桥梁结构动载试验教学课件.pptx

1、11:04:475 桥梁结构静动载试验桥梁结构静动载试验5.1 主要目的主要目的 静载试验和动载试验，主要目的：静载试验和动载试验，主要目的：检验桥梁设计与施工的质量（新建桥）检验桥梁设计与施工的质量（新建桥） 施工中做施工监控和监测，成桥后进行现场荷施工中做施工监控和监测，成桥后进行现场荷载试验，竣工验收重要资料。载试验，竣工验收重要资料。判断桥梁结构的实际承载能力判断桥梁结构的实际承载能力 （旧桥）（旧桥） 超龄、超载、有损伤旧桥加固改造依据。超龄、超载、有损伤旧桥加固改造依据。验证桥梁结构设计理论和方法验证桥梁结构设计理论和方法 （新桥型）（新桥型） 为新桥型和桥梁中的新结构、新材料和新

2、工艺创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的实测数据。新发展提供的实测数据。11:04:485.2 一般程序一般程序1、 桥梁考察和方案设计（必要条件）桥梁考察和方案设计（必要条件）（1）技术资料的收集）技术资料的收集 设计文件、施工文件、施工控制文件、监理记录、原始试验资料、设计文件、施工文件、施工控制文件、监理记录、原始试验资料、桥梁养护与维修记录、现有车流量和重载车辆情况等。桥梁养护与维修记录、现有车流量和重载车辆情况等。技术状况认识技术状况认识 （2）桥梁外观检查）桥梁外观检查 表面裂缝以及露筋情况，支座是否老化，钢结构主要是检查锈蚀以表面裂缝以及露筋情况，支座是否老化

3、，钢结构主要是检查锈蚀以及使用扭力扳手抽查螺栓松紧度等。及使用扭力扳手抽查螺栓松紧度等。桥梁现状宏观认识。桥梁现状宏观认识。（3）理论计算与分析）理论计算与分析 设计内力计算（桥博、设计内力计算（桥博、Midas、Ansys）和试验荷载效应计算）和试验荷载效应计算 （4）实施细则的制定）实施细则的制定 测试内容、加载方案、观测方案、仪器仪表选用等方面，必要时测试内容、加载方案、观测方案、仪器仪表选用等方面，必要时还应进行评审。还应进行评审。 11:04:485.2 一般程序一般程序2、现场试验准备、现场试验准备 交通封闭交通封闭电源及照明、工作脚手架或挂篮、仪表安装架。电源及照明、工作脚手架或

4、挂篮、仪表安装架。加载车辆型号和数量（载重物、车辆轮载过磅、轴距和轮加载车辆型号和数量（载重物、车辆轮载过磅、轴距和轮距测定），桥面车位加载标识。距测定），桥面车位加载标识。测点布置：应变、位移等布置，测试系统调试测点布置：应变、位移等布置，测试系统调试3、加载试验与观测、加载试验与观测按照预定的加载程序对试验桥梁进行加载试验，同时测试按照预定的加载程序对试验桥梁进行加载试验，同时测试结构受力后的各项性能指标如挠度、应变、裂缝宽度。一般结构受力后的各项性能指标如挠度、应变、裂缝宽度。一般还应同步测得结构和环境温度场（用于修正温度对实测值的还应同步测得结构和环境温度场（用于修正温度对实测值的影响

5、）影响）11:04:484、结果分析与处理、结果分析与处理 原始数据的分析处理：数量转换、数理统计、频原始数据的分析处理：数量转换、数理统计、频谱分析、过滤温度影响谱分析、过滤温度影响撰写报告：按照相关规范或规程以及试验目的，撰写报告：按照相关规范或规程以及试验目的，对试验对象做出科学的判断与评价。对试验对象做出科学的判断与评价。5.3 试验方案设计试验方案设计1、试验对象选择、试验对象选择 每种结构型式选择跨度最大的一孔或几孔进行每种结构型式选择跨度最大的一孔或几孔进行加载试验。（考虑：等跨、不等跨、不同结构形式加载试验。（考虑：等跨、不等跨、不同结构形式和测试布点方便）和测试布点方便） 1

6、1:04:482 、试验荷载效率、试验荷载效率试验荷载产生的控制截面内力及变形等效应不低于设计试验荷载产生的控制截面内力及变形等效应不低于设计荷载效应的荷载效应的80%，用，用试验荷载效率系数表示：试验荷载效率系数表示：St试验荷载作用下，控制截面内力或变形计算值；试验荷载作用下，控制截面内力或变形计算值；Sd设计荷载作用下，控制截面内力或变形的计算值；设计荷载作用下，控制截面内力或变形的计算值；设计中取用的冲击系数。设计中取用的冲击系数。05. 18 . 0)1 (SStd11:04:483、荷载试验工况、荷载试验工况 纵向加载：纵向加载：根据控制截面最不利受力确定，简单根据控制截面最不利受

7、力确定，简单结构的桥梁选结构的桥梁选23个工况，复杂结构可适当多选几个工况，复杂结构可适当多选几个，但不宜过多。个，但不宜过多。横向加载：横向加载：对称加载、偏向加载、扭转加载（需对称加载、偏向加载、扭转加载（需要时）。要时）。对称加载偏向加载11:04:49T构11:04:491）梁式桥）梁式桥主要工况：主要工况：跨中跨中最大正弯距；最大正弯距；支点支点最大负弯距；最大负弯距；墩身墩身控制控制截面弯距。截面弯距。附加工况：附加工况：L/4截面最大正弯矩；截面最大正弯矩；支点支点处最大剪力；桥墩最处最大剪力；桥墩最大竖向反力；牛腿最不利受力。大竖向反力；牛腿最不利受力。2）无铰拱桥）无铰拱桥主

8、要工况：主要工况：拱顶拱顶最大正弯矩；最大正弯矩；拱脚拱脚最大负弯矩；吊索最大最大负弯矩；吊索最大受力加载受力加载 （中下承式拱桥）；系杆最大受力加载（系杆拱（中下承式拱桥）；系杆最大受力加载（系杆拱桥）。桥）。附加工况：拱脚最大水平推力；附加工况：拱脚最大水平推力；L/4截面最大正弯矩和最大截面最大正弯矩和最大负弯距；负弯距；L/4截面正负挠度绝对值之和最大；横梁最不利受截面正负挠度绝对值之和最大；横梁最不利受力加载；排架最不利受力加载试验。力加载；排架最不利受力加载试验。11:04:493）斜拉桥）斜拉桥主要工况主要工况 主梁主梁中孔跨中中孔跨中最大正弯矩；最大正弯矩；主梁墩顶支点主梁墩顶

9、支点截面最截面最大负弯矩；主塔大负弯矩；主塔塔顶塔顶纵桥向最大水平纵桥向最大水平变位变位；主塔控；主塔控制截面最大弯矩试验。制截面最大弯矩试验。附加工况：边跨或次边跨跨中最大正弯矩；主梁附加工况：边跨或次边跨跨中最大正弯矩；主梁最大水平漂移（主梁纵向漂浮体系）；尾索区斜拉最大水平漂移（主梁纵向漂浮体系）；尾索区斜拉索最大拉力；主梁最大挠度；辅助墩最大竖向反力；索最大拉力；主梁最大挠度；辅助墩最大竖向反力；横梁最不利受力；锚箱最不利受力（钢斜拉桥）；横梁最不利受力；锚箱最不利受力（钢斜拉桥）；塔、梁和索温度场的同步测定。塔、梁和索温度场的同步测定。11:04:494）悬索桥）悬索桥主要工况：主要

10、工况：加劲梁跨中截面最大正弯距加劲梁跨中截面最大正弯距；加劲梁；加劲梁L/8截面最大正弯距；截面最大正弯距；主塔主塔塔顶纵桥向最大水平变位塔顶纵桥向最大水平变位与塔脚截面最大弯距；与塔脚截面最大弯距；附加工况：加劲梁最大竖向挠度；主缆锚跨索股附加工况：加劲梁最大竖向挠度；主缆锚跨索股最大张力；加劲梁梁端最大纵向漂移；吊杆（索）最大张力；加劲梁梁端最大纵向漂移；吊杆（索）荷载张力最大增量；主缆截面温度和索塔截面温度荷载张力最大增量；主缆截面温度和索塔截面温度同步测试。同步测试。11:04:494、静载试验加载方案、静载试验加载方案 1）加载方式）加载方式 一般选用三轴和两轴载重车辆（轴重、轴距和

11、横向轮距）来一般选用三轴和两轴载重车辆（轴重、轴距和横向轮距）来模拟规范的汽车荷载。整体结构计算采用车道荷载，局部设计模拟规范的汽车荷载。整体结构计算采用车道荷载，局部设计车辆荷载。汽车荷载应考虑车道数折减和冲击系数增加。车辆荷载。汽车荷载应考虑车道数折减和冲击系数增加。2）荷载：）荷载：城市桥梁荷载规范城市桥梁荷载规范（CJJ77-98）：跨度）：跨度20-150m 城市城市A：车道：车道4时，剪力乘时，剪力乘1.25。（。（3m/车道）车道） 城市城市B: 车道车道4时，剪力乘时，剪力乘1.3。11:04:50城市A车辆荷载11:04:50城市B车辆荷载11:04:50车道折减系数车道数车

12、道数23456 折减系数折减系数1.00.80.670.600.55冲击系数冲击系数11:04:50公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）：）： 车道车道荷载荷载1）公路）公路I级：车道均布荷载标准值级：车道均布荷载标准值qk=10.5kN/m；集中；集中荷载标准值：计算跨径荷载标准值：计算跨径L5m时，时，Pk=180kN； L 50m时，时，Pk=360kN；跨径在；跨径在5m50m之间时，之间时，Pk值直线内插。计值直线内插。计算剪力效应时，集中荷载算剪力效应时，集中荷载Pk乘乘1.2增大系数。增大系数。2）公路）公路II级：按公路级：按公路I级车道荷载的级

13、车道荷载的0.75倍采用。倍采用。11:04:50车辆荷载横向布置平面尺寸 立面布置车辆荷载550kN11:04:50车道横向折减系数车道数车道数2345678折减系数折减系数1.00.780.670.600.550.520.50汽车冲击系数11:04:513）加载程序）加载程序分级加载：一般分为分级加载：一般分为35级；车辆荷载应级；车辆荷载应逐辆逐辆缓缓缓驶入预定位置；缓驶入预定位置；卸载程序：分级尽量与加载分级对应，以便校对。卸载程序：分级尽量与加载分级对应，以便校对。加载时间：温度变化不大的时间段（如在阴天或加载时间：温度变化不大的时间段（如在阴天或晚上晚上)加载，每级持续时间不能太长

14、（效应稳定），加载，每级持续时间不能太长（效应稳定），并同步测定温度场。并同步测定温度场。11:04:515、测点设置、测点设置 基本原则：基本原则：最大应力、最大位移。温度测点最大应力、最大位移。温度测点 梁式桥：梁式桥：跨中挠度和应变，支座附近或悬臂端截跨中挠度和应变，支座附近或悬臂端截面沉降和负弯距应变；面沉降和负弯距应变；拱桥：拱桥：主拱圈主拱圈跨中和跨中和L/4处处的挠度，拱脚、的挠度，拱脚、L/4和和跨中截面的应变；跨中截面的应变； 斜拉桥：斜拉桥：主梁跨中、主梁跨中、L/4和和L/8处挠度，支座处沉处挠度，支座处沉降，跨中和控制截面应变；塔顶变位，塔身控制截降，跨中和控制截面应变

15、；塔顶变位，塔身控制截面应变；钢箱梁桥的斜拉索锚箱应变；控制索索力。面应变；钢箱梁桥的斜拉索锚箱应变；控制索索力。悬索桥悬索桥：加劲梁跨中与：加劲梁跨中与L/8和和3L/8处挠度，支点沉处挠度，支点沉降；跨中与降；跨中与L/8和和3L/8处截面应变；塔顶纵桥向位移，处截面应变；塔顶纵桥向位移，塔脚截面应变。塔脚截面应变。11:04:51截面位置截面位置变形测点变形测点:整体式梁桥一般对称于桥面中轴线布设整体式梁桥一般对称于桥面中轴线布设;多梁式桥在每根梁底布置一个测点；对于索塔，则多梁式桥在每根梁底布置一个测点；对于索塔，则布置在索塔纵桥向对称面相对应位置。布置在索塔纵桥向对称面相对应位置。拉

16、应变测点拉应变测点：设置在截面横桥向应力可能分布较：设置在截面横桥向应力可能分布较大的部位，沿截面上、下缘布设，横桥向测定设置大的部位，沿截面上、下缘布设，横桥向测定设置不少于不少于3处，以控制最大应力分布。处，以控制最大应力分布。混凝土已开裂：宜在钢筋上设置应力测点混凝土已开裂：宜在钢筋上设置应力测点 。 剪应变测点剪应变测点 ：应变花应变花或在自梁底支承线与水平成或在自梁底支承线与水平成45方向斜线与截面中性轴的交点上方向斜线与截面中性轴的交点上 布置单向应变布置单向应变温度测点温度测点：大多数测点附近设置：大多数测点附近设置12处。处。 11:04:516、动载试验加载、动载试验加载脉动

17、试验：测量桥梁结构动力特性；脉动试验：测量桥梁结构动力特性；跑车试验：无障碍和有障碍两种条件下的载重车跑车试验：无障碍和有障碍两种条件下的载重车（大多数是三轴车）行车，判别不同的行车速度下（大多数是三轴车）行车，判别不同的行车速度下桥梁结构动态响应。桥梁结构动态响应。20，30，40，50。Km/h跳车试验：通常用跳车试验：通常用两轴载两轴载重车，重车，模拟不平整的路模拟不平整的路面状况面状况效应。效应。(10km/h）刹车试验：三轴重车，测出紧急刹车的水平制动刹车试验：三轴重车，测出紧急刹车的水平制动力等对桥面效应。力等对桥面效应。11:04:517、测量仪器、测量仪器 反力、应变、位移、倾

18、角、裂缝：同前。常用的反力、应变、位移、倾角、裂缝：同前。常用的仪器有百分表、千分表、位移计、应变计（应变仪器有百分表、千分表、位移计、应变计（应变片）、振弦应变计、精密水准仪、经纬仪、倾角片）、振弦应变计、精密水准仪、经纬仪、倾角仪、全站仪、刻度放大镜、温度计等。仪、全站仪、刻度放大镜、温度计等。 索力测量：索力测量：1）张拉顶油表：张拉顶油表：读数换算得到索力（施工）读数换算得到索力（施工）2）测力传感器：测力传感器：装在锚头与垫板间（成本）；装在锚头与垫板间（成本）；3）索力计：通过索力计：通过测出拉索横向振动频率，再计测出拉索横向振动频率，再计算出索力。（常用）算出索力。（常用）11:

19、04:51索力计索力计张紧斜拉索的动力平衡微分方程张紧斜拉索的动力平衡微分方程 （忽略索的EI）11:04:51索力计算索力计算假定斜拉索两端铰支假定斜拉索两端铰支 ，则有，则有式中：fn索的第n阶频率； l 有效索长。11:04:515.4 数据整理与评定数据整理与评定1、车辆荷载整理：车辆轴重过磅，并实测轴距和轮距、车辆荷载整理：车辆轴重过磅，并实测轴距和轮距（用于理论计算）（用于理论计算）车 型轴距（mm）轮距（mm）L1L2前轮后轮东 风35001400210019003350B360028502400重庆铁马300014001800180011:04:512、数据计算、数据计算测点应

20、力应变换算，挠度计算测点应力应变换算，挠度计算 荷载横向分布系数的计算（多片主梁的桥）荷载横向分布系数的计算（多片主梁的桥） 利用跨中截面各主梁挠度或应力测试值计算：利用跨中截面各主梁挠度或应力测试值计算：,iiiiiiww：荷载均匀分布全桥宽时产生的挠度和应力 iiw：i：荷载引起i号主梁的挠度和应力。 iw 校验系数：=测点的实测值 / 测点的理论计算值 自振频率：冲击系数：11:04:513、结果评定方法、结果评定方法 1）荷载）荷载-位移曲线、荷载位移曲线、荷载-应力曲线：直线应力曲线：直线=弹性弹性2）校验系数：小于）校验系数：小于1时结构满足设计要求；否则不满足设计时结构满足设计要

21、求；否则不满足设计要求。要求。3）残余变形：）残余变形：0.2.0.2.4 4）挠度：挠跨比）挠度：挠跨比1/600（梁式桥）；（梁式桥）； 1/800（拱桥、桁架（拱桥、桁架桥）；桥）； 1/300（梁式桥主梁悬臂端）；（梁式桥主梁悬臂端）； 1/500（斜拉桥混凝土（斜拉桥混凝土主梁，钢桥为主梁，钢桥为1/400）5）裂缝：全预力（不开裂）；混凝土）裂缝：全预力（不开裂）；混凝土0.2mm； 部分预应力：名义拉应力限值部分预应力：名义拉应力限值6）频率大于设计；动刚度满足设计要求。）频率大于设计；动刚度满足设计要求。7）动态增量（冲击系数）：）动态增量（冲击系数）：“小小”则桥面平整度好，行车速则桥面平整度好，行车速度影响小。度影响小。hl11:04:51 类 别 项 目 校验系数钢 桥 应力 0.750.95挠度 0.750.95预应力混凝土桥应力 0.600.90挠度 0.701.00钢筋混凝土梁桥应力 0.40.0.80挠度 0.50.0.90钢筋混凝土板桥应力 0.20.0.40挠度 0.200.50圬拱拱桥应力 0.701.00挠度 0.801.00桥梁结构校验系数 11:04:525.5 桥梁试验实例桥梁试验实例成桥试验：云阳高架桥成桥试验：云阳高架桥11:04:52旧桥检测：信阳公跨铁旧桥检测：信阳公跨铁