桥梁静载试验.ppt

桥梁静载试验 第一讲结构试验设计及试验荷载 结构试验的一般程序结构试验包括 结构试验设计 结构试验准备 结构试验实施和结构试验分析等主要环节 它们之间的关系如图所示 1 试验设计阶段 1 研究试验目的 了解试验任务 搜集有关资料 确定试验方法等 2 确定试验的性质和规模 3 确定试验参数 决定试件的外形及尺寸 4 进行试件的设计与制作 5 确定加载方法和设计支承系统 6 选定量测项目及量测方法 7 根据具体情况写出试验大纲 2 试验准备阶段 1 试件的制作 2 试件的尺寸与质量检查 3 试件的安装与就位 4 安装加载设备 5 设备仪表的率定 6 做辅助试验 常和正式试验穿插进行 7 仪表的安装 连线调试 8 记录表格的设计准备 9 通过计算结构内力进行判断和控制加载 加载应力估计 3 试验实施阶段这是整个试验过程的中心环节 应按照规定的加载顺序和量测顺序进行 1 确定基本加载方案 如 破坏与否 试验周期的长短 2 荷载图式的选择 如 集中荷载还是均布荷载 3 加载顺序的确定 如 直接加载还是分级加载 按几个循环进行 4 观测注意点和测点布置 4 结构试验分析阶段 1 数据整理阶段 整理原始测试资料 进行数据分析 2 数据处理总和试验结论 对试验现象和规律做出解释 试验结果和理论值比较 分析产生差异的原因 并做出结论 写出试验总结报告 提出新问题和进一步研究计划 结构试验荷载 一 静力荷载 静荷载 1 静荷载加载顺序 预加载阶段标准荷载阶段破坏荷载阶段 2 预加载的目的 使结构进入正常的工作状态 使结构变形与荷载关系稳定 检验全部试验装置的可靠性 检查全部观测仪表的工作是否正常 起到演习的作用 可实际检查试验人员的现场工作情况 二 动力荷载 动荷载 动荷载作用则是指使结构或构件产生不可忽略的加速度反应的作用 对结构施加动荷载 主要是用于研究结构动力性能的试验 如 结构的疲劳试验 采用匀速脉动荷载 一般应使试件在试验时不产生共振 远离共振区 加载顺序根据实际情况而定 三 结构试验对测点布置的要求 满足条件的前提下 宜少不宜多 测点位置要具有代表性 以便于分析和计算 为保证量测数据的可靠性 应该布置一定数量校核性测点 测点的布置应有利于试验时操作和测读 安全和方便 安装在结构上的附着式仪表在达到正常使用荷载的1 2 1 5倍时应该拆除 以免结构突然破坏 而使仪表受损 四 荷载图式等效加载图式应满足以下条件 1 等效荷载产生的控制截面的主要内力应与计算内力相等 2 等效荷载产生的主要内力图形与计算内力图形相似 3 对等效荷载引起的变形差别应予以修正 4 控制截面上的内力等效时次要截面上的内力应与设计值接近 除了控制截面的某个效应与理论计算荷载相同外 该截面的其他效应和非控制截面的效应 则可能有差别 所以必须全面验算因荷载图式改变对试验结构构件的各种影响 必须特别注意结构构件是否因最大内力区域的某些变化而影响承载性能 尤其对不等强的结构 一定要细加分析和验算 采取有效的等效荷载形式 比如说 增加集中荷载个数 减小或消除影响 等效荷载图 第二讲结构试验的加载技术目前采用的加载方法和加载设备种类很多 有重物加载 气压加载 机械加载 液压加载 电液伺服加载系统等 在选择加载方法与加载设备时应满足以下条件 即结构试验对加载方法与加载设备的要求 选用的试验荷载的图式必须是等效荷载图式 荷载传力方式和作用点明确 产生的荷载数值准确稳定 静荷载不随加载时间 外界环境和结构物变形而变化 保证荷载量的相对误差不超过 5 静载试验便于分级加载和卸载 能控制加 卸载速度 荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求 加载设备不参与结构工作 不影响结构的自由变形 不影响结构受力 加载装置本身要安全可靠 不仅要满足强度要求 还需要严格控制其变形值 一 重物荷载的加载设备重物荷载加载就是利用物体的本身重量加于结构上作为荷载 试验室内常用铁块 砼块 砖 水 砂石甚至废构件等 重物可直接加于试验结构或构件上 也可以通过杠杆间接加在构件上 重物加载的优缺点 1 优点 设备简单 取材方便 荷载数值稳定 加载形式灵活 不因试验过程中结构的变形或徐变而减小 适用于长期均布荷载和静载试验 采用杠杆间接重力加载 对持久荷载试验及进行刚度和裂缝的研究尤为合适 因为荷载是否恒定 对裂缝的开展与闭合有直接影响 2 缺点 产生的荷载值小 操作笨重 占用面积大 用堆载法时 一旦结构物达到极限后 因荷载不随结构变形而自行卸载 容易发生安全事故 重物直接加载 杠杆加载 二 气压加载气压加载就是利用气体压力对结构物施加荷载 多用于模型试验 空压机充气加载 正压加载 利用空气压缩机对气包 囊 充气给试件加以均布荷载 压力可达180kn m2 真空泵抽真空加载 负压加载 用真空泵抽出试件与台座围成的封闭空间的空气 形成大气压力差 对试件加以均布荷载 最大压力可达80 100kn m2 气压加载的优点 加 卸载方便 荷载稳定 安全构件破坏时能自动卸载构件外表面便于观察与安装仪表 缺点 是内表面无法直接观察 三 机械机具加载 索引起重机械 绞车 卷扬机 倒链葫芦 主要用于远距离或高耸结构施加荷载 顶推机械 螺旋千斤顶 弹簧等 适用于施加长期试验荷载 产生的荷载相对比较稳定 四 液压加载液压加载是目前结构试验中应用比较普遍和理想的一种加载方法 其优点是利用油压使液压器 千斤顶 产生较大的荷载 试验操作方便 安全 特别是对于大型结构构件试验 当要求荷载点数较多 吨位较大时更为合适 尤其是电液伺服加载系统得到广泛应用后 为工程结构动力试验模拟地震荷载等不同特性的动力荷载创造了有利条件 液压加载器 液压加载系统 结构试验机 电液伺服加载系统 地震模拟震动台 五 电液伺服加载系统电液伺服加载系统大多采用闭环控制 主要组成是电液伺服液压加载器 控制系统和液压源等三大部分组成 它可将荷载 应变 位移等物理量直接作为控制参数 实行自动控制 液压加载系统的优缺点 优点 加卸载方便 产生的荷载值大 设备体积小 使用方便 便于往复循环加载 如试件变形极大或破坏时 会自动卸载 采用脉动油泵还可以做动载试验 缺点 对集中荷载较适用 当结构变形较大时 很难维持试验要求的荷载值 电液伺服加载系统 机械力加载法 电磁加载法 人激振加载法 人身体有规律的运动 在共振情况下可产生较大的激振力 环境随机激振法又称为脉动法由于地面的脉动 对地上的建筑物产生脉动 再对建筑物的自振及模态进行分析 荷载支承机构 荷载反力架 支座 试验台座 1 板式试验台座 槽式试验台座 地脚螺丝式试验台座 地锚式 槽锚式试验台座2 箱式试验台座 槽式试验台座 第三讲桥梁静载试验 1 桥梁荷载试验的目的 1 检验桥梁设计与施工的质量 说明工程的可靠度 2 判断桥梁结构的实际承载力 为改建或者扩建桥梁工程提供数据和资料 从而有效地利用旧桥 3 验证桥梁结构设计理论和设计方法 积累科学技术资料 充实与发展桥梁计算理论和施工技术 4 为处理工程事故而进行试验鉴定 得到必要的技术数据 2 试验结构的考察 1 搜集与试验对象有关的技术文件和资料 2 试验对象的考察荷载试验的准备工作 1 试验孔 或墩 的选择2 搭设观测脚手架及设置测点附属设施3 静载试验加载位置的放样和卸载位置的安排4 试验人员组织与分工5 其他准备工作 3 试验方案与实施 1 试验荷载工况的确定为了满足鉴定桥梁承载力的要求 荷载工况选择应反映桥梁设计的最不利受力状态 简单结构可选1 2个工况 复杂结构可适当多选 加载项目安排应抓住重点 不宜过多 1 简支梁桥跨中最大正弯矩 支点最大剪力 桥墩最大竖向反力 2 连续梁桥主跨跨中最大正弯矩 主跨支点负弯矩 支点最大剪力 主跨桥墩最大竖向反力 边跨最大正弯矩 3 悬臂梁桥 t型刚构桥 支点最大负弯矩 锚固孔跨中最大正弯矩 支点最大剪力 挂梁跨中最大正弯矩 4 无铰拱桥跨中最大正弯矩工况 拱脚最大负弯矩工况 拱脚最大推力工况 l 4截面最大正弯矩和最大负弯矩 5 斜拉桥主梁跨中最大正弯矩 主梁最大负弯矩 主塔塔顶顺桥向最大水平位移 斜拉索最大索力 主梁最大挠度 塔柱最大弯矩 6 悬索桥主梁控制截面最大弯矩 主梁扭转变形 主梁控制截面位移或挠度 塔顶最大水平变位 塔柱底截面最大应力 主缆和吊索最大拉力 2 试验荷载的确定 1 控制荷载的确定为了保证荷载试验的效果 必须先确定试验的控制荷载 控制桥梁设计的荷载有 汽车和人群 标准设计荷载 挂车和履带车 标准设计荷载 以及需通行的特殊重型车辆 分别计算以上几种荷载对结构控制截面产生的内力 或变形 的最不利值 进行比较 取其中最不利者对应的荷载作为控制荷载 动载试验以汽车荷载为控制荷载 挂车和履带车不计冲击力 q值可采用0 8 1 05 当桥梁的调查 检算工作比较完善而又受加载设备能力所限 q值可采用低限 当桥梁的调查 检算工作不充分 尤其是缺乏桥梁计算资料时 q值应采用高限 总之应根据前期工作的具体情况来确定 一般情况下 q值不宜小于0 95 2 静载试验效率式中ss 静载试验荷载作用下控制截面内力计算值 s 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 平板车 履带车 重型车辆 取 0 3 静载加载分级与控制 静荷载加载顺序 预加载阶段标准荷载阶段破坏荷载阶段 1 预加载的目的a 使结构进入正常的工作状态 特别是新结构 如钢筋混凝土桥要进行若干次加载循环后 使结构变形与荷载关系稳定 b 检验全部试验装置的可靠性 c 检查全部观测仪表的工作是否正常 d 起到演习的作用 可实际检查试验人员的现场工作情况 通过预载所发现的问题 可以在正式加载试验前得到解决 3 静载加载分级与控制 2 分级控制加载的原则a 当加载分级较为方便时 可按最大控制截面内力均分为4 5级 b 当使用载重车加载 车辆称重有困难时也可以分成3级加载 c 当桥梁的调查和验算工作不充分 或者桥梁状况比较差 应尽量增多加载分级 如限于条件加载分级较少时 应注意每级加载时 车辆荷载逐辆缓慢驶入预定加载位置 必要时可在加载车辆未到预定加载位置前分次对控制测点进行读数以确保试验安全 d 在安排加载分级时 应注意加载过程中其他截面内力亦应逐渐增加 且最大内力不应超过控制荷载作用下的最不利内力 3 静载加载分级与控制 3 加卸载的时间选择与控制为了减少温度变化对试验造成的影响 加载试验时间以晚上10时至凌晨6时为宜 尤其是采用重物直接加载 加卸载周期比较长的情况下只能在夜间进行试验 对于采用车辆等加卸载迅速的试验方式 如夜间试验照明等有困难时亦可安排在白天进行试验 但在晴天或多云的天气下进行加载试验时每一加卸载周期所花费的时间不宜超过20分钟 4 测点设置与观测 1 测点布置1 主要测点的布设测点布设的原则有 a 满足条件的前提下 各试验项目的测点数量和布置必须是充分和足够的 同时测点宜少不宜多 不要盲目设置测点 这样可以不浪费人力和仪器设备 还会使试验目的突出 b 测点位置要具有代表性 以便于分析和计算 c 为保证量测数据的可靠性 应该布置一定数量的校核性测点 d 测点的布置应有利于试验时操作和测读 安全和方便 安装在结构上的附着式仪表在荷载达到正常使用荷载的1 2 1 5倍时应该拆除 以免结构突然破坏 而使仪表受损 4 测点设置与观测 1 测点布置2 其他测点的布设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目前状况等可适当加设以下测点 a 挠度沿桥长或沿控制截面桥宽方向分布 b 应变沿控制截面桥宽方向分布 c 应变沿截面高分布 d 组合构件的结合面上 下缘应变 e 墩台的沉降 水平位移与转角 连拱桥多个墩台的水平位移 f 剪切应变 g 其他结构薄弱部位的应变 h 裂缝的监测测点 4 测点设置与观测 2 仪表的检查与安装试验需用到的所有仪表均应在测试前进行检查 并按仪表本身的要求进行标定和必要的误差修正 采用电阻应变仪进行应变测试时 粘贴电阻片的人员应具有一定的经验 要根据现场的温度 湿度等条件选择贴片及防潮工艺 尽量选用与观测应变部位相同的材料制作温度补偿片 补偿片应尽量靠近应变片的设置 采用千分表观测结构表面应变时 在不影响观测的前提下 应尽量使千分表轴线靠近结构表面 以减小测试误差 仪表 设备容易受到碰撞 扰动的部位应加保护设备 系保险绳或设置醒目的标志 以保证仪表正常工作 5 加载试验的控制与安全措施 1 加载过程的观察加载试验过程应对结构控制点位移 结构整体行为和薄弱环节部位破损实行监控 并将结果随时汇报给指挥人员作为控制加载的依据 加载过程中应指定人员随时观察结构各部位可能产生的新裂缝 注意观察构件薄弱部位是否有开裂 破损 组合构件的结合面是否有开裂错位 支座附近混凝土是否开裂 横隔板的接头是否拉裂 结构是否产生不正常的响声 加载时墩台是否发生摇晃现象等 如发生这些情况 应报告试验指挥人员 以便采取相应的措施 5 加载试验的控制与安全措施 2 终止加载控制条件发生下列情况应中途终止加载 1 控制测点应力值已达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时 2 控制测点变位 或挠度 超过规范允许值时 3 由于加载使结构裂缝的长度 缝宽急剧增加 新裂缝大量出现 缝宽超过允许值的裂缝大量增多 对结构使用寿命造成较大的影响时 4 拱桥加载时沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测挠度超过计算值过多时 5 发生其他损坏 影响桥梁承载能力或正常使用时 6 静载试验数据整理 1 试验资料的修正1 测值修正根据各类仪表的标定结果进行测试数据的修正 如机械仪表的校正系数 电测仪表的率定系数 灵敏系数 电阻应变观测的导线电阻影响等等 当这类因素对观测的影响小于1 时可不予修正 2 温度影响修正温度对测试的影响比较复杂 结构构件的各部位不同的温度变化 结构的受力特性 测试仪表或元件的温度变化 电测元件的温度敏感性 自补性等等均对测试精度造成一定的影响 逐项分析这些影响是困难的 一般可采用综合分析的方法来进行温度影响修正 即利用加载试验前的温度稳定观测数据 建立温度变化 测点处构件表面温度或空气温度 和测点测值 应变和挠度 变化的线性关系 然后按下式进行温度修正计算 3 支点沉降影响的修正当支点沉降量较大时 应修正其对挠度的影响 修正量c可按下式计算 2 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 st sl si弹性变位 或弹性应变 se sl su残余变位 或残余应变 sp st se su si式中si 加载前测值 sl 加载达到稳定时测值 su 卸载后达到稳定时测值 3 主要测点的校验系数及相对残余变形的计算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 进行如下计算 1 校验系数式中se 试验荷载作用下量测的弹性变位 或应变 值 ss 试验荷载作用下的理论计算变位 或应变 值 2 相对残余变位 或应变 相对残余变位 或应变 按下式计算 式中sp 相对残余变位 或应变 sp st意义同前 4 主要测点弹性变位 或应变 与相应的理论计算值的关系列出各加载程序时主要测点实测弹性变位 或应变 与相应的理论计算值的对照表 并绘出其关系曲线图 5 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述 当裂缝发展较多时应选择结构有代表性部位描绘裂缝展开图 图上应注明各加载程序裂缝长度和宽度的发展 除以上资料的整理外还可根据需要整理各加载程序控制截面应变 或应变 分布图 沿桥纵向挠度分布图等等 7 加载试验成果分析与评定 1 结构工作状况1 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 不同结构型式的桥梁其 值常不相同 值常见的范围见下表 桥梁校验系数常值表 7 加载试验成果分析与评定 1 结构工作状况2 实测值与理论值的关系曲线由于理论的变位 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况 3 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 sp st越小说明结构越接近弹性工作状况 一般要求sp st值不大于20 当sp st大于20 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 7 加载试验成果分析与评定 2 结构的强度及稳定性当荷载试验项目比较全面时 可采用荷载试验主要挠度测点的校验系数 来评定结构的强度和稳定性 检算时用荷载试验后的旧桥检算系数z2对桥梁结构抗力效应予以提高或折减 值应取控制截面内力最不利程序时最大挠度测点进行计算 经过荷载试验的旧桥检算系数z2值表 7 加载试验成果分析与评定 2 结构的强度及稳定性 砖石和混凝土桥 钢筋混凝土及预应力混凝土桥 符合下列条件时 z2值可取高限 否则应酌减 直至取低限 1 加载内力与总内力 加载内力 恒载内力 的比值较大 荷载试验效果较好 2 实测值与理论值线性关系较好 相对残余变位 或应变 较小 3 桥梁结构各部分无损伤 风化 锈蚀 裂缝等较轻微 7 加载试验成果分析与评定 3 裂缝 注 表中所列除特指外适用于一般条件 对于潮湿和空气中含有较多腐蚀性气体等条件下的缝宽限制应要求严格一些 裂缝宽度限值表 第四讲预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准 tb t2092 2003 1 范围2 试验条件及仪器设备3 试验梁安装及试验前准备4 加载方法5 评定标准6 静载试验记录和试验报告7 安全及防护措施 1 范围适用于按标准轨距设计 厂 场 制后张 先张法t形和箱形简支梁 其他简支梁可参照执行 2 试验条件及仪器 设备2 1简支梁在下列情况下 应进行静载弯曲试验 1 采用新结构 新材料 新工艺进行生产时 2 生产条件有较大变动时 3 出现影响结构承载能力的缺陷时 4 交库技术资料不全 或对资料发生怀疑时 5 正常生产条件下 同类别 同跨度t 箱 形梁60件或连续三个月产量计一批 每批抽检1件 产品标准有明确规定的 抽样批量按产品标准执行 2 试验条件及仪器 设备2 1简支梁在下列情况下 应进行静载弯曲试验 6 产品质量认证时 应对不同类别的简支梁各抽取1件 抽样原则 按最不利原则一次抽取3件 1件为首次试验梁 2件为加倍试验梁 2 2简支梁静载试验在终张拉或放张30d后进行 不足30d时应由设计方检算确定 2 3试验时需具有试验台座 加力架 千斤顶 油泵 标准油压表或压力传感器等加力设备和计量仪器 其工作能力控制在1 5 2 5倍最大试验荷载之间 1 试验台座应能保证试验梁跨度 支承方式 加载状态符合试验加载计算图式要求 且有足够的刚度和稳定性 加载点间距4m 8m梁为2m 且对称布置 2 试验条件及仪器 设备 2 加载用千斤顶校验系数应不大于1 05 3 压力表应采用防振型 其精度等级不低于0 4级 最小刻度应不大于0 2mp 表盘量程应在工作最大油压的1 25 2 0倍之间 4 压力传感器的精度应不低于c级 显示仪表的最小分度值不大于加载最大量值的1 示值误差为 1 f s 5 挠度测量采用位移计或大量程百分表 位移计精度应不低于1 0级 其显示仪表最小分度值不宜大于所测总挠度的1 0 百度表的最小分度值不大于0 05mm 6 用于观察裂缝的普通放大镜放大倍数不低于10倍 直径不小于50mm 量测裂缝宽度应使用刻度放大镜 其放大倍数应不低于10倍 最小分度值不大于0 02mm 7 测量跨度用钢卷尺 其最小分度值应不大于1mm 8 弹簧式拉力测力计的最小分度值不大于2 f s 示值误差应为 1 f s 2 试验条件及仪器 设备2 4当采用压力表控制试验荷载时 试验前应将千斤顶与压力表配套后在精度不低于三级的试验机上进行标定 当采用压力传感器控制试验荷载时 试验前应将压力传感器与读数仪配套后在精度不低于三级的试验机上进行标定 1 压力表应分级标定 级差应不大于加载最大值的10 加载速度应不大于3kn s 标定的最大荷载宜不小于加载最大值的1 1倍 且持荷10min 2 千斤顶与压力表配套标定时 应采用千斤顶顶压试验机或压力传感器的标定方式 其活塞的外露量应约等于试验最大荷载时的外露量 各级荷载下应力以压力表的表盘整读数对应压力机的表盘读数 3 配套标定数据应进行线性回归 线性回归相关系数应不小于0 999 并根据加载等级计算各级荷载下的表示值 2 试验条件及仪器 设备 4 试验所用计量设备 仪器 仪表 钢卷尺等均需经法定计量检定部门检定合格 且在有效期内使用 测量跨度用钢卷尺应经悬空检定 3 试验梁安装及试验前准备3 1梁两端支座的相对高差应不大于10mm 同一支座两侧或同一端两支座高差不大于2mm 箱梁四支点不平整度不大于2mm 支座安装后的实测梁跨度应符合标准要求 3 2试验梁移入台座对中后 在梁顶标出腹板中心线作为梁体的加载中心线 并在每一加载点铺设垫层及钢座板 钢座板用水平尺找平后 移入千斤顶 3 3各千斤顶中心与梁顶加载中心线纵 横向位置偏差均应不大于10mm 3 4各千斤顶中心与加力架横梁中心纵 横向偏差均应不大于10mm 且应垫实两者之间的空隙 3 试验梁安装及试验前准备3 5加载前用10倍放大镜在梁体跨中两侧1 2跨度范围内的下缘和梁底面进行外观检查 对初始裂缝 表面收缩裂缝和表面损伤裂缝 及局部缺陷用蓝色铅笔详细描出 3 6试验梁静载试验前应仔细核查原始资料 加载计算单按附录a要求详细列出 3 7梁体挠度测量部位应在跨中及支座中心两侧 测量挠度的支架应牢固 稳定 且不应受加载时试验台座变形的影响 4 加载方法4 1试验梁的加载分两个循环进行 以加载系数k表示加载等级 加载系数k是加载试验中梁体跨中承受的弯矩与设计弯矩之比 试验准备工作结束后梁体承受的荷载状态为初始状态 基数级下梁体跨中承受的弯矩指梁体质量与二期恒载质量对跨中弯矩之和 4 加载方法 1 全预应力梁各循环的加载等级 4 加载方法 2 允许出现有限拉应力和允许出现裂缝但裂缝宽度受到限制的预应力梁各循环的加载等级 4 加载方法4 2各千斤顶宜同速 同步达到同一荷载值 加载速度不宜超过3kn s 4 3每级加载后均应仔细检查梁体下缘和梁底有无裂缝出现 如出现裂缝或初始裂缝的延伸 应用红铅笔标注 并注明荷载等级 量测裂缝宽度 4 4对于允许出现裂缝但裂缝宽度受到限制的预应力梁 如第一或第二加载循环时梁体出现受力裂缝 应在后一加载循环时采用千分表或振弦式应变仪测试 并记录各级加载等级下的裂缝宽度或裂缝处的变形 第三加载循环的加载方法与第二循环相同 4 5每级加载后均应测量梁体跨中和各支座中心截面两侧竖向位移变化 以同一截面的两侧平均值分别作为相应截面的竖向位移量或支点沉降量 跨中截面的竖向位移量减去支座沉降影响量即为该级荷载下的实测挠度值 4 6对每级加载下的实测挠度值 应仔细复核 发现异常应立即查明原因 5 评定标准5 1梁体刚度合格的评定实测静活载挠度值 f实测 为静活载级下实测挠度减去基数级下实测挠度值 实测静活载挠度值合格评定标准 f实测 1 05f设计 5 2全预应力梁抗裂合格和允许出现有限拉应力的预应力梁预应力度合格的评定 1 在k 1 20加载等级下持荷20min 梁体下缘底面未发现受力裂缝或下缘侧面 包括倒角 圆弧过渡段 的受力裂缝未延伸至梁底边 评定全预应力梁抗裂合格 2 在k 1 00加载等级下持荷20min 梁体下缘底面未发现受力裂缝或下缘侧面 包括倒角 圆弧过渡段 的受力裂缝未延伸至梁底边 评定允许出现有限拉应力的预应力梁预应力度合格 5 评定标准5 3允许出现裂缝但限制裂缝宽度的预应力梁预应力度和裂缝宽度合格的评定 1 在k 1 00加载等级下持荷20min 梁体下缘底面未发现受力裂缝或下缘侧面 包括倒角 圆弧过渡段 的受力裂缝未延伸至梁底边 评定预应力度和裂缝宽度合格 2 在k 1 00加载等级下持荷20min 裂缝宽度 f 0 07mm 对采用钢丝 钢绞线的梁 或 f 0 13mm 对采用 级精轧螺旋钢筋的梁 裂缝重新张开时加载荷载等级大于等于0 90倍的设计消压荷载等级 且裂缝重新张开时加载荷载等级大于0 70级 评定预应力度和裂缝宽度合格 5 评定标准5 4梁体刚度不合格的评定当最后一轮加载循环时的实测静活载挠度值不满足 f实测 1 05f设计的规定 则梁体刚度不合格 5 5全预应力梁抗裂和允许出现有限拉应力的预应力梁的预应力度不合格的评定 1 当在某加载等级下 最大加载等级除外 的持荷时间内 梁体下缘底面发现受力裂缝或下缘侧面受力裂缝延伸至梁底边 按加载程序规定加至后一级荷载后 受力裂缝延长或在上述部位又出现新的受力裂缝 即评定在该加载等级与前一加载等级的平均加载等级为抗裂等级 全预应力梁抗裂不合格或允许出现有限拉应力的预应力梁预应力度不合格 5 评定标准5 5全预应力梁抗裂和允许出现有限拉应力的预应力梁的预应力度不合格的评定 2 当在某加载等级加载至后一加载等级的过程中 梁体下缘底面发现受力裂缝或下缘侧面受力裂缝延伸至梁底边 按加载程序规定加至后一级荷载后 受力裂缝延长或在上述部位又出现新的受力裂缝 即评定该加载等级为抗裂等级 全预应力梁抗裂不合格或允许出现有限拉应力的预应力梁预应力度不合格 3 当在最大加载等级的持荷时间内 梁体下缘底面发现受力裂缝或下缘侧面受力裂缝延伸至梁底边 应在持荷20min后 对全预应力梁分级卸载至静活载级 对允许出现有限拉应力的预应力梁分级卸载至k 0 6级 按加载程序规 5 评定标准5 5全预应力梁抗裂和允许出现有限拉应力的预应力梁的预应力度不合格的评定定重新加载至最大加载等级 重新加载至最大加载等级过程中裂缝张开 即评定该加载等级为抗裂等级 全预应力梁抗裂不合格或允许出现有限拉应力的预应力梁预应力度不合格 5 6允许出现裂缝但限制裂缝宽度的预应力梁预应力度和裂缝宽度不合格的评定 1 根据各级加载等级下的裂缝宽度或裂缝处的变形关系图 确定裂缝张开时的加载等级 当在最后一次加载循环最大加载等级下持荷20min 裂缝宽度或裂缝张开时的加载等级不满足5 3 2 的要求 即评定梁体裂缝宽度或预应力度不合格 5 评定标准5 6允许出现裂缝但限制裂缝宽度的预应力梁预应力度和裂缝宽度不合格的评定 2 裂缝宽度的测试位置在梁体侧面最下排普通钢筋中心线水平处 5 7对全预应力混凝土梁 梁体竖向刚度和抗裂合格 评定该梁静载弯曲试验合格 否则为不合格 5 8对允许出现有限拉应力的预应力混凝土梁 梁体竖向刚度和预应力度均合格 评定该梁静载弯曲试验合格 否则为不合格 5 9对允许出现裂缝但限制裂缝宽度的预应力混凝土梁 梁体竖向刚度 预应力度和裂缝宽度均合格 评定该梁静载弯曲试验合格 否则为不合格 5 评定标准5 10若该梁静载弯曲试验评定为不合格 应对备用梁进行静载弯曲试验 2件备用梁静载弯曲试验均合格 仍可评定为该批梁静载试验合格 该静载弯曲试验不合格梁除外 若加倍抽样静载弯曲试验仍有不合格 则应对本批梁逐片进行静载弯曲试验 6 静载试验记录与试验报告6 1试验记录的主要项目包括 1 试验梁 支座 试验装备 设备 仪器安装记录 2 千斤顶与油压表配套标定记录 3 各级加载数值及加载时间记录 4 支座沉降和跨中竖向位移测量及挠度记录 5 裂缝部位 裂缝宽度与荷载等级关系的记录 6 静载试验记录与试验报告6 2静载弯曲试验报告见附录d 6 3静载弯曲试验报告主要内容包括 1 检验单位和受检企业的名称 2 受检产品型号和规格 3 检验类别 4 检验日期 5 检验项目和检验依据 6 抽检办法和抽检数量 7 试验设备和器具 仪表 8 加载图式和加载程序 9 检验结果 评定标准和检验结论 10 检验报告审批签章 7 安全及防护措施 吊梁应有专人指挥 按规程操作 注意安全 吊装千斤顶时梁下严禁站人 高压油路和电路应符合有关要求 验梁在必要时应设防风 防倾支护 仪器 仪表和电器应有防雨 防晒条件 第五讲铁路桥梁静载试验 桥梁静载试验是制定其结构性能的重要手段 也是检验梁体抗裂性及刚度的常用办法 其试验方法的科学性 操作的准确性 判定的合理性 都直接关系到产品质量是否合格及铁路运营安全 1 静载试验分类及试验依据1 1静载试验分类静载试验分为静载弯曲抗裂试验 适用于先张法和后张法全预应力混凝土梁 和静载弯曲试验 适用于允许出现有限拉应力的预应力混凝土梁和允许出现裂缝但限制裂缝宽度的预应力混凝土梁 两大类 1 静载试验分类及试验依据1 2静载试验依据按 预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准 tb t2092 2003 执行 2 试验梁抽样办法对于下列六种不同的产品质量检验类别 有着截然不同的试验梁抽样方法 2 1投产前鉴定检验由有关部门 企业上级或检验机构 主持 对新建梁厂 场 首先试生产梁进行静载试验 2 试验梁抽样办法2 2新产品鉴定检验对采用新结构 新材料 新工艺生产的首批产品 抽取一片具有代表性的梁 由设计 科研 质检部及业务主管部门主持进行静载试验 2 3生产单位出厂检验 1 现场制梁 每批 60片 随机抽一片 或抽有缺陷者或较差者 进行静载试验 2 工厂制梁 每批或每季随机抽一片进行静载试验 2 试验梁抽样办法2 4发证检验在生产单位 桥梁厂或制梁场 自检合格并且具备一定抽检基数 一般为30片 的梁片中 抽取一片具有代表性的梁 张拉或放张龄期较短 梁体混凝土强度及弹模较低者 进行静载试验 并且在同类产品中 以曲代直 以大代小 以难代易 以低代高 2 5抽查检验 包括生产许可证期中复查 对抽样基数一般不作硬性规定 可在梁厂 场 库存梁中随机抽取一片进行静载试验 2 试验梁抽样办法2 6委托鉴定检验 包括仲裁检验 对一片或一批梁能否使用 由委托方指定或双方商定样品 进行静载试验 2 7抽样梁的代表性桥梁是国家实施生产许可证制度的七个重要铁路工业产品之一 其寿命据有关资料介绍约百年 由于它具有不易更换的特殊性 势必要求结构性能100 合格 因为混凝土材料的非匀质性和以试件强度代表梁体强度的模拟性 导致抽样试验的判定也将具有漏判或错判 使生产方或使用方均具有一定风险 为此桥梁发证检验抽样办法 2 试验梁抽样办法2 7抽样梁的代表性应采用抽高难品种中较劣质者进行静载试验 使生产方与使用方风险共担 还应当注意 抽样后应全面观测样品梁 剔除跨中附近有明显局部外观缺陷或外形尺寸严重超差的样品 使样品具有更大的代表性 3 试验设备3 1试验台座 1 试验台座形式 传统式 钢质刚性门架 基础混凝土配重 钢绞线束与钢横梁门架 基础混凝土配重 配重式 华蓝垂吊式 顶部压重式 桩反力式 打入管桩抵抗加载反力 配钢门架 桁架式 万能杆件自平衡式 军用梁与钢绞线配合式 3 试验设备3 1试验台座 2 加载点数量及间距 当试验荷载的布置不能完全与设计规定相符时 应按荷载效应等效的原则换算 即使构件试验的内力图形与设计的内力图形相似 并使控制截面上的内力值相等 tb t2092 2003规定 加力架的加载间距 必须保证在试验时 能使梁体首先达到完全抗裂极限 静载试验首要目的是为了检验梁体正截面承受弯曲抗裂的能力 按tb t2092 2003附录a规定 加载点数量应为奇数 即在跨中应有一加载点 其余加载点于其两侧对称布置 其目的在于使跨中产生最大弯矩 首先在跨中截面产生弯曲正应力 使弯矩包络图相似 最大弯矩等值 3 试验设备 目前一些梁厂 场 采用偶数加载点 则跨中有一等弯矩段 与设计内力图差别较大 不利于正确评价试验梁抗裂性 3 试验设备3 2加载千斤顶及其校正计算 1 加载千斤顶 宜采用精密压力千斤顶 成都 上海产 其精度高 活塞面积大 可配合使用0 25mpa 0 4级精密压力表 其最小刻度为0 2mpa 如使用其它千斤顶或起重用顶镐 所配油表为0 60mpa 则其最小刻度为0 5mpa 视读精度不能满足计算要求 另外 加荷动力源 油泵 应能使油表压力值保持稳定 2 千斤顶校正 tb2092 2003规定 千斤顶校正系数不得大于1 05 并且需要将顶 表 泵配套标定 配套标定有三种方法 压力机法 压力环法 传感器法 配套标定时应注意以下两点 a 千斤顶与工作状态应保持同方向运行 因正 反向摩阻不同 b 先读油压表示值 mpa 再读压力机 或压力环 传感器 力值 n 因为标定器 压力机 n 3 试验设备3 2加载千斤顶及其校正计算压力环 mm 传感器 微应变 的精度较油压表高得多 这样可以更好地减小视读误差 现在有些梁场常发生读反的情况 摩阻系数计算 如校正系数计算结果小于1 00 则可能是将千斤顶活塞面积用错了 或是计算公式用错 正确的计算公式为 3 各级加载油压表理论读值计算 采用首先根据标定数据计算出各顶的线性回归方程式y kx b及相关系数r 以观察该顶的线性优劣 r 0 999 然后 再将各级荷载代人回归方程 求出各级荷载所对应的油压表读值 4 试验梁龄期4 1一般要求一般情况下 静载试验应在全部施加预应力后不少于30d进行 静载试验的计算龄期应从梁体全部施加预应力时算起 无论是收缩 徐变还是松弛应力损失完成率 均由此日算起 但先张梁与后张粱的计算还有所区别 混凝土收缩 徐变计算龄期 先张梁从放张之日算起至试验日期 后张梁从终张拉之日算起至试验日期 钢筋松弛计算龄期 先张梁从张拉之日算起至试验日期 后张梁从终张拉之日算起至试验日期 4 试验梁龄期4 2特殊情况若条件所限 只能选用龄期少于30d的梁时 应同时满足以下两个条件 1 梁体混凝土灌筑28d之后 因为达到设计混凝土强度等级后 才能进行结构性能试验 2 对梁体下翼缘力筋进行检算 使能满足 对钢丝 钢绞线 以防止外加荷载在跨中最下层预应力筋中所产生的最大应力超过钢筋 钢丝 的弹性极限 造成梁体结构性能永久性损伤 5 裂缝及其规律5 1裂缝分类裂缝分为初始裂缝 收缩裂缝和损伤裂缝 及受力裂缝 征兆裂缝和判定裂缝 两类 这四种性质不同的裂缝 5 2裂缝观察方法 侧观比较法 即从侧面方向观察 同时注意与邻近区域比较 这方法比正对截面方向更容易发现较细裂缝产生的阴影 当搜索到疑点后 再用放大镜仔细辨认确定 5 裂缝及其规律5 3受力裂缝出现的一般规律 1 走向 沿梁体截面方向 倾角一般小于30 2 位置 在跨中4m段范围内 一般外侧首先出现 普通高度 超高度梁都在外侧下八字棱角上首先出现 随后向上 下延长 有的延长到下底角上 甚至拐入梁底面上 3 时间 一般在压浆破裂声 也称 放鞭 一般在0 8 1 0级左右 之后 开始出现征兆裂缝 判定裂缝常出现在kf 1 20同时持荷20min之内 5 4裂缝的标记方法初始裂缝 规定用蓝色铅笔标记 在加载前仔细观察寻找 并沿着缝右侧约1mm处 顺其走向画出痕迹 并在其两端点打上横杠 封住端头 以辨别加载后是否延长 严禁用划大圈法标记初始裂缝 因圈内再出现新裂缝将无法辨认 可能造成漏判 5 裂缝及其规律5 5外侧首先出现受力裂缝的原因 1 旁弯 由于梁体截面不对称而产生的旁弯 是造成外侧先裂的主要原因 由于隔板 肋墙 挡碴墙及桥面垫层 先张梁 均未参加梁体截面计算 而实际上述部位对截面特性均有一定影响 据有关资料记载和实测 外侧底部边角处比内侧应力约大10 20 普高梁约大20 低高梁约大10 左右 2 边角处应力集中 3 振动产生的浮浆集中于下八字拐角处 因上述三种不利因素 故受力裂缝通常是在下八字拐角处首先出现 它的出现 表明此处混凝土已开始受到拉应力 它通常是梁体受力开裂的前兆 所以称其为 征兆裂缝 征兆裂缝出现得越早 判定裂缝出现的可能性就越大 6 梁体开裂的判定准确地判断梁体是否真正开裂 这是受检方和检验方都十分敏感的问题 在发证检验工作中尤为突出 6 1 判定裂缝 及其验证方法 1 判定裂缝 在某级荷载作用下 裂缝由侧面延至梁底 即裂缝抵达梁底水平面上 或在梁底部边角 梁底面上出现了裂缝 因这种裂缝决定了梁体开裂与否 因此称其为 判定裂缝 这种裂缝一旦被发现 又经验证属于真实受力裂缝后 则判定梁体开裂 静载试验不合格 在发证检验工作中 当试验样品梁不合格 则代表梁厂 场 产品质量不合格 因此 验证方法就显得特别重要 6 梁体开裂的判定6 1 判定裂缝 及其验证方法 2 判定裂缝的验证方法 梁体在某级发现判定裂缝 则再增加一级荷载 如裂缝延长或展宽或又出现新裂缝 则证实此裂缝为真实受力裂缝 梁体确实已开裂 使用20倍放大镜观察裂缝 跟踪卸载 如裂缝在卸载后完全闭合 则同样证实了裂缝的真实性 根据挠度测量数据 描绘出荷载 挠度曲线 找出曲线上转折点 取曲线第一弯转段两端点切线的交点 所对应的荷载值 即为梁体开裂荷载实测值 当不能断定是否受力裂缝 或未能及时发现而早已出现的裂缝 或难以判断正截面是否开裂 均可以采用荷载 挠度曲线法 6 梁体开裂的判定6 1 判定裂缝 及其验证方法以上三种验证方法可以同时并用 也可选用 或 两种 但不能单独使用 以防因局部缺陷裂缝 导致误判 因为这种因局部缺陷 如垫块 漏浆等 而引发的受力裂缝 不能代表梁体整个截面开裂 这种隐形缺陷裂缝 再增加一级荷载不一定延展 而卸载却完全闭合 由此看出验证是由表及里 去伪存真的重要手段 在实测中通常采用加一级延长 卸载闭合的方法 这较加一级展宽 不易定量 或再去寻找新裂缝出现来验证裂缝 更来得直接 方便 6 梁体开裂的判定6 2开裂荷载等级的确定在某级荷载作用下 指本级持荷时间内和下级加载过程中 发现裂缝 并经验证 则认为梁体在某级开裂 验证荷载 的区别如下 1 若在本级向下一级加载过程中发现裂缝 此时梁实际承受十足的本级荷载 而下一级还未加到 则应加到下一级荷载来验证裂缝 如属实 即认为梁体在本级开裂 2 若在本级持荷时间内发现裂缝 则应再增加一级荷载来验证裂缝 如属实 即认为梁体在本级开裂 在发证检验中常遇到在kf 1 20 持荷20min内发现了裂缝 但增加一级荷载应该是多少呢 经编制tb2092的专家解释 1 20级再增加一级应该加到kf 1 22级 且持荷时间仍为2 5min 6 梁体开裂的判定6 2开裂荷载等级的确定有人认为在1 20级开始加载 但还未加到1 20级的荷载值时梁底发现裂缝 则认为在1 20级出现受力裂缝 如再采取增加一级荷载即由1 20级加至1 22级 经观察发现原裂缝又有所延长 则认为梁体已在1 20级开裂 判为不合格 这是错误的 因将验证荷载误加到1 22级后 裂缝可能会有所延长 正确的方法应加到1 20级 则有可能不延长 或不出现新裂缝 故不能判为梁体开裂 这二者之差别 有可能引起质的变化 造成几百孔梁的误判 7 加倍试验 预制后张法预应力混凝土铁路桥简支t梁技术条件 tb t3043 2005 及 后张法预应力钢筋混凝土铁路简支梁现场预制施工工艺 基施 1989 90号 均规定 如被抽验的后张梁达不到要求时 应查明原因 加倍抽验 仍达不到时 需逐片试验 以上标准与文件 虽指出了加倍试验的条件 但是 加倍试验的抗裂安全系数与挠度的质量指标 尚未明确 混凝土结构工程施工质量验收规范 gb50204 2002 中规定 对于加倍抽验的指标 抗裂系数允许值 标准规定值 0 95 挠度允许值 标准值 1 10 并且规定 第二次抽取的第一个试件的全部检验结果均符合标准要求时 该批结构性能可判为合格 第二次抽取的第二个试件全部检验结果均符合第二次检验的要求时 该批构件的结构