a任务16.2 基于静载试验的桥梁运营性能评估方法

铁路桥梁与隧道工程教研室项目16铁路桥涵运营性能检定与评估

任务16.2基于静载试验的桥梁运营性能评估方法主要内容一、桥梁静载试验的内容二、桥梁静载试验的准备工作三、桥梁静载试验的方案设计四、静载试验数据处理五、桥梁技术状态评估方法一、桥梁静载试验的内容

桥梁静载试验是通过在结构上布置多个测点来测定桥梁在静荷载作用下的性能状态，技术含量高，必须与详细的理论计算相结合。桥梁静载试验的内容主要包括以下几个方面：（1）制定详细的试验方案，确定需要的测试项目；（2）确定测点的位置及布置方式，选择测试仪器及设备；（3）确定施加荷载的方式、加载时的工况、荷载分级等情况；（4）分析测量的试验数据，寻找规律，对桥梁的受力状况进行评定；（4）撰写桥梁检定评估报告。二、桥梁静载试验的准备工作试验准备阶段的工作包括：（一）试验桥孔的选择（二）脚手架、试验用支架和其他试验设施（三）加载位置放样与卸载位置的安排（四）试验人员的组织（五）其他准备工作二、桥梁静载试验的准备工作（一）试验桥孔的选择

对于等跨的多跨桥梁进行静载试验时，可以选择具有代表性的的桥孔1~3孔进行试验，选择试验桥孔，应当考虑以下几个因素：（1）选择受力最不利的桥孔；（2）选择施工质量差、缺陷及病害较多的桥孔；（3）选择适宜脚手架搭设、试验测点布置或者便于加载的桥孔。二、桥梁静载试验的准备工作（二）脚手架、试验用支架和其他试验设施

采用的脚手架和测试支架应当具有足够的强度、刚度和稳定性，二者应该分开搭设，互不影响。

脚手架应当保证试验工作人员的安全并且便于操作。

测试支架应当保证仪器仪表安装的需要，不能因为自身的变形而影响到测试的精度，同时还应当保证在进行试验时不会受到来自车辆和行人的干扰。二、桥梁静载试验的准备工作（二）脚手架、试验用支架和其他试验设施

脚手架和测试支架应当满足因地制宜、就地取材、便于搭设和拆卸的要求，一般采用木支架或建筑钢管支架较多。当桥下净空较大或为深水河流而不便搭设脚手架时，可以采用轻便活动支架，两端用尼龙绳或细钢丝固定在栏杆或人行道缘石上。活动支架如需多次使用时，可做成拼装式以便运输和存放。整套装置使用前应进行试验以确保安全。二、桥梁静载试验的准备工作（三）加载位置放样与卸载位置的安排

一般在进行静载试验前，都需要按照预定的试验工况，通过放样在桥面上定出加载位置。当加载工况较少且时间允许时，可在每个工况加载前临时放样。如加载工况较多，则应事先放样，且用不同颜色的标志区别不同加载工况时的荷载位置。试验荷载采用载重汽车时，一般以汽车后轴或中轴控制荷载的加载位置。二、桥梁静载试验的准备工作（三）加载位置放样与卸载位置的安排

静载试验荷载的卸载位置应事先安排。选择的位置既要考虑加卸载方便，离加载位置近一些，又要不影响试验孔的受力，尤其是多跨连续梁，一般可将荷载安放在桥台后一定距离处。对于多孔简支梁桥，可以将荷载停放在离试验孔较远的非试验桥孔上，以不影响试验孔的测试为原则。二、桥梁静载试验的准备工作（四）试验人员的组织

桥梁荷载试验是一项技术性很强的工作，最好能由专门的桥梁试验技术人员来承担，也可由熟悉这项工作的技术人员为骨干组织试验队伍来承担。应根据每个试验人员的特长进行分工，每人分管的仪器仪表数目应适当，除考虑便于观测外，尽量使每人对所分管仪表进行一次观测所需的时间大致相同。所有参加试验的人员应能熟练运用所用的仪器设备，否则应进行预先培训。为使试验工作有条不紊地进行，最好设置一个总指挥来指挥整个试验，调配所有试验人员。二、桥梁静载试验的准备工作（五）其他准备工作

静载试验的安全设置、供电照明设施、通讯联络设施、桥面交通管制等工作应根据荷载试验的要求提前进行准备，与相关主管部门进行沟通协调。业主最好能派人全程参加试验，帮助解决试验过程中可能出现的各种问题。采用汽车或者铁路列车作为试验荷载时，应与相关管理部门预约租用或者借用，并按照试金要求对车辆进行配重设置，记录车辆型号、轴距和轴重等信息。三、桥梁静载试验的方案设计（一）试验工况设计

桥梁的结构形式有简支梁、连续梁、悬臂梁、拱桥、斜拉桥、悬索桥以及其他异型梁。对于这些桥梁，应当通过理论分析，合理的确定静载试验工况，以规范中的荷载图示为依据计算桥梁内力包络图，然后以内力包络图为依据确定桥梁的控制截面。在控制截面处不仅会出现内力的峰值，通常也会作为观察量测的主要部位。根据控制截面可以确定各种桥梁的加载工况以及观测项目。三、桥梁静载试验的方案设计（二）试验荷载等级的确定

为了保证荷载试验的效果，应当先对试验的控制荷载进行确定。对于铁路桥梁，控制荷载主要是列车荷载。采用理论计算的方法计算出桥梁结构各控制截面的内力，再利用“等效加载”的方法使试验加载下的控制截面内力与理论计算值相同或者相近。分别计算出荷载对控制截面产生的最不利内力，用产生的最不利内力最大的荷载作为静载试验的控制荷载。三、桥梁静载试验的方案设计（三）加载方案的设计

加载是静载试验的一个关键环节，包括选择加载方式，确定加载、卸载程序以及加载时间等方面的内容。1.加载方式的选择

在进行桥梁加载试验时，可以根据不同的试验目的、结构形式和桥梁跨度，采用下列荷载作为试验荷载：①铁路荷载：单机、双机联挂、重车或空重混编列车、特种大型车辆等；三、桥梁静载试验的方案设计②公路荷载：载重汽车、履带式车辆、半挂车、全挂车以及特种大型车辆等；③其他荷载：千斤顶、激振器、弹性聚能力锤、环境微振动等。

要求在试验中各种荷载装载正确。对于公铁两用桥可以选择铁路荷载与公路荷载同时或分别加载。对于重要的桥梁结构，还应当组织专门的试验列车，封锁线路进行加载。三、桥梁静载试验的方案设计2.加、卸载程序

为了确保加载安全和了解结构应变和变位随加载内力增加的变化关系，对于桥梁的主要控制截面内力的加载应当采用分级加载的方式，而且一般情况下是安排在开始的几个加载程序中执行。对于附加控制截面一般只设置最大内力加载程序。三、桥梁静载试验的方案设计加载分级的原则是：当加载分级较为方便时，可以按照最大控制截面内力平均分为4~5级；当采用列车进行加载时，车辆称重有困难的也可以分为3级进行加载。当桥梁调查及验算工作不充分时，或者桥况较差时，应当尽量的增多加载分级；如果由于条件限制使加载分级较少时，应当使列车缓慢地驶入预定的加载位置，必要时可以在列车没有到达预定位置前分次对控制点读数，以保证试验的安全。三、桥梁静载试验的方案设计车辆荷载的分级可以采用逐渐增加车辆的数量及列车位于控制截面内力影响线不同位置的方法。加载轮位允许偏差为±10cm。

根据加载设备的不同，可以采用以下两种加卸载方式：一是单次逐级递加到最大荷载，然后逐级卸载至零级荷载，这种方法适用于重物加载；二是每次加载后都卸载到零级荷载，且每次加载量逐级增加，直到最大值，这种方法适用于车辆加载，要求每次加载时，荷载的位置必须准确，卸载车辆应当退至结构影响区之外。三、桥梁静载试验的方案设计3.加载时间

为了降低温度变化对测试结果的影响，静载试验应当尽量安排在晚上22时至次日凌晨6时的时间段内进行。三、桥梁静载试验的方案设计（四）桥梁观测方案

在施加荷载之后，应当进行桥梁结构响应的观测，这时需要根据试验的目的和要求，确定观测项目、测点位置、测点数量，并且选择合适的观测仪器仪表。三、桥梁静载试验的方案设计1.观测内容

桥梁在荷载作用下主要产生两类变形：一是能够反映结构的整体状况的变形，如挠度、转角和支座位移等，称为整体变形；一是能够反映结构的局部工作状况的变形，如纤维变形、裂缝及局部挤压等，称为局部变形。三、桥梁静载试验的方案设计

在进行观测项目确定时，首先应当考虑结构的整体变形，同时也要注意结构的局部变形。

在选择观测项目和测点位置时应当能够满足分析和推断结构工作状态的需要。

一般来说，静载试验需要观测的内容包括：结构的最大挠度、支座沉降、结构的最大应变和中性轴的位置、支座附近截面的主拉应力、活动支座的变化以及裂缝的出现和扩展状况等。三、桥梁静载试验的方案设计2.测点布置测量部位的选择和测点布置应当遵循下列原则：①在满足试验目的的前提下，测点的数量和布置必须充分、足够，但是数量也应适宜，不要过多，以免造成工作量过大；②必须选择具有代表性的测点，以便于计算分析；③为了确保试验安全和方便，测点的位置尽量集中，对于一些危险区段的观测，应当采取足够的安全措施；④应利用结构的对称性布置一些校核性测点，以保证测量数量可靠。三、桥梁静载试验的方案设计3.测试仪器的选择与观测方法

选择测试仪器的基本原则是：根据试验测试项目、环境条件合理选择相应的量测仪器，不要盲目的追求精度，仪器的量程规格尽量一致。最常见的观测项目是位移、应变和裂缝，相应的观测方法和常见仪器包括：三、桥梁静载试验的方案设计①位移测量的方法主要分两类：一是接触式测量，包括机械测量法和电测法，常用的仪器有挠度计、百分表、千分表和位移传感器等；二是非接触式测量，以高精度测量为主，如精密水准测量、经纬仪测量和摄像测量等，常用的设备包括精密水准仪、高精度经纬仪、摄像经纬仪等。三、桥梁静载试验的方案设计②为了测量结构的主应力，在进行应变测量时一般需要按照直角坐标系均匀布点，每个测点按照三个方向布设成一侧应变花形式。常用的仪器有千分表、应变片、应变花、杠杆引伸仪、手持应变仪、钢筋应变计和电阻应变仪等。③裂缝观测主要靠目测或用刻度放大镜，有时也可以通过布设跨裂缝测点的方式判断裂缝是否扩展。三、桥梁静载试验的方案设计4.桥梁加载实施及控制桥梁加载的实施应当在试验指挥人员的指挥下，严格的按照试验方案中拟定的加载程序进行加载。在加载试验的过程中，要及时对控制测点的变位或应变进行分析，随时观察结构的薄弱环节。三、桥梁静载试验的方案设计当出现下列情形时，应当中止加载试验：（1）控制测点的应力或者挠度超过理论计算值和规范容许值；（2）加载过程中结构出现了超过规范允许宽度的裂缝，对结构的寿命造成明显的影响；（3）桥梁墩台变位超过允许值且不能保持稳定；（4）发生其他损坏，影响了桥梁的承载能力和正常使用。四、静载试验数据处理

通过静载试验得到的原始测量数据、文字和图像描述材料作为静载试验最重要的资料。虽然它们是可靠的，但是这些原始资料数量庞大、不直观，不能够直接用于评定桥梁的承载能力。因此，在进行桥梁状态评定前必须对所采集到的资料进行处理和分析，去粗取精，去伪存真，得出直接进行桥梁结构承载能力评定的指标，以满足承载评定的需要。四、静载试验数据处理通过对静载试验数据的处理，对结构在最不利荷载工况下主要控制测点的位移、应力实测值和理论值进行分析，分别绘出荷载—位移曲线、荷载—应力曲线，并绘出最不利荷载作用下位移沿结构的分布曲线和控制截面的应变分布图，绘制结构裂缝分布图，并采用照相或录像的方式记录结构的破坏部位和破坏形态。四、静载试验数据处理根据荷载-变形曲线的形状与特征点，可以研究试验结构的工作状态。荷载—变形曲线的陡缓说明了试验结构刚度的大小，曲线越陡，说明结构的刚度越大。在试验曲线形状变化的地方，应当结合结构中某些特殊的现象以及其他的量测项目进行综合分析。五、桥梁技术状态评估方法

一般情况下，应当对桥梁的结构工作状态、刚度、强度与稳定性、裂缝等方面进行评估。主要评价指标有两方面：一是依据控制测点的实测值与理论值的比较，说明结构的工作性能及安全储备；二是依据控制测点的实测值与规范规定的允许值的比较，说明结构所处的工作状况。五、桥梁技术状态评估方法（一）桥梁结构工作状况评估1.基于校验系数的评估

为了量化结构的性能参数，比较试验值与理论分析值，一般采用结构校验系数的概念：五、桥梁技术状态评估方法2.基于实测值与理论值关系曲线的评估

因为理论的变形（或应变）一般是按照线性关系计算的，所以如果测点的实测弹性变形（或应变）与理论计算值成正比，其关系曲线接近于直线时，说明结构处于良好的弹性工作状态。五、桥梁技术状态评估方法3.基于相对残余变形（或应变）的评估

在控制荷载工况的作用下测点的相对残余变形（或应变）越小，则说明结构越结构弹性工作状态。一般要求相对残余变形值不超过20%，若超过20%，则应当查明原因。如果确实是桥梁结构的强度不足，在桥梁结构评定时，应当酌情降低桥梁的承载能力。五、桥梁技