《工程试验与检测》课件 学习情境四 桥梁施工试验检测

桥梁地基承载力检测什么是地基承载力地基承载力指地基在同时满足变形和强度两个条件下，单位面积所能承受的最大荷载。在进行地基基础设计时，地基必须满足以下条件：

(1)(变形要求)建筑物基础的沉降或沉降差必须在该建筑物所允许的范围之内；(2)(承载力要求)建筑物的基底压力应该在地基所允许的承载能力范围内确定地基承载力的方法1.现场原位测试法：堆载进行荷载试验；标准贯入实验；动力及静力触探等；

3.地基规范查表法：查地基规范中持力层地基基本承载力查表看持力层地基承载力是否满足按现行规范提供的经验公式计算2.按理论公式计算：

用公式计算持力层地基承载力是否满足，再结合建筑物对沉降的要求确定地基允许承载力

4.当地经验确定法：凭经验确定看持力层地基承载力是否满足在土质基本相同的的条件下，参照临近结构物地基容许承载力

以上几种办法,前提均是要明确持力层的地质,才能做出判断.1.

动力触探确定地基承载力原位测试确定地基承载力的方法有静力触探、动力触探、标准贯入法等。静力触探：用静力将一个内部装有传感器的探头以匀速压入土中，测出探头在贯入过程中所受到的阻力，将静力触探所得比贯入阻力（Ps）与载荷试验、土工试验有关指标进行回归分析，可以得到适用于一定地区或一定土性的经验公式，可以通过静力触探所得的计算指标确定土的天然地基承载力。动力触探：是利用一定质量的重锤，将与探杆相连接的标准规格的探头打入土中，根据探头贯入土中10cm或30cm时所需要的锤击数，判断土的力学特性。标准贯入法：用63.5kg的锤,自1900px（76cm）的高度自由落下,将长度51厘米、外径5.1厘米、内径3.49厘米的对标准贯入器击入土中750px（30cm）所需的锤击数,称为标准贯入击数N。2.1动力触探试验动力触探试验方法可以归为两大类，即圆锥动力触探试验和标准贯入试验。前者根据所用穿心锤的重量将其分为轻型、重型及超重型动力触探试验。一般将圆锥动力触探试验简称为动力触探或动探，将标准贯入试验简称为标贯。轻型动力触探适用于一般粘质土及素填土，重型动力触探适用于中、粗、砾砂和碎石土，超重型动力触探适用于卵石、砾石类土。2.1动力触探试验试验技术要求(1)采用自动落锤装置;(2)触探杆最大偏斜度不应超过2%，锤击贯入应连续进行；同时防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动，保持探杆垂直度；锤击速率每分钟宜为15—30击;(3)每贯入1m，宜将探杆转动一圈半;当贯入深度超过10m，每贯入20cm宜转动探杆一次；(4)对轻型动力触探，当N10>100或贯入15cm锤击数超过50时，可停止试验;对重型动力触探，当连续三次N63.5>50时，可停止试验或改用超重型动力触探。2.平板载荷试验确定地基承载力

以刚性平底承压板模拟建筑物基础（模型基础），将竖向载荷均匀传至地基土上，通过实测地基土在荷载作用下的变形，得到荷载试验P-S曲线，以此推求地基土变形模量和地基承载力。深层平板荷载试验的试验深度不应小于5m。深层荷载试验与浅层荷载试验的区别在于土是否存在边载，荷载作用于半无限体的表面还是内部。地基在荷载作用下达到破坏状态的过程可以分为3个阶段：

①压密阶段(直线变形阶段)：比例界限Pr；②剪切阶段：极限荷载Pu；③破坏阶段：P—S曲线陡直下降。2.1浅层平板载荷试验

地基土浅层平板载荷试验可适用于确定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2，对于软土不应小于0.5m2。试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的3倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平，其厚度不超过20mm。加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。每级加载后,按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降量，当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定,可加下一级荷载。2.1浅层平板载荷试验

当出现下列情况之一时，即可终止加载：1.承压板周围的土明显地侧向挤出；2.沉降s急骤增大，荷载-沉降(p-s)曲线出现现陡降段；3.在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定；4.沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。当满足前三种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。

2.1浅层平板载荷试验承载力特征值的确定应符合下列规定：1.当p-s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；2.当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；3.当不能按上述二款要求确定时,当压板面积为0.25m2~0.50m2,可取s/b=0.01~0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。

同一土层参加统计的试验点不应少于三点,各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%,取此平均值作为该土层的地基承载力特征值(fak)。2.2深层平板载荷试验在拟试验的土层上，人工开挖试坑至预定深度，承压板采用直径为0.8m，的刚性板，紧靠承压板周围外侧的图层高度应不小于80cm。深层平板载荷试验的承压板采用直径为0.8m的刚性板,紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于80cm。加荷等级可按预估极限承载力的1/10~1/15分级施加。每级加荷后,第一个小时内按间隔10min、10min、10min、15min、15min,以后为每隔半小时测读一次沉降。当在连续两小时内,每小时的沉降量小于0.1mm时,则认为已趋稳定,可加下一级荷载。2.2深层平板载荷试验当出现下列情况之一时,可终止加载:1.沉降s急剧增大,荷载-沉降(p-s)曲线上有可判定极限承载力的陡降段,且沉降量超过0.04d(d为承压板直径);2.在某级荷载下,24h内沉降速率不能达到稳定;3.本级沉降量大于前一级沉降量的5倍;

2.2深层平板载荷试验承载力特征值的确定应符合下列规定:1.当加曲线上有比例界限时,取该比例界限所对应的荷载值;2.满足终止加载条件前三款的条件之一时,其对应的前一级荷载定为极限荷载.当该值小于对应比例界限的荷载值的2倍时,取极限荷载值的一半;3.当不能按上述二款要求确定时,可取s/b=0.01~0.015所对应的荷载,但其值不应大于最大加载量的一半。同一土层参加统计的试验点不应少于三点,各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%,取此平均值作为该土层的地基承载力特征值(fak)。

3.规范法确定地基承载力（一）规范法确定基本容许承载力［σ0］步骤：

（1）确定土的类别。六类：粘性土、砂类土、碎卵石类土、黄土、冻土、岩石。

（2）确定土的状态。包括天然松密和稠度状态。其中，粘性土按液性指数分为坚硬、半坚硬、硬塑、软塑和流塑状态。砂类土根据相对密度分为稍密、中等密实、密实状态。碎卵石类土按密实度分为密实、中等密实、松散状态。

（3）确定土的容许承载力（基本容许承载力）。查表（二）修正容许承载力［σ］步的确定：当基础最小边宽度b超过2m或基础埋置深度h超过3m且h/b≤4时，按以下公式进行修正提高。说明：（1）当b〈2m时取2m；b〉10m时取10m。（2）基础埋置深度由一般冲刷线算起；无冲刷由原地面算起；位于挖方内的基础，由开挖后地面算起。（3）γ1—基底土天然容重，如透水性土取浮容重。（4）γ2—基底以上土容重，如持力层在水面以下且为不透水性土，取饱和容重；如持力层为透水层，取浮容重。（5）K修正系数。4.当地经验确定法凭经验确定看持力层地基承载力是否满足此法用于地基处于较好的岩石或硬质土时,且桥梁受力简单力不大时可用,要求评定人员有较高的理论及实际工作经验.确定步骤：(1)确定桥梁基础所需的承载力,(2)确定桥梁基础所处地基的类别。粘性土、砂类土、碎卵石类土、黄土、冻土、岩石。(3)确定土的状态。包括天然松密和稠度状态。(4)对比确定土的容许承载力是否满足要求(5)也可对比邻近的同类桥梁情况做出判断

超声透射法测桩基完整性超声透射法基本原理及要求超声波检测混凝土缺陷的基本原理超声波检测混凝土灌注桩完整性方法的适用范围超声波检测仪器与设备测试方法透射折射反射平面对测：测强、测缺、结合面质量跨孔对测：测桩、岩土工程波速测试及结构划分。平测：测强、测缺、结合面质量单孔一发双收：测桩、岩土工程波速测试及结构划分。平测：厚度。振动：基桩完整性、厚度。单孔：溶洞检测。采用超声脉冲检测混凝土缺陷的基本依据是，利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化来判定混凝土的缺陷。一、超声波法检测混凝土缺陷的基本原理超声波及其产生：

超声波是机械振动在介质（被测介质）中传播而形成的机械波。其频率范围2×104～1010Hz，用于混凝土、岩土工程检测的超声波频率范围一般为几k～几百kHz。必备两个条件：①产生机械振动的波源（发射换能器）②传播振动的介质（耦合剂或被测介质）。

发射换能器的振动→介质中的质点机械振动，由于质点间的弹性力作用，引起其相邻质点振动，依次类推，宏观上形成了质点振动以一定的速度（波速）在介质内向某一（或多个）方向传播，形成超声波。超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土的密实度有直接关系，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明显减少。再者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。二、超声波检测混凝土灌注桩完整性方法的适用范围基桩声波透射法是一种检测混凝土灌注桩完整性的有效手段，它是利用声波的透射原理对桩身混凝土介质状况进行检测，因此仅适用于在灌注成型过程中已经埋了两根或两根以上声测管的基桩。在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，或单孔中发射并接收，可以测出被测混凝土介质的声学参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达接收换能器的声时、波幅及主频发生改变。超声波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完整性。用超声波法检测钻孔灌注桩完整性的优点在于结果准确可靠，不受桩长、桩径限制，无盲区（声测管范围内都可检测），可测桩顶低强区和桩底沉渣厚度，桩顶不露出地面即可检测，方便施工，也可粗略估测混凝土强度。1、超声波仪超声波仪是混凝土灌注桩缺陷检测的基本装置。它的作用是产生重复的电脉冲并激励发射换能器。发射换能器发射的超声波经耦合进入混凝土，在混凝土中传播后被接收换能器接收并转换为电信号，电信号送至超声仪，经放大后显示在示波屏上。自60年代开始生产第一代电子管超声仪至今已发展为第四代智能数字式超声仪，见下表：三、超声波检测仪器与设备超声波仪的发展概况近十年北京智博联公司推出ZBL系列超声仪近2年中科智创、岩海公司研制成基桩多跨孔超声波自动循测仪超声检测系统应包括三大部分：即接收信号放大器，数据采集及处理存储器和径向振动换能器等。为了提高现场检测及室内数据处理的工作效率，保证检测结果的准确性和科学性，声波测试仪器必须具有实时显示波形、分析功能及一发双收等功能。声波发射应采用高压阶跃脉冲或矩形脉冲，其电压最大值不应小于1000V，且分档可调。数字式超声波仪的基本工作原理框图见图2-

1所示。图2-1数字式超声仪的基本原理常用换能器按波型不同分为纵波换能器与横波换能器，分别用于纵波与横波的测量。目前，一般检测中所用的多是纵波换能器。以发射和接收纵波为目的的换能器，又分为平面换能器、径向换能器以及一发多收技能器，见图。2、径向振动换能器3、声测管声测管是进行超声脉冲法检测时换能器进入桩体的通道。它是灌注桩超声脉冲检测系统的重要组成部分。它在桩内的预埋方式及其在桩的横截面上的布置形式，将直接影响检测结果。因此，需检测的桩应在设计时将声测管的布置和埋置方式标入图纸，在施工时应严格控制埋置的质量，以确保检测工作顺利进行。

（1）声测管的选择，以透声率较大、便于安装及费用较低为原则。考虑到公路基桩大多数是大桩、长桩，加上混凝土的水化热作用及钢筋笼安放和混凝土浇注过程中存在较大的作用力，容易造成检测管变形、断裂，从而影响检测工作的顺利进行。因此，声测管应采用强度较高的金属管。（2）声测管常用的内径规格是50～60mm。为了便于换能器在管中上下移动，声测管的内径通常比径向换能器的外径大15mm；（3）在声波透射法检测中，超声波特征值仅与收、发检测管间连线两边窄带区域（声测剖面）的混凝土质量密切相关。当灌注桩的直径增大时，每组声测管间超声波的混凝土检测范围占桩截面积比例减小，不能反映桩身截面混凝土的整体质量状况，因此，对直径大的桩必须增加声测管的数量。一般桩径小于800mm时，沿直径布置两根声测管，构成一个声测剖面；桩径为

800～1500mm时，应按等边三角形均匀布置三根声测管，构成三个声测剖面；桩径大于1500mm时，应按正方形均匀布置四根声测管，构成六个声测剖面，如图中的阴影区为检测的控制面积。声测管的埋设应符合下列规范规定

：1 当桩径不大于1500mm时，应埋设三根管；当桩径大于1500mm时，应埋设四根管。2 声测管宜采用金属管，其内径应比换能器外径大15mm，管的连接宜采用螺纹连接，且不漏水。3 声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，且互相平行、定位准确，并埋设至桩底，管口宜高出桩顶面300mm以上。4 声测管管底应封闭，管口应加盖。5声测管的布置以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每二根编为一组。●检测管材质的选择以透声率大，便于安装，费用较低为原则。一般采用钢管、钢质波纹管、硬塑管等。●管径大于换能器的直径，一般以内径Ф50～60mm为宜。●管子一般采用与钢筋笼架立筋焊接或绑扎的方式固定。●安装管子时应注意管子接头应不漏浆，内壁光滑平顺，管底密封。●管子之间力求平行。

桥梁成桥动荷载试验学习目标1.掌握桥梁动荷载试验方法和原理；3.掌握桥梁动荷载试验试验条件；1.能调试桥梁动荷载试验仪器设备；3.能进行桥梁动荷载试验数据处理。素质目标：知识目标：2.掌握桥梁动荷载试验数据处理方法；4.掌握桥梁动荷载试验试验报告要求；能力目标：2.能判别是否需要进行桥梁动荷载试验；学习目标1.培养学生良好的世界观、人生观、价值观;2.培养学生热爱专业，吃苦耐劳，使学生具备团队合作的精神;3.培养学生具有良好的职业素养和职业素质。知识背景：桥梁结构是承受以自重和各种车辆为主要荷载的结构物。桥梁的振动荷载主要是车辆以一定速度在桥上通过而产生的，同时，车辆驶过桥梁时，由于桥面起伏不平或发动机的振动等原因会使桥梁振动加剧。此外，人群荷载风力地震力、漂浮物或其他物体的撞击桥梁的振动问题，影响因素复杂只靠理论分析不易得到实用的结果。一般需采用与试验相结合的研究方法，而振动测试正是解决桥梁工程振动问题必不可少的手段。桥梁的动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，学习目标测定桥梁结构的固有频率阻尼比、振型、动力冲击系数、动力响应(加速度、动挠度)等参数的试验项目，从而宏观判断桥梁结构的整体刚度、运营性能，但桥梁的动载试验与静载试验相比具有其特殊性。首先，引起结构产生振动的振源（又称输入），例如车辆、人群、阵风或地震力等和结构的振动响应（又称输出），都是随时间而变化的，而且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；有时，甚至在一个不大的动力作用下，也可能使结构受到严重的损坏。因此用动载试验来确定桥梁在车辆荷载下的动力效应以及使用条件，从而进一步对桥梁做出评价是十分重要的。桥梁动载试验目的与静载试验目的基本一致，主要表现以下几个方面学习目标壹1.检验桥梁设计与施工的质量（新建桥）施工中从事施工监控和监测，成桥后进行现场荷载试验，竣工验收中提供重要资料。贰2.判断桥梁结构的实际承载能力（旧桥）为超龄、超载、有损伤旧桥加固改造提供依据。叁3.验证桥梁结构设计理论和方法（新桥型）为新桥型和桥梁中的新结构、新材料和新工艺创新发展提供实测数据。信息工作情景描述：桥梁起点桩号为WK0+0.262，终点桩号为WK0+194.774，桥梁全长194.512m。全桥共分2联，上部结构采用预应力混凝土连续箱梁,跨径组合为:(23.912+24.1+24.5+25)m+(3×25+22)m。桥墩采用花瓶墩、门架墩。混凝土主梁均采用等截面斜腹板连续箱梁，梁高为1.8m,单箱单室，桥墩桩基按嵌岩桩设计，冲孔成孔。成桥后进行桥梁现场动荷载试验。完成以下任务：（1）动荷载试验仪器准备（2）加载试验、数据采集（3）试验报告、检验桥梁设计施工质量。信息（4）判定桥梁结构的实际承载力。（5）工作过程自评价表和互评表。2任务分工单请明确小组内部情景角色如小组组长、书记员、报告员、时间控制员和其他组员。计划2.1仪器设备(请查找试验规范完成试验用仪器设备)2.3请正确选用仪器设备检查仪器设备是否正常，若发现问题请指出。2.2物料清单2.4请查阅资料，了解并说明桥梁动荷载的试验目的和原理。决策3.1请查阅试验规程说明选择桥梁动荷载试验地点。3.2请查阅试验规程说明桥梁动荷载试验仪器。3.3小组讨论制定本组桥梁动荷载试验工作流程。010203动载试验仪器设备及选择动载试验量测动应变可采用动态电阻应变仪并配以记录仪器，量测振动可选用低频拾振器并配低频测振放大器及记录仪器，量测动挠度可选用电阻应变位移计配动态电阻应变仪及记录仪器。动力荷载试验的测试系统，一般可采用电磁式测试系统、压电式测试系统和电阻应变式测试系统或光电测试系统。桥梁是承受动荷载的结构物，针对日常运营过程中各种各样的桥梁动态问题，我们不仅要研究桥梁结构本身的动力特性，还要研究由车辆移动荷载引起的车致振动以及其他动力响应等等。桥梁动载试验是一个重要手段。桥梁动载试验涉及的问题，基本归纳为三个方面：①桥梁外部振源是引起桥梁振动的外作用（包括移动车辆振动的激励或风、地震等）。②结构动力特性是桥梁的固有特性，主要包括三个主要参数（频率、阵型和阻尼），它们是桥梁动态试验中最基本的内容。动载试验仪器设备及选择③动力反应表示桥梁载特定动荷载作用下的动态“输出”，桥梁结构动力响应主要参数为动应力、动挠度、加速度动荷载试验试验内容桥梁动荷载试验包括跑车试验、跳车试验、制动试验和脉动试验。试验时，宜从动力响应小的测试项目做起，即先进行脉动试验，然后进行跑车试验，再进行跳车试验，有需要时再进行制动试验。以下详细介绍这四种测试方法。跑车试验（无障碍行车试验）行车试验的试验荷载，采用接近于标准荷载的单辆载重汽车来充当。试验时，让单辆载重汽车分偏载和中载两种情形，以不同车速匀速通过桥跨结构，测定桥跨结构主要控制截面测点的动应力和动挠度时间历程响应曲线。动载试验一般安排标准汽车车列（对小跨径桥也可用单排车）在不同车速时的跑车试验，跑车速度一般定为在最高设计车速下的若干等级，比如图5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h等。当车在桥上时为车桥联合振动，当车跨出桥后为自由衰减振功。应测量不同行驶速度下控制断面（一般取跨中或支点处）的动应变和动挠度，记录时间一般以波形完全衰减为止。测试时需记录轴重、车速，并在时程曲线上标出首车进桥和尾车出桥的对应时间。动载测试一般应试验3组，在临界速度时可增跑几趟。全面记录动应变和动位移。进行跑车试验时，要较准确地控制试验车辆的车速，并根据测试传感器的布置，确定试验车辆行驶途中进行数据采集的起止位置，以免测试数据产生遗漏跳车试验（有障碍行车）在预定激振位置设置一块15cm高的直角三角木，斜边朝向汽车。一辆满载重车以不同速度行驶，后轮越过三角木由直角边落下后，立即停车。此时桥跨结构的振动是带有一辆满载重车附加质量的衰减振动。在数据处理时，附加质量的影响应给以修正。跳车的动力效应与车速和三角木放置的位置有关。随车速的增加，桥跨结构的动位移、动应力会增加，从而冲击系数也会加大，跳车记录时间与跑车相同。制动试验按实际情况，有时需进行制动试验，测定桥梁结构在制动力作用下的响应，以了解桥梁承受活载水平力的性能。制动试验是以行进车辆突然停止作为激振源，可以以不同车速停在预定位置。制动可以顺桥向和横桥向进行。一般横桥向由于桥面较窄，难以加速到预定车速。制动试验数据同样需要进行附加质量影响的修正。制动的位移时程曲线可读取自振特性和阻尼特性数据。不过此时是有车的质量参与衰减振动，阻尼也非单纯桥跨结构的阻尼。制动记录项月与跑车相同，对记录的信号（包括振幅、应变或挠度等）进行频谱分析，可以得到相应的强迫振动频率等一系列参数。在进行制动试验时，对车辆荷载的行驶速度及制动位置等均应作专门的考虑。脉动试验脉动试验是在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微幅振动响应，测得结构的自振频率、振型和阻尼比等动力学特征。脉动试验是使用高灵敏度的传感器和放大器测量结构在环境振动作用下的振动，然后对其进行谱分析，求出结构自振特性的一种方法，其记录时间一般不宜少于40min。环境振动是随机的，多种振动的叠加，它输出的能量在相当宽的频段是差不多相等的，而结构在环境的激励下振动时，由于相位原因，使得和结构自振频率相同或者接近的振动被放大，所以对记录到的数据进行多次平均谱分析，即可得到结构的自振频率及振型。桥梁动荷载试验结果的评定与分析桥梁结构动力性能的各参数，如固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数等，以及动力响应的大小，是宏观评价桥梁结构的整体刚度、运营性能的重要指标，也是一些规范评价桥梁安全运营性能的主要尺度。普遍认为，桥梁结构的动力特性反映了结构的整体刚度、桥面平整度及耗散外部振动能量输入的能力，同时，过大的动力响应会影响车辆的安全行驶，会引起乘客的不舒服，应予以避免。在实际测试中，通常通过以下几个方面来评价桥梁结构的动力性能：（1）比较桥梁结构频率的理论值和实测值，如果实测值大于理论值，说明桥梁结构的实际刚度较大，反之则说明桥梁结构的刚度偏小，可能存在开裂或者其他不正常现象。（2）根据动力冲击系数的实测值来评价桥梁结构的行车性能，测试冲击系数较大，说明桥梁结构的行车性能差，桥面平整度不良，反之亦然。桥梁动荷载试验结果的评定与分析（3）实测阻尼比的大小反映桥梁结构耗散外部能量输入的能力，阻尼比大，说明桥梁耗散外部能量输入的能力大，阻尼振动衰减快；，阻尼比小，说明桥梁耗散外部能量输入的能力小，阻尼振动衰减慢。过大的阻尼比可能是由于桥梁结构存在开裂或支座工作不正常等现象。控制0102035.1.明确检测注意事项，组内检测分工。5.2.请按照评分标准进行试验检测。完成荷载试验项目评分表5.3.根据检测结果小组讨论分析试验原因及预防方法并填写下表。谢谢

桥梁成桥静荷载试验学习目标01知识目标：在右侧编辑区输入内容032.掌握桥梁静荷载试验数据处理方法；在右侧编辑区输入内容054.掌握桥梁静荷载试验试验报告要求；能力目标：072.能判别是否需要进行桥梁静荷载试验；在右侧编辑区输入内容043.掌握桥梁静荷载试验试验条件；在右侧编辑区输入内容061.能调试桥梁静荷载试验仪器设备；在右侧编辑区输入内容083.能进行桥梁静荷载试验数据处理。素质目标：021.掌握桥梁静荷载试验方法和原理；在右侧编辑区输入内容学习目标1.培养学生良好的世界观、人生观、价值观;2.培养学生热爱专业，吃苦耐劳，使学生具备团队合作的精神;3.培养学生具有良好的职业素养和职业素质。知识背景：《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/TJ21-01-2015)(以下称JTG/TJ21-01-2015)规定:新建桥梁和进行了加宽或加固后的桥梁，可通过荷载试验来检验桥梁结构的正常使用状态和承载能力是否符合设计要求。对在用桥梁，除按《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)第3.2.4条规定（即经检算“作用效应与抗力效应的比值在1.0~1.2之间时，应根据本规程的有关规定通过荷载试验评定承载能力”）进行荷载试验外，存在下列情況之一时，可进行荷载试验：学习目标（1）技术状态等级为四、五类。（2）拟提高荷载等级。（3）需要通过特殊重型车辆荷载。（4）遭受重大自然灾害或意外事件。（5）采用其他方法难以准确判断其能否承受预定荷载。进行荷载试验只是少数桥梁。对绝大多数桥梁来说，按照桥梁管理养护要求，只需进行常规检查或定期检查和结构检算。因此，应该理清荷载试验的适用性问题，即哪些桥梁该做荷载试验，哪些桥梁不该做或没必要做荷载试验的问题。当采用调查、检算的方法不足以鉴定桥梁承载能力时，可采用荷载试验，测定桥梁在荷载作用下的实际工作状况，结合调查、检算来评定桥梁承载能力。一般在下列情况，可考虑做荷载试验：学习目标桥梁的施工质量合格，使用状况良好，检算主要指标虽然不符合要求，但是，超过幅度较小（30%以内），可能还有承载能力。桥梁的施工质量很差，可能存在隐患，仅用调查检算难以确定桥梁的承载能力。桥梁在运营中损坏较严重，可能影响桥梁的承载能力。桥梁缺乏设计、施工资料或桥梁结构受力不明确，不便准确进行桥梁承载能力检算。（6）为了科研或积累资料需要时。事实上，桥梁荷载试验还存在风险问题。这可以用世界著名桥梁坍塌事故之一的英国威尔士桥（单跨预应力混凝土梁桥）的例子来说明。该桥因非常规后张预应力节段组合质量差，纵横向预应力筋严重锈蚀，造成截面削弱，使钢筋应力增至屈服点而突然断裂。对该桥的日常桥面变形监测没有（当然也不能）检测出这种看不见的损伤，学习目标它被假定一切完好并可继续服役。就在事故发生前不久，有关方面已推荐对该桥做补充荷载试验，所以如实施荷载试验，结果必将是灾难性的，极有可能造成人员严重伤害或丧失生命。因此，荷载试验之前了解桥梁实际技术状态、桥梁施工和可能隐藏的缺陷的准确信息等至关重要。03信息信息工作情景描述：某桥梁桥梁起点桩号为K2+759.343，终点桩号为K3+515.843，桥梁全长966.5m。全桥共分8联，第27联上部结构为（42.5+55+42.5）m钢-混组合梁，其余上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，跨径组合为：（3×40）m+（3×20）m+(32.5+35+32.5)m+（2×29.75m+(22.5+30+22.5)m+（3×25）m+(5×25)m。桥墩采用花瓶墩、门架墩。混凝土主梁均采用变截面斜腹板连续箱梁。梁高为1.61-1.99m,单箱六室，桥墩桩基按嵌岩桩设计，冲孔成孔。检验桥梁设计与施工的质量，对于新建的大中型桥梁或者具有特殊设计的桥梁，为保证桥梁建设质量，交竣工时对该桥梁进行实桥荷载试验，并把试验结果作为评定桥梁工程质量优劣的主要技术资料和依据。通过新建桥梁的荷载试验研究活荷载作用下桥梁的正常使用和极限状态行为，为验证原来分析得到的有关荷载分布、应力水平和变形的假设提供试验数据。信息完成以下任务：（1）试验仪器准备（2）加载试验、数据采集（3）试验报告、检验桥梁设计施工质量。（4）判定桥梁结构的实际承载力。（5）工作过程自评价表和互评表。2任务分工单请明确小组内部情景角色如小组组长、书记员、报告员、时间控制员和其他组员。计划2.1.仪器设备(请查找试验规范完成试验用仪器设备)2物料清单2.3请正确选用仪器设备检查仪器设备是否正常，若发现问题请指出。2.4请查阅资料，了解并说明桥梁静荷载的试验目的和原理。决策STEP03STEP01STEP023.1.请查阅试验规程说明选择桥梁静荷载试验地点。3.2.请查阅试验规程说明桥梁静荷载试验仪器。3.3小组讨论制定本组桥梁静荷载试验工作流程。试验荷载试验控制荷载确定试验控制荷载根据与设计作用（或荷载）等级相应的活载效应控制值或有特殊要求的荷载效应值确定。以使控制截面或断面产生最不利荷载效应(内力和变形最大)荷载作为试验控制荷载。具体计算时，应选择设计计算活载作用下能够产生最大截面应力和变形的控制截面或位置，某些特殊桥梁还需考虑对关键构件的专项加载计算。试验控制荷载计算通常根据桥梁设计图纸采用各种通用的有限元程序建立平面或空间有限元模型，简单结构也可以采用手算确定。旧桥控制荷载确定还需结合实际桥梁技术状态评定结果。试验荷载试验荷载效应实际工程上，选用车辆荷载进行加载时，要综合试验荷载效率、与设计活荷载的等效性、车辆的机动性等因素。选取本桥简支空心板3*20米梁跨确定试验荷载。20m(计算跨径19.3m)单跨预应力混凝土空心板梁桥，梁宽99cm、高75cm，车行道宽llm，横向12片梁。原设计荷载汽车超-20级、挂车-120验算；同时用公路I级校验(该桥改建后拟将荷载等级提到公路I级。试验荷载截面特性计算(表1)表1空心板梁截面特性表试验荷载控制内力计算a.荷载横向分布系数计算采用铰接板梁法计算板梁跨中荷载横向分布系数，分别输入各片梁的抗弯、抗扭惯性矩、桥抗扭惯矩、桥面板沿梁长方向单位长度的抗弯惯性矩和悬臂长度，结果如表2所示(这部分内容可也可以查表、手算)。表2荷载横向分布系数(按二车道)注:规范规定多车道折减后的效应不得小于二车道，本例三车道折减后系数值小于二车道。b.控制内力计算计算上部结构成桥使用阶段汽车超20级和公路-I级(计冲击系效)主要控制截面的内力，如表4-16“设计控制值”一栏。c.试验加载效率计算表3主要控制截面的内力加载试验正式加载试验是整个实桥静载试验的核心内容，也是对试验准备工作的考核。实桥静载试验一般安排在晚上进行，主要是考虑加载时温度孪化和环境的干扰。如果这种干扰不大或对试验数据不会产生任何影响(如适逢阴天)，不一定非要安排在晚上。加载试验过程如下:静载初读数静载初读数是指试验正式开始时的零荷载读数，不是准备阶段调试仪器的读数。从初读数开始整个测试系统就开始运作，测量、读数记录人员进入状态各司其职。加载试验荷载应分级施加，加载级数应根据试验荷载总量和荷载分级增量确定，可分成3~5级。当桥梁的技术资料不全时.应地加分级，重点测试桥梁在荷载作用下的响应规律时，可适当加密加载分级。加载过程中，应保证非控制截面内力或位移不超过控制荷载作用下的最不利值。当试验条件限制时，附加控制截面可只进行最不利加载时间间隔应满足结构反应稳定的时间要求，应在前一荷截阶段内结构反应相对稳定、进行了有效测试及记录后方可进行下一荷载阶段。当进行主要控制截面最大内力(变形)加载试验时，分级加载的稳定时间不应少于5min；对尚未投入营运的新桥，首个工况的分级加载稳定时间不宜少于15min。加载控制JTG/TJ2101-2015规定:应根据各工况的加载分级，对各加载过程结构控制点的应变(或变形)、薄弱部位的破损情况等进行观测与分析，并与理论计算值对比。当试验过程中发生下列情况之一时，应停止加载，查清原因，采取措施后再确定是否进行试验:(1)控制测点应变值己达到或超过计算值。(2)控制测点变形(或挠度)超过计算值。(3)结构裂缝的长度、宽度或数量明显增加。(4)实测变形分布规律异常。(5)桥体发出异常响声或发生其他异常情况。(6)斜拉索或吊索(杆)索力增量实测值超过计算值。卸载读零一个工况结束，荷载退出桥面。各测点读回零值，同样要有一个稳定过程。试验加卸载要求稳定后读数，实际要观测结构残余变形或残余应变，当结构变形或应变在卸载后不能正常回复时，反映的可能是结构承载能力不足或其他原因，需要仔细分析。重复加载要求试验过程中必须时时关心几个控制点数据的情况，一旦发现问题（数据本身规律差或仪器故障等）要重新加载测试。对一些特大桥的主要加载工况，一般也要求重复加载。试验数据整理整理桥梁现场试验数据，不仅要求有一份完整的原始记录，还要用到一些数据处理方面的知识，同时又要求整理者有桥梁专业方面的知识。从试验总体上说，它还是每个试验程序的结束环节，必须予以充分重视。通过静载试验得到的原始数据、曲线和图像等是最重要的第一手资料，应该特别强调现场验效据的原始记录的重要性，对每一份现场记录(无论是数据还是信号)都要求完整、清晰和可靠。另一方面，有些原始数据数量庞大，也不直观，不能直接用采进行结构评估，所以必须对它进行处理分析。荷载整理实际荷载的载重加载工况等，因为实际布载位置、大小等可能会与方案要求的不一样。整理出来的荷载数据，一方面用以结构分析，另一方面会与试验数据结果直接有关。(1)列出试验加载效率表，（如采取分级加载方法的）还要列出分级加载表(2)制作实际载重明细表，表中详细列出加载车辆的型号、车号及具证武验时的编号轮距、理论质量和实际载重（包括各轴轴重和总重）等。(3)绘制荷载的纵、横向(包括对称加载和偏心加载)布置图，并标明具体尺寸。位移桥梁位移包括挠度和各种非竖向位移(如拱桥桥轴线的两维变位，斜拉桥索塔的水平变位等)。实测值和计算值一般都要求画成曲线并放在一起，或列出一张比较表等等。有的桥梁挠度数据整理时，还应考虑支座位移的影响。实测应变的修正应变测试中，出现应变计灵敏系数，或导线过长或过细使导线电阻不能忽略等情况时，需要对实测应变结果进行修正(一般这类因素对测值的影响小于1%时可不予修正)。在计算机控制的数据采集系统里，灵敏系数等修正都可以事先设定，直接得到。应力、应变的换算应变计测试结果一般为应变值，而人们感兴趣的往往是应力。对钢结构而言，弹性模量稳定，应力和应变关系是常数乘积关系；对钢筋混凝土或预应力混凝土结构来说，不管是混凝土上测得的应变还是钢筋上测得的应变换算成混凝土应力，都有一个实际弹性模量的取值问题，解决这个问题的办法，一是用取芯实测数据(对新建桥梁可采用回弹推算值或试块数据)，二是取“桥规”给出的混凝土弹模值。对有些试验（如极限破坏试验），有时直接以应变指标衡量。弹性模量确定以后，各种应力状态下测点应力均可按材料力学公式进行计算。(3)实测与计算的比较控制断面应力是衡量桥梁结构实际强度的重要指标。具体衡量指标为试验荷载作用下，各主要控制断面测点应力的实测值与计算值的比值。应力、应变的换算由于实桥试验往往是按设计基本荷载施加的，故计算截面上各点的应力，对钢结构或预应力混凝土结构一般仍用普通材料力学的弹性阶段方法；对钢筋混凝土结构，可根据断面内力的大小并考虑断面开裂情况采用相应的计算方法。断面应力的计算值和实测值应列在同一张表内并做成曲线（或图），以便比较。根据需要还可绘制各加载工况下控制截面应变的分布图、截面应变沿高度分布图等。混凝土结构应力实测值（和变形反映整体不一样）有时会发生局部偏大或偏小问题，当实测值与计算值之间的差别超出正常允许误差范围时应该仔细分析，找出原因。如一些大跨预应力混凝土桥梁跨中控制断面的应力校验系数有时会超过1或远小于1，原因是合龙段（或附近）混凝土存在（有时肉眼看不见）裂缝，粘贴在其表面的应变计跨过该裂缝或靠近袋继会产生偏大或偏小的读数。残余位移（或应变）残余位移（或应变）是一个加卸载周期后结构上残留的位移（或应变）。静载试验数据整理中，要关注各测点实测位移与应变的残余值。实际加载试验中产生的相对残余变形（或应变），对预应力混凝土与组合结构一般不允许大于20%；对钢筋混凝土和圬工结构一般不允许大于25%。校验系数校验系数应包括应变(或应力)校验系数及挠度校验系数。01常见桥梁结构试验的应变(或应力)、挠度校验系数应符合下表的常值范围。02表常见桥梁结构校验系数常值表03裂缝裂缝图应按试验过程中裂缝的实际开展情况进行测绘，当裂缝数量较少时、可根据试验前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。控制15.1.明确检测注意事项，组内检测分工。完成荷载试验项目评分表25.2.请按照评分标准进行试验检测。35.3.根据检测结果小组讨论分析试验原因及预防方法并填写下表。谢谢

声波透射法检测基桩完整性现场检测1.了解超声法测基桩完整性的原理；2.熟识超声法测基桩完整性的过程；3.能够通过超声法检测结果评定桩基类别。

灌注桩桩身完整性是反映桩身材料密实性和连续性的综合状况。桩身缺陷指桩身断裂、裂缝、缩径、夹泥、离析、蜂窝、松散等现象。桩身完整性类别应按划分为四类。二、实验原理

超声波透射法根据超声波透射原理，在桩身混凝土内发射并接收超声波，通过实测超声波在混凝土介质中传播的历时、波幅和频率等参数的相对变化来判定桩身完整性的检测方法。1.在被测桩内预埋两根或两根以上竖向相互平行的声测管作为检测通道，管中注满清水作为耦合剂。2.将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，由超声仪激励发射换能器产生超声脉冲，穿过桩体混凝土，并经接收换能器。3.由仪器接收并显示接收的超声波的波形，判读出超声波穿过混凝土后的首波声时、波幅以及接收波主频等声参数。4.通过桩身缺陷引起声参数或波形的变化，来检测桩身是否存在缺陷。三、超声检测仪器四、实验方案（一）现场准备1.检测对象准备：基桩模型；2.准备工作（1）测量桩径和声测管之间的间距并作好记录；（2）将换能器放入填满水的声测管；（3）连接好仪器设备；（4）调试仪器设备，确定运行正常；（5）打开设备准备测试。1.1

检测时间《公路工程基桩动测技术规程》规定“被检桩的混凝土龄期应大于14d”灌注桩混凝土龄期达到14d时，强度基本能达到设计强度值的70%，超声波声学参数的变化趋于平缓。公路桥梁基坑内有很多桩，检测前应要求委托方提供每一根桩的浇筑时间，进场检测的时间取决于最晚浇注的一根桩。1.2

声测管灌水项目材料密 度（g/cm3）声速（m/s）vP钢7.85940混凝土2.44500淡水

20℃0.9981481空气20

℃0.0012343声测管的布置以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每两根编为一组。ABCD1.3声测管编号1.4

声时修正d

` d l D t

ti

t0

tw

tt由超声仪测得的声时，除包括在混凝土中的传播时间外，还包括系统延迟时间、超声波在管壁及管内水中的传播时间。因此应进行声时修正，将这三个时