桥梁静荷载试验

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