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1、公路桥涵养护与试验检测第二部分 桥梁试验检测技术桥梁试验的目的桥梁试验是对桥梁原型结构或桥梁模型结构直接进行的科学试验工作，包括试验准备、理论计算、现场试验、分析整理等内容的一系列工作。桥梁原型试验也称之为桥梁检测，其目的是通过试验，掌握桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，判定桥梁结构的承载能力和使用条件，检验设计与施工质量；桥梁模型试验的目的是研究结构的受力行为，探索结构应力、应变的内在规律，为设计施工服务。随着交通事业的蓬勃发展，新结构、新材料、新工艺的不断涌现，桥梁工程的试验技术日益受到人们的重视，并不断得到发展和提高。桥梁试验的任务1.确定新建桥梁结构的承载能力和使用条件。2.评估
2、既有桥梁的使用性能与承载能力。3.研究结构（构件）的受力行为，总结结构受力行为的一般规律。桥梁试验的种类桥梁试验的种类很多，按照试验的目的与要求分类，可分为科学研究性试验和生产鉴定性试验。生产鉴定性试验也称之为桥梁检测，包括静载试验、动载试验、无损检测与长期监控测试四个方面。桥梁试验的种类根据试验荷载作用的性质，桥梁试验可分为静荷载试验和动荷载试验。就试验对结构产生的后果来说，桥梁试验可分为破坏性试验和非破坏性试验。一般情况下，鉴定性试验多为非破坏性试验。按试验持续时间的长短，可分为长期试验和短期试验。鉴定性试验与一般性的研究试验多采用短期试验方法，只有那些必须进行长期观测的现象，如混凝土结构
3、的收缩和徐变性能、桥梁基础的沉降等，才采用长期试验方法。桥梁检测的工作一般情况下，桥梁现场检测可分为三个阶段，即准备规划阶段、加载与观测阶段和分析总结阶段。准备规划阶段是桥梁检测顺利进行的必要条件。加载与观测阶段是整个检测工作的中心环节。分析总结阶段是对原始测试资料进行综合分析的过程。静载试验静载试验应在现场指挥统一指挥下按计划有秩序进行。首先检查不同分工的测试人员是否各行其职；交通管理、加载（或司机）和联络人员是否到位；加载设备、通讯设备和电源（包括备用电源）是否准备妥当；加载位置测点放样和测试仪器安装是否正确。然后调试仪器（自动记录时对测试仪表数据采集和记录设备进行联接），利用过往车辆（或
4、初试荷载）检查各测点的观测值的规律性，使整个测试系统进入正常工作状态。然后记录气候天气情况和试验开始时间，进行正式试验。静载试验观测与记录温度稳定观测 仪表安装完毕后，一般在加载试验之前应对各测点进行一段时间的温度稳定观测，中间可每隔10min读数一次。观测时间应尽量选择在加载试验时外界气候条件对观测造成误差的影响范围，用于测点的温度影响修正。静载试验观测与记录仪表的测读与记录人工读表时，仪表的测读应准确、迅速，并记录在专门的表格上。裂缝观测加载试验中裂缝观测的重点是结构承受拉力较大部位及旧桥原有裂缝较长、较宽的部位。在这些部位应测量裂缝长度、宽度，并在混凝土表面沿裂缝走向进行描绘。加载过程中
5、观测裂缝长度及宽度的变化情况，可直接在混凝土表面进行描绘记录，也可采用专门表格记录。加载至最不利荷载及卸载后应对结构裂缝进行全面检查，尤其应仔细检查是否产生新的裂缝，并将最后检查情况填入裂缝观测记录表，必要时可将裂缝发展情况绘制在裂缝展开图上。加载实施与控制加载应在指挥人员指挥下严格按计划程序进行。采用重物加载时按荷载分级逐级施加，每级荷载堆放位置准确、整齐稳定。荷载施加完毕后，逐级卸载。采用车辆加载时，先由零载加至第一级荷载，卸载至零载；再由零载加至第二级荷载，卸至零载，直至所有荷载施加完毕（有时为了确保试验结果准无误，每一级荷载重复施12次）每一级荷载施加次序为纵向先施加重车，后施加两侧标
6、准车；横向先施加桥中心的车辆，后施加外测的车辆。加载稳定时间控制为控制加卸载稳定时间，应选择一个控制观测点（如简支梁的跨中挠度或应变测点），在每级加载（或卸载）后立即测读一次，计算其与加载前（或卸载前）测读值之差值Sg。然后每隔2min测读一次，计算2min前后读数的差值S。当m值小于1或小于量测仪器的最小分辩值时即认为结构基本稳定，可进行各观测点读数。但当进行主要控制截面最大内力荷载工况加载程序时荷载在桥上稳定时间应不少于5min，对尚未投入营运的新桥应适当延长加载稳定时间。加载过程的观察加载试验过程应对结构控制点位移（或应变）、结构整体行为和薄弱部位破损实行监控，并将结果随时汇报给指挥人员
7、作为控制加载的依据。随时将控制点位移与计算结果比较，如实测值超过计算值较多，则应暂停加载，待查明原因再决定是否继续加载。试验人员如发现其他测点的测值有较大的反常变化也应查找原因，并及时向试验指挥人员报告。加载过程中应指定人员随时观察结构各部位可能产生的新裂缝，注意观察：构件薄弱部位是否有开裂、破损，组合构件的结合面是否有开裂错位，支座附近混凝土是否开裂，横隔板的接头是否拉裂，结构是否产生不正常的响声，加载时墩台是否发生摇晃现象等等。如发生这些情况应报告试验指挥人员，以便采取相应的措施。终止加载控制条件（1）控制测点应力值已达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时；（2）控制测点变位
8、（或挠度）超过规范允许值时；（3）由于加载，使结构裂缝的长度、缝宽急剧增加，新裂缝大量出现，缝宽超过允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时；（4）拱桥加载时沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测挠度超过计算值过多时；（5）发生其他损坏，影响桥梁承载能力或正常使用时。试验数据分析及桥梁承载力评定通过静载试验得到的原始数据、文字和图像描述材料是荷载试验最重要的资料。虽然它们是可靠的。但这些原始资料数量庞大，不直观，不能直接用于评定承载能力，故进行承载力评定之前必须对它进行处理分析，得出直接进行承载能力评定的指标，以满足承载力评定的需要。试验资料的修正根据各类仪表的标定
9、结果进行测试数据的修正，如考虑机械式仪表较正系数、电测仪表率定系数、灵敏系数、电阻应变观测的导线电阻影响等等。当这类因素对测值的影响小于1时可不予修正。温度影响修正温度对测试的影响比较复杂。结构构件的各部位不同的温度变化、结构的受力特性、测试仪表或元件的温度变化、电测元件的温度敏感性、自补性等等均对测试精度造成一定的影响。逐项分析这些影响是困难的。一般可采用综合分析的方法来进行温度影响修正，即利用加载试验前进行的温度稳定观测数据，建立温度变化（测点处构件表面温度或空气温度）和测点测值（应变和挠度）变化的线性关系，然后进行温度修正计算。支点沉降影响的修正当支点沉降量较大时，应修正其对挠度值的影响
10、，修正量C可按下式计算：各测点变位（挠度、位移、沉降）与应变的计算应力计算根据测量到的测点应变，当结构处于线弹性工作状态时可以利用应力应变关系计算测点的应力。试验结果与理论分析的比较为了评定结构整体受力性能，需对桥梁荷载试验结果与理论分析值比较，以检验新建桥是否达到设计要求的荷载标准，或判断旧桥的承载能力。比较时可以将结构位移、应变等试验值与理论计算值列表进行比较，对结构在最不利荷载工况作用下主要控制测点的位移、应力的实测值与理论分析值，要分别绘出荷载位移（P）曲线，荷载应力（P）曲线，并绘出最不利荷载工况作用下位移沿结构（纵、横向）分布曲线和控截面应变（沿高度）分布图，绘制结构裂缝分布图（对
11、裂缝编号注明长度、宽度、初裂荷载以及裂缝发展情况）。荷载试验成果分析与承载能力评定校验系数校验系数是评定结构工作状况、确定桥梁承载能力的一个重要指标。不同结构形式的桥梁其值常不相同，一般要求值不大于1。值越小结构的安全储备越大。值过大或过小都应该从多方面分析原因。如值过大可能说明组成结构的材料强度较低，结构各部分联结性较差，刚度较低等等。值过小可能说明材料的实际强度及弹性模量较高，梁桥的混凝土桥面铺装及人行道等与主梁共同受力，拱桥拱上建筑与拱圈共同作用，支座摩阻力对结构受力的有利影响，计算理论或简化的计算式偏于安全等等。试验加载物的称量误差、仪表的观测误差等也对值有一定影响。校验系数实测值与理
12、论值的关系曲线由于理论的变位（或应变）一般系按线性关系计算，所以如测点实测弹性变位（或应变）与理论计算值成正比，其关系曲线接近于直线，说明结构处于良好的弹性工作状况。相对残余变位（或应变）测点在控制荷载工况作用下的相对残余变位(或应变)越小说明结构越接近弹性工作状况。一般要求相对残余变位值不大于20%，当相对残余变位大于20%时一应查明原因。如确系桥梁强度不足，应在评定时，酌情降低桥梁的承载能力。动载性能当动载试验效率接近时，不同车速下实测的冲击系数最大值可用于结构的强度及稳定性检算。结构的自振频率、活载强迫振动频率及阻尼系数等对桥梁承载能力的影响可参考其他有关资料进行分析。结构的强度及稳定性
13、当荷载试验项目比较全面时，可采用荷载试验主要挠度测点的校验系数来评定结构的强度和稳定性。检算时用荷载试验后的梁桥检算系数代替公路旧桥承载能力鉴定方法中旧桥检算系数，对桥梁结构抗力效应予以提高或折减。地基与基础当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移及倾角较小，符合上部结构检算要求，卸载后变位基本回复时，认为地基与基础在检算荷载作用下能正常工作。当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移、倾角较大或不稳定，卸载后变位不能回复时，应进一步对地基、基础进行探查、检算，必要时应对地基基础进行加固处理。结构的刚度要求裂缝结构动载试验桥梁的动载试验可以划分为三类基本问题：测定桥梁荷载的动力特性（数值、方向、频率等）。测
14、定桥梁结构的动力特性（自振频率、阻尼、振型等）。测定桥梁在动荷载作用下的响应（动位移、动应力等）。桥梁动载试验的测试仪器结构振动的测试仪器包括：测振传感器、信号放大器、光线示波器、磁带记录仪和数字信号处理机。测振传感器振动参数有位移、速度和加速度。测量这些振动参数的传感器有许多种类。但由于振动测量的特殊性，如测量时难以在振动体附近找到一个静止点作为测量的基准点，所以就需要使用惯性式测振传感器。通常所指的测振传感器即为惯性式测振传感器（以下简称为测振传感器）。测振传感器的基本原理为：由惯性质量、阻尼和弹簧组成一个动力系统，这个动力系统固定在振动体上（即传感器的外壳固定在振动体上），与振动体一起振
15、动。通过测量惯性质量相对于传感器外壳的运动，就可以得到振动体的振动。桥梁动载试验的激振方法（一）自振法（瞬态激振法）突加荷载法（冲击法）对于中、小型桥梁结构，可用落锤激振器（或枕木）垂直地冲击桥梁，激起桥梁竖直方向的自由振动。工程界常利用试验车辆在桥面上驶越三角垫木，利用车轮的突然下落对桥梁产生冲击作用，激起桥梁的竖向振动。但此时所测得的结构固有频率包括了试验车辆这一附加质量的影响。近年来，在桥梁的动载试验中，还采用了爆炸和发射小型火箭产生脉冲荷载等办法来进行激振，但还不普及。采用突加荷载法时，应注意冲击荷载的大小及其作用位置。如果要激起结构的整体振动，则必须在桥梁的主要受力构件上施加足够的冲
16、击力，冲击荷载的位置可按所测结构的振型来确定，如为了获得简支梁桥的第一振型，则冲击荷载作用于跨中部位，测第二振型时冲击荷载应加于跨度的四分之一处。突然卸载法（位移激振法）（二）共振法（强迫振动法）在桥梁的动载试验中，常用载重车队由低到高的不同速度驶过桥梁，使结构产生不同程度的强迫振动。在若干次运行车辆荷载试验中，当某一行驶速度产生的激振力的频率的频率与结构的固有频率相接近时，结构便产生共振现象，此时结构各部位的振动响应达最大值。在车辆驶离桥跨以后，结构作自由衰减振动，这时可由记录到的波形曲线分析得出结构的动力特性。（三）脉动法对于大跨度悬吊结构，如悬索桥、斜拉索桥跨结构、塔墩以及具有分离式拱助的大跨度下承式或中承式拱桥，可利用结构由于外界各种因素所引起的微小而不规则的振动来确定结构的动力特性。这种微振动通常称为“脉动”，它是由附近的车辆、机器等振动或附近地壳的微小破裂和远处的地震传来的脉动所产生。