60℃運用壽命：獨特的抗摔碰構造設計，可長期反復運用棱柱體試件對比實驗陜西省計量科學研討院測試報告HJ系列可裝配式應變丈量傳感器的運用HJ系列可裝配式應變丈量傳感器的運用HJ系列可裝配式應變丈量傳感器的運用HJ系列可裝配式應變丈量傳感器的運用HJ系列可裝配式應變丈量傳感器的運用

---沛縣沿河橋拱腳程度位移丈量〔桁架拱〕HJ系列可裝配式應變丈量傳感器的運用

--解放門橋施工過程中邊跨應變監(jiān)測HJ系列可裝配式應變丈量傳感器的運用

--鋼橋塔模型軸心受壓荷載實驗HJ系列可裝配式應變丈量傳感器的運用

---橋梁動載實驗時動應變測試第四節(jié)靜載實驗1．加載程序分級施加荷載,每一級荷載施加次序為縱向先施加重車，后施加兩側規(guī)范車；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

當小于1％或小于量測儀器的最小分辯值時即以為構造根本穩(wěn)定3．加載過程的察看特別留意察看：構件薄弱部位能否有開裂、破損，組合構件的結合面能否有開裂錯位，支座附近混凝土能否開裂，橫隔板的接頭能否拉裂，構造能否產生不正常的響聲，加載時墩臺能否發(fā)生搖擺景象等等。第四節(jié)靜載實驗4．終止加載控制條件(1)控制測點應力值已到達或超越用彈性實際按規(guī)范平安條件反算的控制應力值時；(2)控制測點變位(或撓度)超越規(guī)范允許值時；(3)由于加載，使構造裂痕的長度、縫寬急劇添加，新裂痕大量出現(xiàn)，縫寬超越允許值的裂痕大量增多，對構造運用壽命呵斥較大的影響時；(4)拱橋加載時沿跨長方向的實測撓度曲線分布規(guī)律與計算值相差過大或實測撓度超越計算值過多時；(5)發(fā)生其他損壞，影響橋梁承載才干或正常運用時。荷載實驗時橋梁坍塌2006年12月9日下午2時40分，北京市順義區(qū)臥龍環(huán)島北側一條橫跨減河的景觀懸索步行橋在測重時坍塌，10輛用來測重的卡車隨橋身墜下后報廢，一名司機在事故中骨折，另有兩人輕傷。據(jù)了解，這座橋全長120米，2004年11月開工，今年9月建成。荷載實驗時橋梁坍塌橋體與路基間裂痕達一尺寬第五節(jié)實驗數(shù)據(jù)分析及橋梁承載力評定一、實驗數(shù)據(jù)分析規(guī)律性、異常值、測值修正應變測值修正支點沉降影響的修正溫度影響修正第五節(jié)實驗數(shù)據(jù)分析及橋梁承載力評定二、荷載實驗成果分析與承載才干評定1．構造任務情況(1)校驗系數(shù)校驗系數(shù)是評定構造任務情況、確定橋梁承載才干的一個重要目的。橋梁類型應變(或應力)校驗系數(shù)撓度校驗系數(shù)鋼筋混凝土板橋0.20～0.400.20～0.50鋼筋混凝土梁橋0.40～0.800.50～0.90預應力混凝橋0.60～0.900.70～1.00圬工拱橋0.70～1.000.80～1.00二、荷載實驗成果分析與承載才干評定(2)實測值與實際值的關系曲線(3)相對剩余變位(或應變)不大于20％(4)動載性能2．構造的強度及穩(wěn)定性當荷載實驗工程比較全面時，可采用荷載實驗主要撓度測點的效驗系數(shù)η來評定構造的強度和穩(wěn)定性。3．地基與根底當實驗荷載作用下墩臺沉降、程度位移及傾角較小，符合上部構造檢算要求，卸載后變位根本回復時，以為地基與根底在檢算荷載作用下能正常任務。

二、荷載實驗成果分析與承載才干評定4．構造的剛度要求實驗荷載作用下，主要測點撓度校驗系數(shù)應不大于1。各點的撓度不超越“橋規(guī)〞規(guī)定的允許值，即圬工拱橋：一個橋范圍內正負撓度的最大絕對值之和不大于L/1000，履帶車和掛車要驗算時提高20％。鋼筋混凝土橋梁橋主梁跨中：梁橋主要懸臂端：桁架、拱橋：二、荷載實驗成果分析與承載才干評定5．裂痕結構類別裂縫部位允許最大縫寬(mm)其他要求鋼筋混凝土梁主筋附近豎向裂縫0.25腹板斜向裂縫0.30組合梁結合面0.50不允許貫通結合面橫隔板與梁體端部0.30支座墊石0.50預應力混凝土梁梁體豎向裂縫不允許梁體縱向裂縫0.20結構類別裂縫部位允許最大縫寬(mm)其他要求磚、石、混凝土拱拱圈橫向0.30裂縫高小于截面高一半拱圈縱向0.50裂縫長小于跨言拱波與拱肋結合處0.20墩臺墩臺帽0.30墩臺身經常受浸蝕性有筋0.20環(huán)境水影響無筋0.30不允許貫通墩臺身截面一半常年有水，但有筋0.25無侵蝕性影響無筋0.35干溝或季節(jié)性有水河流0.40有凍結作用部份0.20三、靜載實驗報告1.實驗概略2.實驗的目的3.實驗方案設計4.實驗日期及實驗的過程5.各項實驗到達的精度6.實驗成果與分析7.實驗記錄摘錄8.技術結論9.閱歷教訓10.有關圖表、照片第六節(jié)構造動載實驗振源(輸入)→構造(系統(tǒng))→呼應(輸出)三類根本問題：1．測定橋梁荷載的動力特性(數(shù)值、方向、頻率等)。2．測定橋梁構造的動力特性(自振頻率、阻尼、振型等)。3．測定橋梁在動荷載作用下的呼應(動位移、動應力等)。橋梁的振動實驗涉及很寬的范疇，如模擬地震實驗、抗風實驗、疲勞實驗等。一、橋梁動載實驗的測試儀器1.測振傳感器振動參數(shù)有位移、速度和加速度。一、橋梁動載實驗的測試儀器2.橋梁動態(tài)測試系統(tǒng)傳感器+調理模塊+A/D板+計算機+分析軟件模塊式數(shù)據(jù)采集分析控制軟件DASYLab①輸入/輸出模塊組：A/D轉換、D/A轉換、數(shù)據(jù)輸入等，用于各種硬件輸入數(shù)據(jù)的轉換。②觸發(fā)函數(shù)模塊組：組合觸發(fā)、前/后觸發(fā)、開場/停頓觸發(fā)、需求觸發(fā)等。③數(shù)學計算模塊組：算術運算、三角運算、比例定義、微積分、邏輯運算、二進制操作。④數(shù)理統(tǒng)