公路桥梁承载能力试验与检测方法.doc

公路桥梁承载能力试验与检测方法摘要：本文针对我国各种桥梁的结构特点，提出桥梁结构承载力试验和检测的方法。关键词：公路桥梁承载能力检测方法abstract: this article in view of the various bridge structure characteristic in our country, proposes the bridge loading test and detection method.key words: highway bridge; the bearing ability ;detection method中图分类号：u446文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）1公路桥梁承载力试验的目的与作用 全国每年都有一大批结构新颖、雄伟壮观、形式多样的桥梁建成，无论在桥梁单跨跨度、结构复杂程度和施工技术难度方面，我国桥梁建设技术水平已进入世界先进之列。 随着科学技术的进步，桥梁结构的设计方法和设计理论都有了根本性的变化，然而影响桥梁工程质量的许多不确定因素仍然存在，对于建成后的桥梁工程质量，人们更希望了解和掌握其使用性能和效果。 对那些影响较大、结构新颖、隐蔽工程较多的桥梁进行全桥实桥荷载试验，是竣工验收时对桥梁工程内在质量进行评判时最直接和有效的方法和手段。同时亦为设计理论、施工技术总结积累经验，为桥梁建设的整体水平提高创造条件，为今后桥梁的养护管理提供科学依据。2新的公路桥梁汽车荷载标准我国颁布的行业标准公路工程技术标准(jtgb012003)，将使用近40年的原公路桥涵结构设计采用的车辆荷载标准模式及其分级作了重大调整。一是将四级标准车队荷载改为公路i级、公路级，两级汽车荷载；二是汽车荷载采用了国外普遍采用的车道荷载和车辆荷载组成的模式；另外，从形式上取消了验算荷载，将验算荷载的影响通过多种途径间接地反映到汽车荷载模式中。而公路桥涵设计通用规范(jtg d 602004)亦提出在公路桥涵设计时，车道荷载横向分布系数应按设计车道数布置车辆荷载进行计算；同时多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减；当桥梁计算跨径大于150m时，还应按规定的纵向折减系数进行折减；当为多跨连续结构时，整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。3解读新的汽车荷载标准对于新的汽车荷载标准，通用规范的条文说明是：3.1 原规范汽车荷载的计算图式是一辆加重车和具有规定间距的若干辆标准车组成的车队表示的，实践表明这种图式对人工和计算机加载计算都不很方便，且计算效应随桥梁跨径的变化是不连续的。而采用由均布荷载qk组成的图式，只要知道桥梁的影响线面积和最大竖坐标，荷载效应即可计算出来，并且这些影响线面积和竖坐标值可在桥梁设计的有关手册查得或通过较为简单的计算得到。3.2 规范所规定的车道荷载实际上是一个虚拟荷载，它的标准值qk和pk是由对汽车车队(车重和车距)的测定和效应分析得到的。3.3 在桥梁设计时，为取得主梁的最大受力，汽车荷载在桥面上需要偏心加载，其方法仍可用车辆荷载偏心加载，从而得到汽车荷载横向分布系数。为适应新的汽车荷载标准，在进行公路桥梁承载力试验和检测时，则应重点测试桥梁的内力纵向影响线和荷载横向分布系数，进而分析评定桥梁的实际承载能力。4 公路桥梁承载能力试验与检测方法4.1桥梁承载能力定量检测程序对公路桥梁实施荷载试验用于检测和评定其承载能力和实际状况，应遵循内外相统一的因果规律，通过由现象到本质、由表及里的深化认识和跟踪，从检测和现场荷载试验入手，寻求桥梁现状和承载力的定性关系，从而确定桥梁具体测试方案、测试孔跨及其测试部位，按逐级加载的多工况实施静态测试；按不同车速进行动态测试；利用应力释放原理，施测结构自重恒载应力(有条件和具有相应测试仪器可考虑做此项测试工作)及混凝土弹性模量；对结构几何尺寸作空间变形观测；对混凝土材料标号用综合法作探测试验等等。在一系列实测数据的基础上，将实测值与理论值作相似条件下的对比分析，以校验系数作为指标参数和合理性的衡量标准。由此，对得出的承载力指标，再经过可靠度分析和实际状况评定，从而确定桥梁实际承载能力和实际状况。4.2桥梁纵向影响线的测试反映桥梁承载力的主要指标当数各控制截面的内力或应力，按新规范要求，当桥梁的纵向影响线和最大竖坐标已知后，荷载作用效应(内力或应力)即可得到，桥梁的承载能力也就知道。5 静载试验5.1 试验准备阶段在进行荷载试验前，应首先确定试验孔（墩、台），然后才可以进行加载方案的制定。试验孔的选择主要综合考虑以下条件：该孔(或墩)计算受力最不利；该孔(或墩)施工质量较差，缺陷较多或病害较严重；该孔(或墩)便于搭设脚手架及设置测点或试验时便于加载。而试验方案一般包括以下内容：试验目的以及测量要求、测试内容、试验程序、试验人员的组织和分工、加载方法墙体切割、测量方法、安全措施。5.2 加裁与观测阶段荷载作用下桥梁变形可分为两类：反映结构整体工作状况的整体变形；反映结构局部工作状况的局部变形。在确定观测项目时应当首先考虑整体变形，同时兼顾局部变形。通常桥梁需要鉴定的主要是上部结构的受力特性，监控试验荷载各工况下控制截面的应力应变就是主要内容。另外，对于旧桥来说，一些正常使用状态下的参数（如挠度、裂缝绳锯切割宽度等）也是其测试的主要内容。通常桥梁观测的项目有：结构的最大挠度、支座沉降、结构最大拉、压应力、裂缝的出现和扩展状况。测量部位的选择和测点布设一般在满足试验目的的前提下，测点数量必须充分；测点位置必须具有代表性，以利于计算分析。位移测量大体可分为两类，机械测量或电测法的接触式测量。如百分表、挠度计、位移传感器等；光学测量的非接触式测量如混凝土切割精密水准仪、经纬仪、全站仪等。应变测量一般可分为两种情况：主应力方向已知，沿着主应力方向布设应变片；主应力方向未知，在测试点沿三个方向布设成应变花形式。常采用应变片、电阻应变仪、振弦式应变计、钢筋应力计等。裂缝测量通常依靠目力辅以刻度放大镜，对于较大裂缝在要求不高的情况下也可用塞尺测量。6 动力试验桥梁检测动载试验是动力测定评价桥梁拆除方法的基本测试项目。是为了满足工程应用的需要，应用理论分析与试验测试结合的科学方法解决桥梁振动问题的必要手段，是桥梁检测工作中的重要环节，其对桥梁使用状况和承载力的评价提供了重要的数据参数。桥梁检测中动载试验的内容主要是结构动力特性和动载响应的试验与分析，量测的主要部位是结构动力效应最大构件的动应力及动变形的控制截面。一般来说，检测项目主要包括桥梁动力特性模态参数测试（频率、振形、阻尼比）和桥梁动力响应测试（动挠度、动应力、加速度、冲击系数）。6.1 测试仪器动载试验的测试仪无振拆除器主要包括测试传感器，信号放大器，光线示波器,磁带记录仪和数字信号处理机。根据仪器的性能和使用传感器的特性，可以选配不同的测试系统。6.2 桥梁动载试验的激振方法桥梁动载试验的激振方法应根据桥梁的结构型式和刚度，选择效果好、易实施的方法，常用的方法有自振法、共振法和脉动法三种。6.3 动载试验数据分析及评定桥梁结构的动力特性是与结构的组成形式、刚度、质量分布和材料性质等结构本身的固有性质有关而与荷载等其他条件无关的性质。桥梁的模态参数是整个结构振动系统的基本特性，它是进行静力拆除结构动力分析所必须的参数,强锯切割，其结果不仅可以用来分析结构动载作用下的受力情况，而且对桥梁承载力状况评定提供重要指标。6.3.1 固有频率的测定对于比较简单的结构，只需结构的一阶频率，对于较复杂的结构动力分析，还应考虑第二、第三及更高阶的频率。桥梁固有频率可以直接通过测试系统实测记录的功率谱图上的峰值、时域历程曲线或其自相关图上确定。由基频还可以推算承重结构的动刚度保护性拆除。6.3.2 阻尼桥梁结构的阻尼特性一般由对数衰减率或阻尼比来表示，可由时域信号中的振动衰减曲线求得。另外，也可以从功率谱图中，用半功率带宽法来计算阻尼，一般测试系统软件均可完成此类分析。6.3.3振型一般桥梁结构的基频是动力分析的重要参数。传感器测点的布置根据不同结构形式，通过理论分析后确定。振型的测定一般采用两种方法，一种是使用多个传感器测定,时尚摄影，另一种是使用一个传感器变换位置测量，这种情况下需要一个作用桥梁拆除参考点，测试时比较烦琐，在条件限制时使用。一般应采取第一种方法测试。6.3.4冲击系数桥规中定义冲击系数为冲击力与汽车荷载之比。对于线弹性状态下的结构来说，动荷载产生的荷载效应与静荷载产生的荷载效应之比即为1+。因此，冲击系数的测试通常采用测定结构动应变或动挠度的方法。测试前，在梁的跨中(或最大变位、应变处)布置电阻应变片式的位移计或应变计，并通过动态应变仪与电脑相接。无振拆除试验时，由加载车辆以某一速度从测点驶过，记录其输出应变随时间变化的实时信号。一般情况下，应测试记录多种车速下的输出应变结果，以作分析比较。一般来讲，桥梁在跨径l为30-70m时，车辆与桥梁的自振频率较接近，易产生共振，在单台车作用下的冲击系数特别大；冲击系数随阻尼比的减小而增大，阻尼比越小，冲击系数受桥梁的影响越明显，预应力混凝土梁桥的冲击系数大于同等跨径的钢筋混凝土梁桥，这些在测试中需注意,以便静力拆除好地分析冲击系数的测试结果。事实上，实测汽车冲击系数除了与结构本身有关，还与试验车辆的性质、路面平整度、车速有一定关系。车辆荷载本身是一个带有质量的振动系统，当它在桥上行驶时，与桥产生车、桥耦合振动。由于车辆动力特性的复杂性，以及桥梁阻尼的离散性和桥面不平整的随机性，同一座桥梁多次保护性拆除不同的试验，测得的冲击系数也不尽相同。7 结语对于需进行施工质量评定的新建桥梁，鉴定性荷载试验的控制荷载就是设计荷载；按新规范的要求，桥梁的承载能力可通过实测主要控制截面的内力纵向影响线来分析评定。若是需进行承载能力评定的既有桥梁，应当先进行全桥检测，查明病害，再确定控制荷载，以防进行荷载试验时给既有桥带来新的损伤；如进行荷载试验是为测试重型车辆是否能通过该桥，控制荷载应选择与重型车辆具有同样效应的布载方式。考虑到在以往的桥梁试验鉴定中，经常碰到测读的结构裂缝宽度虽然超限，但试验测得的结构主要控制截面应变和挠度要比计算结果小得多的情况，如果仅凭裂缝宽度这一单一指标超限就认定一座桥梁承载能力有问题，是不妥的。而规范对裂缝宽度的限制，更多是从耐久性角度考虑