桥梁工程检测及荷载试验

1、桥梁检查的一般程序,第一阶段：准备阶段。其包括接受委托、收集资料、现场勘察以及编制桥梁检测方案四项内容。 桥梁检测方案一般包括：检测目的； 检测方法；检测内容；测量方法； 检测程序；检测进度；安全措施； 附录(如经费预算、仪器设备清单等)。,桥梁检查的一般程序,第二阶段：外业检测阶段。主要是设备安装和数据采集。 第三阶段：分析报告阶段。即根据外业采集的数据，进行统计分析和计算，并编写桥梁检测报告。 桥梁分析报告一般包括：试验与检测概况试验目的；试验对象的简介及考察；实验方法及依据；试验情况及问题；试验成果处理及分析；技术结论；附录。,桥梁检查的一般程序,第三节 桥梁结构检测的主要内容,桥梁外观

2、病害检查 桥梁结构材料检测 桥梁荷载试验,桥梁外观病害检查,目的：桥梁结构的外观损坏状况，打分,桥梁结构材料检测,目的：深入了解桥梁结构材料的工作状态及潜在的不利影响，并预测发展趋势,桥梁荷载试验,目的：施加设计荷载，判断桥梁结构的实际承载能力,第四节 桥梁结构检测的 常用仪器及技术指标,桥梁检测常用仪器设备分类 测量仪器的主要性能指标 桥梁检测仪器的选择,桥梁检测常用仪器设备分类,常规质量检查常用仪器,桥梁检测常用仪器设备分类,材料性能及损伤情况检测的主要仪器,桥梁检测常用仪器设备分类,荷载试验的主要仪器,量测仪器的主要性能指标,量程：仪器可测量的最大范围。,刻度值：仪器最小分度值。,精确度

3、：仪器示值与被测值的符合程度。,灵敏度：仪器对被测物理量的反应。,分辨率：仪器测量被测物理量最小变化值 的能力。,量测仪器的主要性能指标,线性度：仪器校准曲线与理想拟合直线的接近程度(%)。,稳定性：在被测值不变时，仪器在规定时间内保持示值与特性参数不变的能力。,量测仪器的主要性能指标,重复性：仪器多次测量同一被测值示值保持不变的能力。,频响特性：输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性(动测仪器)。,桥梁检测仪器的选择,根据检测目的及要求选择合适的检测手段及相应的检测仪器设备,测量仪器的精度和灵敏度合适,测量仪器的量程合适,动态测量仪器的频响特性要满足试验要求,安装使用方便，稳定性和

4、重复性好；,最小刻度值115%Fmid或Fmin115%Fmid或Fmin85%Fmid时，加测的2个拔出力值和最小拔出力值一起平均，再与前一次的拔出力中间值比较，取较小值作为该构件拔出力计算值。,各种强度检测方法的比较和综合应用,第二节 桥梁损伤缺陷及损伤程度检测,常见混凝土缺陷类型,混凝土裂缝形态及宽度观测,超声法检测混凝土各种缺陷的位置及大小,冲击回波法检测混凝土缺陷,红外成像法检测混凝土缺陷,雷达法检测混凝土缺陷,混凝土内部钢筋位置、直径及保护层厚度的检测,钢筋锈蚀程度的检测,钢材及焊缝检测,常见混凝土缺陷类型,1 混凝土裂缝：受力因素或非受力因素,2 混凝土内部缺陷,蜂窝状不密实或空

5、洞,预应力管灌浆灌注不满,结合面,3 混凝土表面损伤：火灾、冻伤，表面疏松,4 混凝土内部钢筋损伤,位置、直径、保护层厚度、锈蚀,5 钢材及焊缝缺陷：强度、缺陷,混凝土裂缝形态及宽度观测,裂缝检测的目的：,钢筋混凝土结构开裂后，对于桥梁结构的承载能力和耐久性的影响非常大： 降低了混凝土的有效截面； 宽度大水分及酸性物质构件内部破坏了碱性状态碳化速度加快钢筋锈蚀钢筋的有效截面也大大降低体积膨胀沿(主要是主筋)方向的纵向裂缝钢筋锈蚀更迅速地发展混凝土保护层脱漏、掉角及露筋,根据裂缝的形式、分布、宽度、深度等现象推断产生裂缝的原因。,混凝土裂缝形态及宽度观测,受力裂缝：,设计方面：构件承载能力不足；

6、细部承载能力不足；细部构造不合理；设计计算和实际构件受力不符；结构物差异沉降产生裂缝；结构物的温度变形产生的裂缝。,使用方面：发生超载现象；地震、爆炸等冲击作用。,混凝土裂缝形态及宽度观测,非受力裂缝：,材料方面：水泥非正常凝结或膨胀；水泥水化热产生的温升；配合比不当或外加剂使用不当或用量过多；骨料中用碱性骨料；混凝土干缩。,施工方面：掺和料拌和不均匀；搅拌和运输时间过长；配合比改变或振捣不充分；浇注速度太快或建筑顺序不合适；硬化前受到振动和加荷；初期养护时急剧干燥或初期冻害；施工缝处理不当；混凝土终凝前钢筋被扰动；保护层厚度不足或水泥将过多；模板漏浆、漏水、模板变形或过早拆模；预应力张拉时张

7、拉力过大。,混凝土裂缝形态及宽度观测,非受力裂缝：,基础方面：地基不均匀沉降。,环境和使用方面：环境温湿度发生急剧变化；干湿循环作用；冻融循环；环境侵蚀使混凝土或钢筋腐蚀；撞击、磨损、冲蚀等作用；高温作用；钢筋锈蚀体积膨胀使混凝土保护层脱落开裂；灾害损伤等。,混凝土裂缝形态及宽度观测,受力裂缝类型及产生的原因与裂缝形态的关系,受弯裂缝：形态特征为从受拉边缘开始，正弯段呈垂直U形，即下宽上窄，负弯段呈倒U形，即上宽下窄，一般出现在受弯最大处，且与梁近似垂直，其裂缝宽度及延伸高度与梁的配筋情况有关，一般来说，少筋梁通常只有一条裂缝，裂缝宽度较大，延伸较高；适筋梁裂缝数量较多，裂缝宽度较小，一般延伸

8、至梁高的0.60.8处；超筋梁裂缝数量很多，裂缝宽度不大，延伸高度较小，裂缝密集。,剪拉裂缝：斜向裂缝，与弯起钢筋垂直，其裂缝宽度两端略小，中部较大。,混凝土裂缝形态及宽度观测,受力裂缝类型及产生的原因与裂缝形态的关系,剪压裂缝：一般位于集中荷载处，裂缝宽度为上宽下窄，混凝土呈柱状开裂。,受压裂缝：一般呈竖向，裂缝宽度上宽下窄，压力最大处有压碎迹象。,轴拉裂缝：的形态特征为沿截面四周出现贯通裂缝，宽度及间距均匀。,混凝土裂缝形态及宽度观测,非受力裂缝类型及产生的原因与裂缝形态的关系,塑性收缩裂缝：在在养护过程中没有及时补充足够的水分，特别是浇注底面不易进行养护，容易产生网状裂缝。,温度收缩裂缝

9、：当混凝土结构使用环境的温差过大(上、下表面温度或内、外部温度相差超过25)，混凝土表面产生温度裂缝，其形态为上宽下窄，一般为贯通性裂缝。桥面通常出现该类裂缝。,混凝土收缩裂缝：混凝土结硬过程中，混凝土产生体积收缩，内部出现拉力，产生收缩裂缝，裂缝形态特征为枣核形。产生的主要原因为混凝土的水灰比过大，水泥用量过多，加之养护条件差所致，特别是在冬季。,混凝土收缩裂缝,混凝土裂缝形态及宽度观测,非受力裂缝类型及产生的原因与裂缝形态的关系,混凝土降温收缩裂缝：突然降温(白天暴晒、晚上暴雨)，沿构件长度均匀分布，裂缝宽度较均匀，一般为贯通性裂缝。,预应力结构的非受力裂缝：预应力结构的非受力裂缝主要包括

10、预应力反供裂缝、大型面板放张端肋裂缝等。,地基不均匀沉降变形裂缝：,受拉,受拉,混凝土裂缝形态及宽度观测,裂缝位置、延伸长度及走向的检查,裂缝位置及走向检查的主要内容就是绘制裂缝展开图，通过裂缝展开图上的裂缝分布情况及裂缝的发展情况，可以基本分析出裂缝的类型及产生的原因。检查裂缝位置、延伸长度及走向的工具主要为钢卷尺或钢直尺等。,无侵蚀介质，无防渗要求，允许最大裂缝宽度为0.3mm； 轻微侵蚀，无防渗要求，允许最大裂缝宽度为0.2mm； 严重侵蚀，有防渗要求，允许最大裂缝宽度为0.1mm；,裂缝宽度的检查,混凝土裂缝形态及宽度观测,裂缝宽度的评定,超声法检测混凝土各种缺陷的位置及大小,原理,混

11、凝土缺陷的超声法检测的基本依据是利用超声脉冲波在技术条件相同(指混凝土原材料、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)、接收波的波幅和频率等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷。,超声法检测混凝土各种缺陷的位置及大小,常见混凝土缺陷类型,S19-S20(4-6)跨，离S194约6m处，距外环侧底板边缘20 m处，混凝土不密实、空洞、钢筋锈蚀严重情况,S2-S4(4-5)跨，离S44约3m处，外环侧底板边缘混凝土不密实、空洞情况,超声法检测混凝土各种缺陷的位置及大小,规范,超声法检测混凝土缺陷技术规程CECS21:2000。,混凝土表面裂缝深度的检查,浅裂缝：500mm的表面

12、裂缝,平测法,混凝土表面裂缝深度的检查,浅裂缝：500mm的表面裂缝,钻孔法,混凝土内部缺陷的检测,测试方法：,由于混凝土内部的隐蔽缺陷情况不是直观的，一般要根据现场施工记录和外观质量(如是否有蜂窝、麻面等)情况，或者在结构的使用过程中出现了质量问题而怀疑混凝土内部可能存在的缺陷，其位置只是大致的，因此这类缺陷的测试区域，一般总要大于所怀疑的范围，或者首先作大范围的粗测，根据粗测情况再着重对可疑区域进行细测。,混凝土内部缺陷的检测,对测法,浇筑结合面检测图,混凝土内部空洞检测,混凝土内部缺陷的检测,斜测法,混凝土内部缺陷的检测,钻孔法,埋管法,D800mm,800mmD2000mm,D2000

13、mm,北,(a)对测,(b)斜测,(c)交叉斜测,(d)扇形扫测,混凝土内部缺陷的检测,内部缺陷的判定方法,概率法,数据排序、确定可疑点、比较,确定异常点,内部缺陷的判定方法,声速低限值法,概率法的局限性：漏判、错判,当声速小于预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果并结合本地区实际经验确定的声速低限值时，可判为异常点,内部缺陷的判定方法,PSD判据法斜率法,内部缺陷的判定方法,波幅判据,波幅异常的临界值为同一检测区域各测点波幅平均值的一半，波幅可判定为异常。,主频判据,声波接收信号主频漂移越低，该测点的混凝土质量就越差。,(6) 实测声波波形,记录正常波形及通过损伤区域混凝土的波形。

14、,缺陷性质及大小的判定,夹层式缺陷,声速、波幅和频率均大幅下降，波形严重畸变，有时可能甚至无法采集到首波,缺陷性质及大小的判定,空洞情况,波速下降较大，波幅有一定程度的下降，但频率和波形变化不大。,缺陷性质及大小的判定,内部有蜂窝状不密实区的情况,绕过和穿透两种情况。,混凝土表面损伤检测,检测原理,b2,hf,b1,6-3 混凝土缺陷的超声波检测,二、低应变反射波法检测桩基完整性,冲击回波法检测混凝土缺陷,检测原理,冲击回波法检测混凝土缺陷,数据分析,(a)合格板厚,(b)内部存在明显缺陷的板,红外成像法检测混凝土缺陷,基本原理,红外无损检测是测量通过物体的热量和热流来鉴定该物体质量的一种方法

15、。当物体内部存在裂缝和缺陷时它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布产生差别。利用红外成像的检测仪测量它的不同辐射，可以检查混凝土的缺陷，进而监测其发展变化特征。,红外成像法检测混凝土缺陷,特点,适用于非接触、广视域的大面积无损检测,应用,(1) 结构因火灾、冻融、侵蚀出现的缺陷评价,(2) 裂缝检测,(3) 渗漏水检测,雷达法检测混凝土缺陷,原理,雷达法检测技术是以电磁波作为传递信息的，而电磁波在介质中的传播速度、折射、反射等参数都与介质的电磁特性(相对介电常数、磁导率等)有关，当介质中有异物如气孔、夹杂、裂隙等存在时，均会使电磁波传播速度、方向、能量等受到影响，产生反射、散射、衰减等，从而

16、在电磁波接受信号上反应出来。这就是电磁波检测的依据。,依据：材料的导电性越强，介电常数越大 相对介电常数越小，则电磁波越容易穿透。,雷达法检测混凝土缺陷,原理,雷达法检测混凝土缺陷,图片,雷达法检测混凝土缺陷,波形,雷达法检测混凝土缺陷,波形,各种混凝土缺陷检测方法的比较,混凝土内部钢筋位置、直径及 保护层厚度的检测,原理,混凝土是带弱磁性的材料，而结构内配置的钢筋是带有强磁性的材料。当混凝土没有钢筋时，其中的磁场是均匀分布的，配置钢筋后，就会使磁力线集中于沿钢筋的方向。,利用电磁感应原理测定钢筋混凝土内的 磁场分布情况，确定钢筋位置及尺寸。,混凝土弱磁场 钢筋强磁场,混凝土内部钢筋位置、直径

17、及 保护层厚度的检测,原理,1.试件；2.探头；3.平衡电源；4.可变电阻；5.平衡整流器； 6.电解电容；7.分档电阻；8.电流表；9.整流器,混凝土内部钢筋位置、直径及 保护层厚度的检测,实测,混凝土内部钢筋位置、直径及 保护层厚度的检测,实测,钢筋距探头越近，钢筋直径越粗，磁感应强度越大，相位差也越大。,测试试件要求：配筋稀疏，保护层较薄，钢筋布置在同一平面或在不同平面内距离较大。,钢筋锈蚀程度的检测,原理,混凝土碱性材料钢筋不锈蚀,混凝土开裂、碳化 钢筋锈蚀,钢筋锈蚀电化学过程腐蚀电流电位变化,钢筋锈蚀钢筋有效截面积减小，混凝土剥落,钢筋锈蚀程度的检测,实测,钢筋锈蚀程度的检测,判定标

18、准,混凝土中钢筋检测技术规程JGJ/T152-2008,钢材及焊缝检测,钢材强度,表面硬度法间接推断钢材强度。,布氏硬度计,用一定力将硬度计端部的钢珠压在待测钢材表面和已知硬度标准试样上，产生不同的凹痕直径。,钢材及焊缝检测,钢材及焊缝缺陷,超声脉冲反射法,超声波经脉冲换能器(也称探头)发射后进入被测材料中传播，当通过材料不同介面(构件材料表面、内部缺陷和构件低面)时，会产生部分反射。,钢材及焊缝检测,钢材及焊缝缺陷,超声脉冲反射法,钢材及焊缝检测,钢材及焊缝缺陷,磁粉探伤,材料均匀磁力线一致 裂纹、空洞和非磁性夹杂物磁力线便产生偏转 磁粉撒向试件表面磁力线即被局部磁场吸住,射线探伤(X射线和

19、射线),物质吸收射线的程度，因物质本身的密实程度而异 密实吸收强衰减大 缺陷不密实透过试件的射线较强,第四章 桥梁荷载试验及工作性能评定,第一节 桥梁静载试验,第二节 桥梁动载试验,桥梁静载试验,桥梁现状及历史资料的调查,加载方案与实施,检查架与仪表架的搭设,桥梁试验孔(墩、台)的选择,桥梁静载试验工作状况评定,观测项目的确定,桥梁现状及历史资料的调查,桥梁的主要技术资料,桥梁现状的细部检查,材质及地基的检验,桥梁试验孔(墩、台)的选择,选择一跨或几跨进行荷载试验,受力最不利、结构技术状况较差，或病害多而严重,便于搭设脚手架和设置测点以及加荷方便的桥孔,检查架与仪表架的搭设,方便观测仪表和裂缝

20、,经济、方便、安全为原则,检查架与仪表架应完全脱离,加载方案与实施,加载试验项目的确定,对称加载,偏载,加载方案与实施,试验荷载的确定与布置,控制荷载的确定,标准汽车,挂车或履带车,需通行的超重车辆,静载试验效率系数等效荷载,(0.81.05),人群荷载,加载方案与实施,加载设备的选择,汽车、重物,试验荷载分级与加载方式,分级加载：方便时45级，困难时23级,加载时间选择与静力荷载持续时间,气温变化不大、外界天气条件较好(晚上),持续时间：结构最大变位达到相对稳定,常用荷载等级：60%、80%、90%、100%,观测项目的确定,结构的最大挠度、支座沉降、梁端转角、梁端纵向位移、墩顶横向和纵向位

21、移、结构最大拉、压应力和中和轴位置、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。,观测项目的确定,主要测点的布设,测点的布设不宜过多，但要保证观测质量。有条件时，同一测点可用不同的测试方法进行校对，一般情况下，对主要测点的布设应能控制结构的最大应力(应变)和最大挠度(或位移)。,桥梁动载试验,目的,桥梁结构动力特性的测定,桥梁动力系数测定,桥梁动载试验,目的,实测桥梁的自振频率决定桥梁的总体刚度和整体性。,实测阻尼大小直接影响桥梁动态响应大小，并可判断桥梁结构开裂状态。,实测桥梁模态振型决定桥梁振动形态，与结构动力计算分析结果进行比较，确定结构是否受到损伤。,桥梁振动的振幅

22、表示桥梁振动的剧烈度，影响行车舒适和安全。,动载试验的实测冲击系数须小于设计规范采用值，否则应提高桥面平整度或对行车限速。,桥梁结构动力特性的测定,原理,进行结构动力特性测试时，采用一定的激振方法，使结构按照其固有频率进行振动，安装在结构各测点上的测振传感器可以感受到结构的振动，而与测振传感器连接的动态数据采集分析则记录下结构的振动曲线，并通过分析软件的计算分析即可得到结构的动力特性参数(自振频率、阻尼、振型)。,桥梁结构动力特性的测定,自振频率计算分析,T,nT,桥梁结构动力特性的测定,阻尼比计算分析,桥梁结构动力特性的测定,振型计算分析,桥梁结构动力特性的测定,计算分析,桥梁结构动力特性的

23、测定,脉动法计算分析,桥梁动力系数测定,定义,桥梁结构动力系数即移动荷载在桥梁上引起的动力增大效应,挠度动力系数 应力动力系数,桥梁动力系数测定,试验方法,有轨动荷载,以各种速度通过结构物,以慢速通过结构物,桥梁动力系数测定,试验方法,有障碍行车冲击系数,铁路桥梁检定评定参考标准,1 中国铁路桥梁检定规范（2004） 铁路桥梁刚度的参考限值表。 1.1 当列车静活载（换算至中活载）作用时，实测桥梁跨中竖向挠跨比通常值见表1.1。,表1.1 竖向挠跨比通常值,注：h为梁高；L为跨度。,1.2 采用橡胶支座的中小跨度钢筋混凝土或预应力混凝土桥梁，列车通过时，支座横向位移不应超过2mm。 1.3 桥

24、跨结构横向刚度的检验标准。 (1) 列车通过时，各类简支桥跨结构在荷载平面处跨中横向振幅行车安全限值Amax5%见表1.3-1。,注：L为跨度（m）。,表1.3-1 桥跨结构横向振幅行车安全限值Amax5%,(2) 当列车通过时，桥跨结构在荷载平面的横向振动加速度amax不应超过1.4m/s2。 (3) 客货列车正常运行时，各类简支桥跨结构在荷载平面处跨中最大横向振幅和最低横向自振频率的通常值见表1.3-2。,1.3-2 桥跨结构横向刚度的通常值,注：L为跨度(m)；B：钢梁为主梁中心距(m)，预应力混凝土梁为支座中心距（m）。,1.4 为了保证空载货车（或混编货车）通过时车轮抗脱轨的安全度，

25、适应不同车速条件的桥跨结构横向自振频率f不宜小于表1.4所列的值。,表1.4 适应不同车速条件的桥跨结构横向自振频率f值,注：L为跨度（m）；H为桁梁高（m）。,1.5 铁路桥梁墩顶横向振幅及桥墩横向自振频率通常值见表1.5-1。,表1.5-1 墩顶横向振幅及桥墩横向自振频率通常值,注：H为墩全高（自基底或桩承台底至墩顶）（m）；H1为墩高（自基顶或桩承台顶至墩顶）（m）；B为墩身横向平均宽度（m）。,1.6 各类桥梁结构当按平面理论分析、桥道纵梁按简支计算时，其结构校验系数通常值一般符合表1.6的规定。当不符合时，应分析其原因。 由车辆活载或中活载引起的跨中竖向挠度理论计算值可按附录U推荐的

26、公式或按相应的结构力学计算得出。,表1.6 结构校验系数通常值,2 中国铁路桥涵设计规范（TBJ2-96） 第四章钢结构中提出：“在一般情况下，主桁（主梁）的中心距不宜小于跨度的1/20，使具有必要的横向刚度。” 3 前苏联 （1）公路、铁路、城市道路桥涵设计规范CHUII2.05.03-842 在第一章总则，“结构的变形、位移和纵断面线形”节中，提出：铁路桥中钢及结合梁简支上部结构的横向计算自振周期不应大于0.01l，并不超过1.5秒。 （2）对於“旅客列车车速160km/h，货车车速100km/h”铁路线上桥梁设计和养护的建议（附录3）中，1.3节关于“容许变形”中提到：在高速铁路上，应当

27、采用足够刚性的结构，当桥跨结构有比较大的挠度时，将增加竖向及横向不平顺，使车厢在桥上的振动加大。横向振动是由于车厢的随机冲击作用及风荷载所引起，桥跨结构的容许横向挠度建议取l/5000。 竖向挠度限制值（前苏联）：fnl/（800-1.25l）l/600,日本 （1）日本铁路结构设计标准（1992）第7章使用极限状态检算中，关于桥梁结构横向刚度检算中提出：“通常，结构在水平方向是有足够的刚度，所以本标准对水平方向的挠度限制值未作特别规定。如认为水平方向刚度较小时，一般可按不超过垂直方向挠度限制值的1/2进行设计”。 为了表示具体数值，因此在附录取中将日本铁路结构设计标准中有关于竖向挠度限制列出

28、。当车速在130km/h至160km/h间时，多孔桥梁的竖向挠度限值为 ：,（2）日本国铁研究所 对于列车在线路上脱轨的临界情况进行了一系列研究。通过模型试验，认为当列车的水平加速度达到0.1g0.2g时，容易脱轨。根据近似的简化的推导，提出桥梁跨中横向振幅Amax应小于下式：,式中 V车速（km/h） L桥梁跨度m f桥梁横向自振频率（Hz） Amax跨中横向最大振幅（mm）,20L50,L50,0L20,20L50,L50,0L20,相应的横向挠度限值为：,下表中表示代入相应车速v及f时，上式的表达型式：,日本国铁研究所限值公式,UICCode国际铁路联盟规范（1981） v200km/h

29、,横向刚度限值公式汇总,预应力混凝土桥,l50m；,l50m；,附录1,竖向挠度限制值（日本铁路设计标准1992）,桥梁静载试验工作状况评定,校验系数：,曲线(实测与理论接近线性) 相对残余变位(小),宣杭线东苕溪特大桥主桥动载试验,试 验 方 案,铁道第四勘察设计院 西南交通大学结构工程试验中心 二五年七月二十二日,一、概述,东苕溪特大桥位于在建的宣杭线上，起始里程为DK189+905.78，跨越太湖南部主要河流东苕溪，其主桥为一座下承式提篮拱桥，桥梁全长116m，计算跨径112m，矢跨比f/l=1:5，拱肋采用悬链线线型，拱肋平面内矢高22.4m，拱轴系数1.347。拱肋横截面采用哑铃形钢

30、管混凝土，截面高度h=3.0m，钢管直径1000mm，由厚16mm的钢板卷制而成，每根拱肋的上下弦管之间用=16mm的腹板连接。拱肋在横桥向内倾13，拱顶两肋中心距3.32m，拱脚处两肋中心距12.82m。全桥吊杆布置采用尼尔森体系，吊杆平面内吊杆水平夹角在52.1068.78之间，横桥向水平夹角为77，吊杆间距8m， 吊杆均采用109根7的平行钢丝束。系杆采用体外预应力索的形式，全桥设16束25-75成品体外索，系杆与系梁无粘结，进入拱脚实体部分及横隔板处用外套钢管分离。主桥共设4个27500 kN的支座，由1个固定支座、2个单向活动支座和1个多向活动支座组成。拱肋刚管采用Q345q-D钢，

31、拱肋管钢内填充C45混凝土。桥墩墩身设计成T型，按钢筋混凝土实体墩设计，基础采用钻孔桩，主跨侧横桥向宽16.0m，简支边跨侧横桥向宽9.4m。 线路等级为I级，设计荷载为中活载，电力机车牵引，一次双线设计。 该桥即将竣工，受宣杭线建设指挥部委托，铁道第四勘察设计院联合西南交通大学对此桥进行动载试验，为更好的完成试验工作，特制定本试验方案。,二、试验目的,1、测定桥梁的横向刚度是否满足有关要求； 2、测定拱顶在列车荷载作用下的最大竖、横向位移； 3、测量拱在列车荷载作用下的最大竖向、横向振幅，提供桥梁的动力系数； 4、根据拱、梁在列车荷载作用下的频响曲线，求出拱、梁的阻尼系数； 5、测量梁在列车

32、荷载作用下的最大横向及竖向加速度值，判断运营安全性和旅客舒适度与车桥耦合动力分析计算结果作比较，验证设计结果； 6、测定全桥的固有频率； 7、了解桥梁的动力性能，论证其抗震性能； 8、为桥梁运营提供注意事项； 9、为桥梁结构建立永久性技术档案。,三、试验依据,1、铁路桥涵设计基本规范(TB10002.199)； 2、铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.299)； 3、铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.399)； 4、钢管混凝土结构设计与施工规程(CECS 28:90)； 5、大跨径混凝土桥梁的试验方法(YC4-4/1982)； 6、铁路桥涵设计基本规范(TB10

33、002.199)； 7、铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.299)； 8、铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.399)； 10、钢管混凝土结构设计与施工规程(CECS 28:90)； 11、大跨径混凝土桥梁的试验方法(YC4-4/1982)； 12、铁路桥梁检定规范2004； 13、东苕溪大桥设计文件； 14、参考国内外其他同类型桥梁的荷载试验方法进行； 15、东苕溪大桥设计文件； 16、参考国内外其他同类型桥梁的荷载试验方法进行。,四、动载试验项目,1、脉动试验 测定全桥的13阶自振频率、振型及阻尼比； 2、结构动力系数 利用动应力或挠度曲线推求桥跨结构的动力

34、系数； 3、列车制动试验 主要用于测定在车辆制动荷载作用下桥跨结构的动载响应，列车以3040km/h的速度运行，在桥梁指定部位制动，记录振动信号，测试桥梁指定部位在行车荷载作用下的动力响应，分析桥梁在制动冲击荷载作用下的动应力、振幅以及振动频率、阻尼特性。,4、行车试验 主要用于测定运行车辆荷载作用下桥跨结构的动载响应，单线列车以1090km/h的速度驶过桥梁，双线列车对开最大速度90km/h，并以不同速度在桥梁上交汇。记录振动信号，测试桥梁指定部位在行车荷载作用下的动力响应，分析桥梁在行车冲击荷载作用下的动应力、振幅以及振动频率、阻尼特性。,五、动载试验荷载,1、动载加载采用列车中活载的换算

35、荷载加载，采用双线加载，单列货车由2辆东风4型机车及9辆C62敞篷车组成。 2、动载加载形式为行车试验及制动试验； 3、自振测试采用脉动法(环境激励)进行测试，必要时采用余振法(重车激振)。 4、结构动力系数：利用动应力或挠度曲线推求桥梁的动力系数； 为测量拱圈在列车荷载作用下的最大横向、竖向加速度值，最大横向、竖向振幅值在拱顶布置了加速度计、拾振器和速度传感器来测量拱圈的加速度和振幅值。,东风4机车简图,敞篷车C62荷载简图,C62,22 t,22 t,22 t,22 t,22 t,1.75,1.75,8.7,13.438,六、试验测试内容及方法,（一）试验观测项目 1、静停试验，模拟桥梁在

36、单线、双向满载 受力下的静力响应，静停试验主要测试主拱应力、挠度，主梁变形，吊杆受力情况； 2、脉动试验，在桥梁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的桥跨结构微幅振动响应，脉动试验主要测定桥跨结构下列固有模态频率，振型和临界阻尼比；,3、行车试验，用加载列车，以每小时30、 40、50、 60km/h的速度通过桥跨结构，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动载反应以及横向振幅及增大效应； 4、制动试验，用加载车以不同速度30 40km/h通过桥跨结构，并在试验截面进行刹车制动，测量相应截面内力及变形、纵、横向振幅及增大效应。 （二）试验数据测试及

37、处理方法 1、应变测试 应力采用电阻应变仪进行测试。为了消除温度变化的影响，对每个电阻应变片均配有相应的温度补偿片。,2、挠度、位移测试 挠度分别采用全站仪及光电挠度计进行测量。测量结果以全站仪为准，光电挠度计仅作校核用，以确保试验结果的可靠性。 位移测试中，对桥梁纵向、横向和竖向位移都进行全面观测。 对每个静停工况均进行两次加载试验。两次的实测位移及应力进行比较，可取其平均值作为最终试验结果。 按工况并以轮位图加载，测量各类数据(应力、挠度等)。应力、挠度及位移测试流程图分别见图6.2.1、图6.2.2。 动挠度由BJQN-4型桥梁光电挠度仪配便携计算机测记。,3、自振特性测试 采用脉动法或

38、重车激振余振法进行自振频率测试，由加速度传感器作拾振器，经电荷放大到磁带机内，然后进行信号回放处理。 通过对脉动及列车过桥后的余振波形进行谱分析，得到脉动时桥梁的自振频率及阻尼比。对过桥时及过桥后的波形进行谱分析，绘制典型的传递函数及相干函数分析曲线以及典型的竖向脉动幅值谱分析曲线。 一般情况下，桥面系对竖向刚度的影响及桥梁顺桥向的约束作用较大。用余振波形分析得到的频率除顺桥向外，与脉动测试结果十分接近。,4、振动加速度测试 桥跨结构测点振动加速度，采用伺服加速度传感器，配伺服放大器由磁带机或计算机记录其输出信号。通过对拾振器及加速度传感器记录到的位移及加速度时程曲线进行峰峰值的扫描分析，求出

39、桥梁结构的最大位移及加速度振幅。通过对各振动信号进行幅值与相位谱、功率谱、相干函数分析，得出桥跨结构的自振频率。通过对脉动波形及列车过桥后的余振波形进行传递函数、相干函数及功率谱分析，得出各阶振动频率，并通过功率谱密度函数分析得出桥梁结构的振型。,5、动力系数测试 用动应变及光电挠度计测得的桥梁动力系数。实测主桥跨中的最大应变冲击系数及最大挠度动力系数，如与设计值比较接近，则表明桥梁振动动力效应满足设计要求。 6、振幅(峰峰值)测试 桥梁各测点在各种速度过车及制动时的振动幅值测量。并绘制典型的振动时程曲线。桥梁在列车作用下的横向水平振幅，直接反映了桥梁的横向刚度。通过实测的横向振幅来评价桥梁的

40、横向刚度是目前唯一可靠的评价尺度。,我国铁路桥梁检定规范(2004)中规定，对预应力钢筋混凝土简支梁，实测跨中横向最大振幅(单峰值，mm)应满足下式的规定： (1) 式中：L为跨度(m)。 前苏联桥梁检定规程的规定为，水平振幅 ，大于我国规范的规定。 铁路桥梁检定规范(2004)，对实测墩顶横向最大振幅(单峰值，mm)的规定为： (2) 式中： 为墩高(m)，B为墩身横向宽度(m)。 实测值与我国铁路桥梁检定规范进行比较；梁顶面实测横向最大振幅与规范限值进行比较。,（三）试验测试内容及测点布置 静停试验及动载试验(包括脉动试验、无障碍行车试验和列车制动试验)的测试内容包括： 1、结构的挠度、应

41、变； 2、结构振型及固有频率、阻尼； 3、静停荷载(单向、双向)作用下，试验截面(主拱拱脚、L/4和拱顶4、面、梁体跨中节段L /2截面)的应力； 4、静停荷载(单向、双向)作用下，拱肋L /4、L /2、3 L /4挠度； 5、静停荷载(单向、双向)作用下，跨中吊杆应力(伸长量)；,6、激振荷载(单向行车、双向行车和制动冲击)作用下，拱肋L /4和L /2截面的动应力、动挠度、加速度、振幅、跨中吊杆应力(伸长量) ； 7、激振荷载(单向行车、双向行车和制动冲击)作用下，梁体跨中节段的动应力、动挠度、加速度、振幅、跨中吊杆应力(伸长量) ； 具体的试验截面及测点布置见附图。 实际试验测试过程中

42、，根据桥梁现场的实际情况，选择桥面避车带、河滩、主拱拱脚区域合理布置测站和工作平台。,七、试验设备,根据试验方法及测试内容，并根据其测量的精度要求选用以下设备，详见表6.1。 表6.1 试验仪及器设备一缆表,注：传感器，位移计，大量程游标卡尺，倾角仪等其它小型设备不再列出。,八、试验现场组织与分工协作,1、成立试验领导小组和试验工作小组，试验领导小组在试验前负责协调各项试验准备工作，试验时负责指导和指挥等工作，并对试验过程中临时需要变更的事项作出决策。试验工作小组在试验领导小组的直接领导下，负责现场试验测试工作的具体实施。,2、试验现场准备工作主要由施工、建设单位负责落实，具体有： 1）梁体测

43、试截面用脚手架和仪表架的搭设； 2）提供测试时安装测试传感器的安全通道； 3）各测试工作点测试用电(220V单相交流电源)和试验现场照明；,4）提供桥梁结构竣工数据，并配合试验承担部门进行结构实际 状况的调查； 5）负责提供试验加载列车(机车、车辆)及列车轴重、轴距等信息； 6）维护现场秩序，负责已安装好的测试仪器的安全保卫工作。,3、测试仪器与测试用材料的准备，由试验承担单位负责落实 试验期间，静动载试验的测试工作由试验承担单位负责，施工建设部门配合；试验加载车的调集，现场加载实施以及试验后勤保障由施工建设部门负责、试验承担单位配合。,九、试验进程及试验实施时间安排,由于具体的试验进程和时间

44、安排要在车辆使用单位及各测试、配合及建设单位详细商定后再行决定。具体试验进度安排、试验进程、实施细则及详细的试验实施时间安排及进度日程表等在现场及时提供。 试验时间安排为：准备时间710天，动载12天。,十、试验期间注意事项,在试验期间，甲方须协助试验方完成以下各款项： 1、试验过程中，列车运行线路必须经过大机养，达到I级线路标准； 2、不得在主桥及与主桥相关的结构部位或区域施工，包括使用焊机和有冲击作用的操作等。 3、与试验无关人员和车辆等不得进入主桥和两端引桥。 4、不得使用与试验无关的具有电磁干扰作用的电子设备，如与试验无关的相同频率对讲机、移动电话等。 5、必须确保供电稳定，同时为保证

45、正常供电，要求配备电工随时候用。,6、高空作业人员在岗必须系安全带。 7、要求加载列车车辆驾驶员行车平稳，不得过快行车。 8、试验加载车辆在主桥外等待时，必须保证车辆及相关结构的安全。 9、清理桥面行车道障碍物，确保试验车辆行驶通畅。 10、与试验无关人员不得动用仪器设备。,西南交通大学结构工程试验中心 二五年七月二十二日,附件、东苕溪大桥初步计算结果,一、计算模型概述,1、坐标系 系统总体坐标为笛卡尔直角坐标系，坐标原点O设在通过主梁形心的面上；X轴为水平方向(桥梁横向)，y轴铅直向下，z轴沿梁轴线方向，且必须从左到右，如附图1所示。单元局部坐标系的yoz面必须与总体坐标系的yoz面相切，因

46、此，对于主梁单元，其局部坐标系与总体坐标系方向一致，而对于竖直的桥墩单元，其局部坐标y与总体坐标z方向一致或相反，局部坐标z与总体坐标y方向一致或相反，局部坐标x与总体坐标x方向一致或相反。,附图1 计算模型中总体坐标系,2、计算模型 计算模型是实际结构物的物理抽象，应真实反映结构的几何、物理特征。本桥在进行有限元离散时采用带刚臂的梁单元来模拟主梁的力学行为。计算种对桥梁采用空间梁单元进行离散，共划分单元208个，节点数为145个。见附图2。,附图2 桥梁计算模型,3、材料特性 按照委托方提供的设计图纸所示，本桥的主梁为C50混凝土、钢管内用C50级混凝土填充；钢管及钢板采用16Mnq钢。计算

47、中各种材料指标按表8取值。,附表1 材料指标取值,4、计算工况 计算列车分旅客列车（1辆DF11内燃机车牵引9辆客车）和货物列车（1辆DF11内燃机车牵引9辆C62货车）两种。计算工况为： 1）货物列车分别按单线和双线（相向行驶）并分别以60、65、70、75、80km/h的速度通过桥梁； 2）旅客列车分别按单线和双线（相向行驶）并分别以80、90、100、110、120、130、140、150、160、170km/h的速度通过桥梁；,针对以上各工况，从横向振幅、脱轨系数、轮重减载率、车体竖、横向加速度、竖、横向平稳性指标（货车）、竖、横向舒适度指标（客车）、等方面对列车运行的安全性和舒适性在

48、桥梁加固前后进行了较详细的分析计算。 计算过程中除了按车桥耦合振动理论进行计算外，还用荷载列理论对部分计算结果进行了校核。以下列出部分计算结果。,二、结构的自振特性分析,通过计算，在附表2中列出了计算模型的前10阶自振频率和振型。另外还用通用有限元程序计算了该桥梁的自振频率。有表9可知两个程序计算出的自振频率很接近，由此可确保桥梁模型建立是正确的。附图3附图7给出前5阶振型的振型图。,附表2 计算模型的自振频率和振型表,附图3 第一阶振型图,附图4 第二阶振型图,附图5 第三阶振型图,附图6 第四阶振型图,附图7 第五阶振型图,成都市三环路新成彭路立交桥连续梁,特殊检测与荷载试验报告,西南交通

49、大学结构工程试验中心 二零零七年元月二十日,概述 测试和试验目的及依据 检测及荷载试验内容 检测方法 荷载试验方法 检测及试验设备 检测结果及分析,材料分析 评估计算 桥梁主要病害及原因分析 分项结论 综合结论 建议,1、概述 新成彭路立交桥位于成都市北三环路与成彭公路交汇处，采用半定向半苜蓿叶结合方式，快车道设计为二个左转弯匝道(A、B匝道)的部分互通式立交。位于第二层的三环路直通道为主干道，位于第三层的成彭路直通道为地区干道；A匝道为成彭路进入成都方向至三环路(川陕路成灌路)方向的环形匝道，起于成彭路，上跨三环路，下穿成彭路高架桥，汇入三环路；B匝道为三环路(川陕路成灌路)到成彭路(进入成

50、都方向)的环形匝道，起于三环路，下穿成彭路高架桥，互通成彭路高架桥，如图1。,三环路方向的桥梁结构为左、右行车道分离的双幅桥梁，采用6孔或5孔1联的20米标准跨径，梁高均为1.2米的空心板桥。跨径组成为620+620+620+520米；成彭路为双向行车道的单幅桥梁，一般采用20米跨径，梁高为1.2米，5孔或6孔1联，在跨越三环路时采用22+31+18米跨径，根部梁高为1.8米，跨中为1.2米的变截面箱梁桥，跨径组成为620+620+(22+31+18)+620+220+620+520米；A匝道跨越三环线成彭路时均采用两跨22.38米跨径，其余一般采用5孔或6孔1联，梁高为1.2米，跨径组成为6

51、18.835+618.835+218.835+222.38+220.728+420.728+22.38+22.38+420.83米；B匝道均采用5孔或6孔1联，梁高1.2米，跨径组成为520.65+20.65+19.771+319.76+519.76+17.749米。 主线、匝道桥上部结构一般为空心板梁，施工过程中空心板内模采用无机玻璃钢材料，芯模一般长度4.4米，横向净距2029厘米，顺桥向设20厘米横隔板，在墩顶处1.82.0米范围内形成实体，作为隐形盖梁。桥梁各联间采用牛腿搭接，牛腿支承距墩轴线2.8米。梁体采用部分预应力混凝土A类构件设计，在纵桥向、隐形盖梁及桥面板均设置由钢绞线组成的

52、预应力体系。,2、测试和试验目的及依据 2.1测试和试验目的 全面了解桥梁的实际状况； 全面了解桥梁的病害情况； 确定桥梁的受力性能； 确定桥梁承载能力及安全性能进行评定； 为桥梁养护、管理提供技术依据； 为桥梁的病害处治、维修、加固提供基础资料。,2.2 测试和试验依据 建设部城市桥梁养护规范(CJJ99-2003）； 交通部公路桥梁养护规范(JTG H11-2004）； 交通部公路工程质量检验评定标准(JTJ071-98）； 交通部公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89）； 交通部公路工程技术标准(JTJ001-97）； 交通部公路桥涵施工技术规范(JTJ041-99）； 交通部公路钢筋

53、混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85）； 建设部城市桥梁设计准则(CJJ11-93）； 交通部公路旧桥承载能力鉴定方法(试行1988北京）； 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程(CECS02：2005）； 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T232001）； 超声法检测混凝土缺陷技术规程(CECS 21:90）； 大跨径混凝土桥梁的试验方法(YC4-4/1982）； 公路工程水质分析操作规程(JGJ 056-84）； 公路工程金属试验规程(JTJ 055-83）； 相关的设计、竣工及自检资料； 参考其它同类桥梁的检测、试验方法。,3、检测及荷载试验内容,成都市三环路成

54、彭立交桥总平面布置见图3.2。,三环路（S主线桥）外环,成彭路（C主线桥）试验联,B匝道桥试验联,A匝道桥试验联,桥台,桥台,桥台,桥台,图3.2 成彭立交桥总平面布置示意图,三环路（S主线桥）内环试验联,3.1 病害检测内容,病害检测针对全桥进行，包括三环路主线（S线）、成彭路主线（C线）和A、B匝道桥。病害检测内容包括： 全桥梁体混凝土缺陷检测 全桥梁体裂缝病害检测 全桥梁体箱内混凝土缺陷检测 普通钢筋锈蚀检测 预应力管道压浆饱满度和预应力筋锈蚀检测 梁体空心板底板厚度检测 玻璃钢芯模漏浆情况检测 梁体混凝土强度检测 梁体混凝土化学成份分析 积水化学分析 普通钢筋材质分析 钢筋力学性能测试

55、 玻璃钢材料分析 玻璃钢材料与箱内积水浸泡试验,3.2 荷载试验检测内容 根据病害初步检测结果，在三环路主线（S线）内幅中选取S1 S7一联、B匝道中选取B11 B17一联进行荷载试验，在A匝道中选取A13A18一联及成彭路（C线）中选取C23C29一联中各选择两跨进行静载试验，以具有代表性。,静载试验内容 S线S1S7一联静载试验 B匝道B11 B17一联试验 C线C23C29一联静载试验 A匝道A13A19一联静载试验 动载试验内容 动载试验只针对S主线进行，在B匝道桥增加结构自振特性测试。 自振特性试验 无障碍行车试验 跳车试验,静载试验测试内容 试验截面应力； 加载跨及相邻跨梁体L/4

56、挠度； 加载跨及相邻跨梁体L/2挠度； 加载跨及相邻跨梁体3L/4挠度； S线、B匝道加载跨暗梁处挠度。 动载试验测试内容 1）自振特性测试，包括桥梁竖向和横向自振频率、阻尼； 2）速度为5 80km/h的行车冲击系数； 3）速度为5 30km/h、高度为7.5cm楔形板的跳车冲击系数。,4、检测方法,裂缝检测 裂缝分布走向检测 裂缝宽度检测 裂缝深度检测 钢筋锈蚀检测 预应力筋检测 超声回弹综合法检测混凝土强度 回弹法测混凝土强度 超声法测混凝土强度 混凝土强度的推定 梁体底板厚、保护层厚度度检测 梁体箱内混凝土缺陷检测,5、荷载试验方法,5.1 静载试验 静力试验荷载确定原则 本次静力试验

57、荷载采用解放牌自卸载重汽车充当，单车总重300kN或400kN。就某一检验项目而言，其所需荷载车辆的数量，根据设计控制荷载产生的该检验项目(内力）的最不利效应值，满足下式所定原则等效换算而得。 式中：为静力试验荷载效率； Sstate为试验荷载作用下某一检验项目最大计算效应值； S为设计控制荷载作用下该检验项目的最不利计算效应值； 为规范采用的冲击系数。,各线各试验截面的荷载效率系数见下表,静力试验加载方式与加载分级,为了获得结构试验荷载与变位关系的连续曲线和防止结构意外损伤，就某一检验项目而言，其静力试验荷载分成预加载和23级加载，然后卸零。加载方式为单次逐级递加到最大荷载，然后卸到零级荷载。在安排加载分级时，应注意加载过程中其它截面受力情况，使其最大内力不超过控制荷载作用下的最大内力。 静力试验荷载的加载分级，主要依据试验加载车在某一检验项目(内力或位移）影响面内纵横向位置的不同以及加载重量多少而分成设计控制荷载产生的该检验项目最不