桥梁动荷载试验

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