桥梁荷载试验.doc

桥梁荷载试验一、桥梁荷载试验的目的桥梁荷载试验是对桥梁结构物工作状态进行直接测试的一种鉴定手段。由于大桥的跨径较大，设计、施工技术难度较大，另外，根据国家有关规定，大型桥梁竣工后应进行生产鉴定性质的试验，桥梁荷载试验力求达到以下目的：1、通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，检验本桥设计与施工质量，确定工程的可靠性，为竣工验收提供技术依据；2、直接了解桥跨结构的实际工作状态，判断实际承载能力，评价其在设计使用荷载下的工作性能；3、验证设计理论、计算方法和设计中的各种假定的正确性与合理性，为今后同类桥梁设计施工提供经验和积累科学资料；4、通过动载试验测定桥跨结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力性能，评估实际结构的动载性能；5、通过荷载试验，建立桥梁健康模型，记录桥梁健康参数。二、桥梁荷载试验的分类桥梁荷载试验包括静力荷载试验与动力荷载试验。一般情况下只做静力荷载试验，必要时增做部分动力荷载试验，如特大型桥梁、新型桥梁等。静力荷载试验是指将静止的荷载作用于桥梁上的指定位置，以便能够测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力。动力荷载试验是指采用动力荷载，如行驶的汽车荷载或者其他动力荷载作用于桥梁结构上，以测出结构的动力特性，如振动变形，从而判断出桥梁结构在动力荷载下受冲击和振动影响。桥梁的动力荷载试验和静力荷载试验相比具有其特殊性。首先，引起结构产生的振幅（如车辆、人群、阵风或地震力等）和结构的振动影响是随时间而变化的，而结构在动荷载作用下的响应与结构本身的动力特性有密切关系，动荷载产生的动力效应一般大于相应的静力效应。三、静力荷载试验1、静力荷载试验时梁的内力控制截面的规定一些主要桥型的内力控制截面规定如下：（1）简支梁桥的主要控制截面内力为跨中最大正弯矩处；控制截面附加内力为支点最大剪力、墩台最大垂直力。（2）连续梁桥主要控制截面内力的支点最大负弯矩处、跨中最大正弯矩；控制截面附加内力为支点最大剪力、墩台最大垂直力。（3）悬臂梁桥主要控制截面内力为支点最大负弯矩、锚跨跨中最大正弯矩;控制截面附加内力为支点最大剪力,墩台最大垂直力，挂梁跨中最大弯矩。（4）无铰拱桥主要控制截面内力为跨中截面最大正弯矩、拱脚截面最大负弯矩；控制截面附加内力为拱脚最大水平推力，L/4截面最大正弯矩和最大负弯矩。此外，对桥梁的薄弱截面、损坏部位，比较薄弱的桥面结构等，是否设置内力控制及安排加载项目可根据桥梁调查和检算情况决定。2、静力荷载试验效率按照规范的要求计算荷载对控制截面产生的最不利内力，用产生最不利内力较大的荷载作为静载试验的控制荷载。荷载试验时应尽量采用与控制荷载相同的荷载，但由于客观条件的限制，实际采用的试验荷载与控制荷载会有所不同，为了保证试验效果，在选择试验荷载大小和加载位置时采用静载试验效率来进行控制。静载试验效率计算如下：静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值；按规范采用的冲击系数，平板挂车、履带车，重型车辆取用0。值可采用0.81.05。一般情况下值不宜小于0.95。3、荷载试验时常用桥梁体系的主要测点的布设几种常用桥梁体系的主要测点布设如下：（1）简支梁桥：跨中挠度，支点沉降，跨中截面应变。（2）连续梁桥：跨中挠度，支点沉降，跨中和支点截面应变。（3）悬臂梁桥：悬臂端部挠度，支点沉降，支点变截面应变。（4）拱桥：跨中、处挠度，拱顶、拱脚截面应变。（5）斜拉桥：加劲梁跨中挠度，悬浮式梁端挠度及水平位移，跨中、支点截面应变，最外排斜拉索拉力，索塔下端截面应变。（6）吊桥：加劲梁中、处截面应变，吊杆、主索拉力、索塔下端截面应变。其他测点的布设可根据桥梁调查和检算工作的深度，综合考虑结构特点和桥梁日前状况等，适当加设以下测点：（1）挠度沿桥长的分布或沿控制截面桥宽方向的分布。（2）应变沿控制截面桥宽方向的分布。（3）应变沿截面高的分布。（4）组合构件的结构面上、下缘应变。（5）墩台的沉降、水平位移与转角、连拱桥多个墩台的水平位移。（6）剪切应变。（7）结构薄弱部位的应变。4、各测点变位（挠度，位移，沉降）与应变的计算根据量测数据作下列计算：总变位（或总应变）弹性变位（或弹性应变）残余变位（或残余应变）式中：加载前测值； 加载达到稳定时测值； 卸载后达到稳定时测值；5校验系数：校验系数是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标。不同结构形式的桥梁其值常不相同。值常见的范围可参考下表。桥梁校验系数常值表桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数钢筋混凝土板桥0.200.400.200.50钢筋混凝土梁桥0.400.800.500.90预应力混凝土桥0.600.900.701.00圬工拱桥0.701.000.801.10一般要求值不大于1，值越小结构的安全储备越大，值过大或者过小都应从多方面分析原因。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）进行校验系数的计算：式中：试验荷载作用下量测的弹性变位（或应变）值；试验荷载作用下的理论计算变位（或应变）值。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。横向增大系数最好采用实测值，如无实测值也可采用理论计算值。6实测值与理论值的关系曲线：列出各加载程序时主要测点实测弹性变位（或应变）与理论计算值的对照表，并绘出其关系曲线图由于理论的变位（或应变）一般系按线性关系计算，所以如测点实测弹性变位（或应变）与理论计算值成正比，其关系曲线接近于直线，说明结构处于良好的弹性工作状态。7相对残余变位（或应变）：测点在控制加载程序时的相对残余变位（或应变）值越小说明结构越接近弹性工作状态，一般要求值不大于。当值大于时，应查明原因，如确系桥梁强度不足，应在评定时酌情降低桥梁的承载能力。相对残余变位（或应变）按如下公式计算：残余变位（或残余应变）总变位（或总应变）8裂缝发展状况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叙。当裂缝发展较多时应选择结构有代表性部位描叙裂缝展开图，图上应注明各加载程序裂缝长度和宽度的发展。四、动力荷载试验1、活载冲击系数（即动力系数）活载冲击系数可根据记录的动应变或动挠度曲线进行分析整理而得，按下式计算：式中：动载作用下测点最大应变（或挠度）值；相应的静荷载作用下该测点最大应变（或挠度）值，其值可由动应变（或动挠度）曲线求得：式中与为相应的最小应变（或挠度）值。五、Midas/Civil进行桥梁静载试验的方法使用Midas/Civil进行桥梁静载试验的具体步骤如下：建立结构模型移动荷载加载等效荷载加载查看分析结果简支梁桥静载试验（一）建立结构模型例题为一32m跨的简支梁桥，截面由6片T梁组成，桥宽9m。根据结构的几何特性建立梁格模型，每片T用一纵向构件模拟，有横梁或横隔板的地方用横向构件模拟，上面加虚板单元（有刚度，无质量）。（二）移动荷载加载将移动荷载按车道荷载加载，加载两车道，得到中梁跨中最大弯矩值1805.57KN*m。下面简单介绍一下迈达斯桥梁检测功能的一个侧重点：移动荷载追踪，可以将最不利加载位置及大小转化为静力荷载形式生成mct文件，然后利用MCT命令窗口将追踪得到的静力荷载加载到结构上。以变形控制为例，查看移动荷载作用下的结构的变形，分别查看MVmax和MVmin，通常以MVmin为控制荷载，查得在MVmin下变形最的点。此时在车辆荷载下发生最大挠度的节点是9号节点，其最大值为1.12cm。此时再利用移动荷载追踪器查找该节点发生最大下挠时的车辆布置情况。操作如下：另外MIDAS/Civil提供查看多种结果形式的移动布置，您可以在结果 / 移动荷载追踪器 /中看到，比如依据梁单元内力，应力最大最小时的移动荷载的布载方式。此时图中显示的即为车辆的布载形式。此时点击图中左下角的“输出最小/最大荷载文件”，即可生成如图所示的模型与荷载MCT文件。然后将生成的以上文件导入到模型中，即可获得9号节点发生最大下挠时的等效静力荷载。工具MCT命令窗口导入，运行此时在静力荷载工况中便多出“MVmin车辆Dz9”这个工况。运行分析后，即可查看在该工况下其他单元的受力情况。（三）等效荷载加载然后调整试验车辆的加载位置，当与边梁跨中的最大弯矩等效时，确定该车辆的加载位置为试验加载位置。（下面简单介绍一下迈达斯桥梁检测功能的一个侧重点：添加平面荷载，可以实现对模型在没有梁单元、没有节点的地方施加集中荷载（线荷载、面荷载）。进行静载试验时运用“静力荷载类型定义平面荷载类型”定义一组荷载，然后通过“分配平面荷载”加载到结构上。（四）查看分析结果将试验车辆按以上位置加载，边梁跨中弯矩1682.63KN*m，视为等效。此时加载的车辆为四辆35t的车，按偏载方式加载，每车道轴重依次为7t，14t，14t，14t，14t，7t，轴间距依次为3.6m，1.4m，4m，1.4m，3.6m。连续梁桥静载试验例题为40m+40m+40m的连续刚构桥，截面是单箱单室，桥宽9.3m，墩高10m，根据结构的几何特性建立模型。将移动荷载按车道荷载加载，加载两车道，利用模型进行结构分析。得到：控制跨中最大正弯矩值5646.66KN*m；墩顶最大负弯矩值-6842.02KN*m；主跨最大剪力1405.34KN；边跨最大正弯矩值7648.96KN*m。跨中最大正弯矩时等效荷载的加载下面简单介绍一下迈达斯桥梁检测功能的一个侧重点：添加偏心梁单元荷载，可以实现对模型在没有梁单元、没有节点的地方施加集中荷载（线荷载、面荷载）。进行静载试验时运用“静力荷载类型梁单元荷载（单元）”，定义好荷载与所选单位的位置关系和大小及方向，把荷载加载到结构上。将试验车辆按以上位置加载，跨中最大正弯矩为5380.92KN*m，视为等效。此时加载的车辆为三辆40t的车，其中靠近桥中心车道布置一辆,靠近桥边缘车道布置两辆，车轮轴重依次为4t，8t，8t，8t，8t，4t，轴间距依次为3.6m，1.4m，3.5m，1.4m，3.6m。墩顶最大负弯矩时等效荷载的加载将试验车辆按以上位置加载，墩顶最大负弯矩值-6763.20KN*m，视为等效。此时加载的车辆为四辆40t的车，对称布置每车道布置两辆，每车轮轴重依次为8t，8t，4t，4t，8t，8t，轴间距依次为1.4m，3.6m，7.5m，3.6m，1.4m。主跨最大剪力时等效荷载的加载将试验车辆按以上位置加载，主跨最大剪力1352.05KN，视为等效。此时加载的车辆为四辆40t的车，对称布置每车道布置两辆，每车轮轴重依次为4t，8t，8t，8t，8t，4t,轴间距依次为3.6m，1.4m，5m，1.4m，3.6m。边跨最大正弯矩时等效荷载的加载将试验车辆按以上位置加载，边跨最大正弯矩值7315.08KN*m，视为等效。此时加载的车辆为三辆40t的车，其中靠近桥中心车道布置一辆,靠近桥边缘车道布置两辆，车轮轴重依次为4t，8t，8t，8t，8t，4t，轴间距依次为3.6m，1.4m，3.5m，1.4m，3.6m。六、Midas/Civil进行桥梁动载试验的方法使用Midas/Civil进行桥梁动载试验的具体步骤如下：建立结构模型输入质量数据输入特征值分析数据进行特征值分析分析特征值分析结果输入时程分析数据进行时程分析查看时程分析简支梁桥动载试验例题：简支梁，跨度，箱梁截面如图所示，主梁材料为C50混凝土，动载测试车重为200KN（汽-20），车速。（1）建立结构模型（2）输入质量数据（3）输入特征值分析数据（4）进行特征值分析（5）分析特征值分析结果根据特征值分析结果，模态9的自振周期为0.0065秒，可以近似地将分析时间步长设为振型周期的1/10，所以分析时间步长0.00065秒。（6）输入时程分析数据定义时程荷载工况定义时程分析函数由于车辆荷载作用在节点时是个瞬间作用后随即消失的一种冲击荷载，所以在这里将其近似地模拟为最大值为1的三角形荷载。定义节点动力荷载（7）进行时程分析（8）查看时程分析连续梁桥动载试验例题为30+50+30三跨混凝土悬臂梁桥，桥宽10m，其中中跨为挂孔结构，挂孔梁为普通钢筋混凝土梁，梁长16m。墩为钢筋