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1、第一节 荷载试验的目的及主要内容 一、荷载试验的目的 桥梁荷载试验分静载试验和动载试验，进行桥梁荷载试验的目的是检验桥梁整体受力性 能和承载力是否达到设计文件和规范的要求，对于新桥型及桥梁中运用新材料、新工艺的，应验证桥梁的计算图式，为完善结构分析理论积累资料。对于旧桥通过荷载试验可以评定出其运营荷载等级。 二、荷载试验的主要内容 桥梁的荷载试验是一项复杂而细致的工作，技术含量高，应根据荷载试验的目的进行认真的调查，必要时进行相关的理论分析。在此基础上周密地考虑试验的全过程，预计可能出现的问题及处理方法，制定出切实可行的试验计划（包括荷载试验的主要内容）。荷载试验的主要内容为： （1）荷载试验
2、的目的； （2）试验的准备工作； （3）加载方案设计； （4）测点设置与测试； （5）加载控制与安全措施； （6）试验结果分析与承载力评定； （7）试验报告编写。 三、荷载试验的准备工作 荷载试验正式进行之前应做好下列准备工作。 1试验孔（或墩）的选择 对多孔桥梁中跨径相同的桥孔（或墩）可选1-3孔具有代表性的桥孔（或墩）进行加载试验。选择时应综合考虑以下因素： （1）该孔（或墩）计算受力最不利； （2）该孔（或墩）施工质量较差、缺陷较多或病害较严重； （3）该孔（或墩）便于搭设，脚手架，便于设置测点或便于实施加载。 选择试验孔的工作与制定计划前的调查工作结合进行。 2搭设脚手架和测试支架 脚
3、手架和测试支架应分开搭设互不影响，脚手架和测试支架应有足够的强度。刚度和稳定性。脚手架要保证工作人员的安全、方便操作。测试支架要满足仪表安装的需要，不因自身变形影响测试的精度，同时还应保证试验时不受车辆和行人的干扰。脚手架和测试支架设置要因地制宜，就地取材，便于搭设和拆卸，一般采用木支架或建筑钢管支架。当桥下净空较大不便搭设固定脚手架时，可考虑采用轻便活动吊架，两端用尼龙绳或细钢丝绳固定在栏杆或人行道缘石上。整套设置使用前应进行试载以确保安全，活动吊架如需多次使用可做成拼装式以便运输和存放。 睛天或多云天气下进行加载试验时，阳光直射下的应变测点，应设置遮挡阳光的设备，以减小温度变化造成的观测误
4、差。雨季进行加载试验时，则应准备仪器，设备等的防雨设施，以备不时之需。 桥下或桥头用活动房或帐篷搭设临时实验室安放数据采集等仪器、并供测试人员临时办公和看管设备之用。 3静载试验加载位置的放样和卸载位置的安排 静载试验前应在桥面上对加载位置进行放样，以便于加载试验的顺利进行。如加载工况 较少，时间允许，可在每次工况加载前临时放样。如加载工况较多，则应预先放样，且用不同颜色的标志区别不同加载工况时的荷载位置。 静载试验荷载卸载的?卜盼恢糜预先安排。卸载位置的选择既要考虑加卸载方便，离加载位置近一些，又要使安放的荷载不影响试验孔（或墩）的受力，一般可将荷载安放在桥台后一定距离处。对于多孔桥，如有必
5、要将荷载停放在桥孔上，一般应停放在距试验孔较远处以不影响试验观测为度。 4.试验人员组织及分工 桥梁的荷载试验是一项技术性较强的工作，最好能组织专门的桥梁试验队伍来承担，也可由熟悉这项工作的技术人员为骨干来组织试验队伍。应根据每个试验人员的特长进行分工，每人分管的仪表数目除考虑便于进行观测外，应尽量使每人对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掌握所分管的仪器设备，否则应在正式开始试验前进行演练。为使试验有条不紊地进行，应设试验总指挥1人，其他人员的配备可根据具体情况考虑。 5其他准备工作 加载试验的安全设施、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
6、试验的需要进行准备。 第二节、加载方案和测点设置 一、加载方案与实施 1试验荷载工况的确定 为了满足鉴定桥梁承载力的要求：荷载工况选择应反映桥梁设计的最不利受力状态，简单结构可选1-2个工况，复杂结构可适当多选几个工况，但不宜过多。进行各荷载工况布置时可参照截面内力（或变形）影响线进行，下面给出常见桥型荷载工况。 （1）简支梁桥 跨中最大正弯矩工况 L/4最大正弯矩工况 支点最大剪力工况 桥墩最大竖向反力工况 （2）连续梁桥 主跨跨中最大正弯矩工况 主跨支点负弯矩工况 主跨桥墩最大竖向反力工况 主跨支点最大剪力工况 边跨最大正弯矩工况 （3）悬臂梁桥（T型刚构桥） 支点（墩顶）最大负弯矩工况
7、锚固孔跨中最大正弯矩工况 支点（墩顶）最大剪力工况 挂孔跨中最大正弯矩工况 （4）无铰拱桥 跨中最大正弯矩工况 拱脚最大负弯矩工况 拱脚最大推力工况 正负挠度绝对值之和最大工况 此外，对桥梁施工中的薄弱截面或缺陷修补后的截面可以专门进行荷载工况设计，以检验该部位或截面对结构整体性能的影响。 使用车辆加载而又未安排动载试验项目时，可在静载试验项目结束后，将加载车辆（多辆车则相应地进行排列）沿桥长慢速行驶一趟，以全面了解荷载作用于桥面不同部位时结构承载状况。 动载试验一般安排标准汽车车列（对小跨径桥也可用单车：）在不同车速时的跑车试验，跑车时速一般定为5km、10km、20km、30km、40km
8、、sokm，此外可根据桥况安排其他试验项目如需测定桥梁承受活载水平力性能时作车辆制动试验，为测定桥梁自振频率作跳车后的余振观测，井在元荷载时进行脉动观测。 2试验荷载等级的确定 （1）控制荷载的确定 为了保证荷载试验的效果，必须先确定试验的控制荷载，控制桥梁设计的荷载有下列几 种： 汽车和人群（标准设计荷载）； 挂车或履带车（标准设计荷载）；”“ 需通行的特殊重型车辆。 分别计算以上几种荷载对结构控制截面产生的内力（或变形）的最不利值，进行比较，取其中最不利者对应的荷载?魑刂坪稍亍蛭页岛吐拇挡患瞥寤髁远试验以汽车荷载作为控制荷载。 荷载试验应尽量采用与控制荷载相同的荷载，而组成控制荷载（标准设
9、计荷载）的车辆是由运管车辆统计而得的概率模型。当客观条件所限，采用的试验荷载与控制荷载有差别时，为保证试验效果，在选择试验荷载的大小和加载位置时采用静载试验效率 。动载试验效率 进行控制。 （2）静载试验效率 静载试验效率为 1?sssq 式中：Ss静载试验荷载作用下控制截面内力计算值； S控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值； 按规范采用的冲击系数，平板桂车、履带车、重型车辆，取“0。 q值可采用0.8-1.05，当桥梁的调查、检算工作比较完善而又受加载设备能力所限，q值可采用低限；当桥梁的调查、检算工作不充分，尤其是缺乏桥梁计算资料时，q值应采用高限。总之应根据前期工作的具体情况来确定，
10、一般情况下q值不宜小于0.95。 荷载试验宜选择温度稳定的季节和天气进行。当温度变化对桥梁结构内力影响较大时， 应选择温度内力较不利的季节进行荷载试验，否则应考虑用适当增大静载试验效率q来弥补温度影响对结构控制截面产生的不利内力。 当控制荷载为挂车或履带车而采用汽车荷载加载时；考虑到汽车荷载的横向应力增大系 数较小，为了使截面的最大应力与控制荷载作用下截面最大应力相等，可适当增大静载试验效率 （3）动载试验效率 动载试验效率为 1?sssd 式中：Sd动载试验荷载作用下控制截面最大计算内力值； S标准汽车荷载作用下控制截面最大计算内力值（不计入汽车荷载冲击系数）。 d值一般采用l动载试验的效率
11、不仅取决于试验车型及车重，而且取决于实际跑车时的车间距。因此在动载试验跑车时应注意保持试验车辆之间的间距，并采用实际测定跑车时的车间距作为修正动载试验效率d的计算依据。 3静载加载分级与控制 为了加载安全和了解结构应变和变位随试验荷载增加的变化关系，对桥梁荷载试验的各 荷载工况的加载应分级进行。 （1）分级控制的原则 当加载分级较为方便时，可按最大控制截面内力荷载工况均分为4-5级。 当使用载重车加载，车辆称重有困难时也可分成3级加载。 当桥梁的调查和验算工作不充分，或桥况较差，应尽量增多加载分级。如限于条件，加载分级较少时，应注意每级加载时、车辆荷载应逐辆缓缓驶人预定加载位置，必要时可在加载
12、车辆未到达预定加载位置前分次对控制测点进行读数监控，以确保试验安全。 在安排加载分级时，应注意加载过程中其他截面内力亦应逐渐增加，且最大内力不应超过控制荷载作用下的最不利内力。 根据具体条件决定分级加载的方法，最好每级加载后卸载，也可逐级加载，达到最大荷载后逐级卸载。 （2）车辆荷载加载分级的方法 逐渐增加加载车数量 先上轻车后上重车 加载车位于内力影响线的不同部位。 加载车分次装载重物。 以上各法亦可综合采用。 （3）加卸载的时间选择 为了减少温度变化对试验造成的影响，加载试验时间以22：00至晨6：00为宜。尤其是采用重物直接加载，加卸载周期比较长的情况下只能在夜间进行试验。对于采用车辆等
13、加卸载迅速的试验方式，如夜间试验照明等有困难时亦可安排在白天进行试验，但在晴天或多云的天气下进行加载试验时每一加卸载周期所花费的时间不宜超过2min。 （4）加载分级的计算 根据各荷载工况的加载分级按弹性阶段计算结构各测点在不同荷载等级下计算变位（或应变），以便对加载试验过程进行分析和控制。计算采用的材料弹性模量，如已作材料试验的用实测值）未作材料试验的可按规范规定取值。 4加载设备的选择 静载试验加载设备可根据加载要求及具体条件选用，一般有以下两种加载方式。 （1）可行式车辆 可选用装载重物的汽车或平板卒，也可就近利用施工机械车辆。选择装载故重物时要考虑车厢能否容纳得下，装载是否方便，装载的
14、重物应置放稳妥，以避免车辆行驶时因摇晃而改变重物的位置。 采用车辆加载优点很多，如便于调运和加载布置，加卸载迅速等。采用汽车荷载既能作静试验又能作动载试验。这是较常采用的一种方法。 （2）重物直接加载 一般可按控制荷载的着地轮迹先搭设承载架，再在承载架上堆放重物或设置水箱进行加载。如加载仅为满足控制面内力要求）也可采取直接在桥面堆放重物或设置水箱的方法加载。 承载架的设置和加载物的堆放应安全、合理，能按要求分布和加载重量，并不使加载设备与桥 梁结构共同承载而形成“卸载”现象。 重物直接加载准备工作量大，加卸载所需周期一般较长，交通中断时间亦较长，且试验时温度变化对测点的影响较大，因此宜于安排夜
15、间进行试验。 此外其他一些加载方式也可根据加载要求因地制宜采用。 5加载重物的称量 可根据不同的加载方法和具体条件选用以下方法，对所加载进行称量。 （1）称重法 当采用重物直接在桥上加载时，可将重物化整为零称重后按逐级加载要求分堆置放，以便加载取用。 当采用车辆加载时，可将车辆逐轴开上称重台进行称重、如没有现成可供利用的称重台，可自制专用称重台进行称重。 （2）体积法 如采用水箱加载，可通过测量水体积来换算水的重力。 （3）综合计算法 根据车辆出厂规格确定空车轴重（注意考虑车辆零配件的更换和添减，汽油、水、乘员重力的变化）。再根据装载重物的重力及其重心将其分配至各轴。装载物最好采用规则外形的物
16、 体整齐码放或采用松散均匀料在车箱内摊铺平整，以便准确确定其重心位置。 无论采用何种确定加载物重力的方法，均应作到准确可靠，其称量误差最大不得超过5。最好能采用两种称重方法互相较核。 二、测南设置 1测点布设 （1）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，二般情况下，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）。几种常用桥梁体系的主要测点布设如下。 简支梁桥：跨中挠度）支点沉降，跨中截面应变、 连续梁桥：跨中挠度；支点沉降，跨中和支点截面应变。 悬臂梁桥：悬臂端部挠度、支点沉降，支点截面应变。 拱桥：跨中，L
17、/4处挠度，拱顶L/4和拱脚截面应变。 挠度观测测点一般布置在桥中轴线位置。截商抗弯应变测点应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，横桥向测点设置一般不少于3处，以控制最大应力的分布。 当采用测点混凝土表面应变的方法来确定钢筋混凝土结构中钢筋承受的拉力时，考虑到混凝土表面已经和可能产生的裂缝对观测的影响，测点的位置应合理进行选择，如凿开混凝土保护层直接在钢筋上设置拉应力测点，则在试验完后必须修复保护层。 （2）其他测点的布设 根据桥梁调查和检算工作的深度，综合考虑结构特点和桥梁目前状况等可适当加设以下测点： 挠度沿桥长或沿控制截面桥宽方向分布； 应变沿控制截面桥宽方向分布
18、； 应变沿截面高分布； 组合构件的结合面上、下缘应变； 墩台的沉降、水平位移与转角，连拱桥多个墩台的水平位移； 剪切应变； 其他结构薄弱部位的应变； 裂缝的监测测点。 一般应实测控制断面的横向应力增大系数，当结构横向联系构件质量较差、联接较弱时则必须测定控制截面的横向应力增大系数。简支梁跨中截面横向应力增大系数的测定，既可采用观测跨中沿桥宽方向应变变化的方法，也可采用观测跨中沿桥宽方向挠度变化的方法业进行计算或用两种方法互校。 对于剪切应变测点一般采取设置应变花的方法进行观测。为了方便，对于梁桥的剪应力也可在截面中性轴处主应力方向设置单一应变测点来进行观测。梁桥的实际最大剪应力截面应设置在支座
19、附近而不是支座上。 （3）温度测点的布设 选择与大多数测点较接近的部位设置1-2处气温观测点，此外可根据需要在桥梁主要测点部位设置一些构件表面温度观测点。 第三节 静载试验仪器设备 桥梁静载试验时需测结构的反力、应变、位移、倾角、裂缝等物理量，应选择适当的仪器进行量测。常用的仪器有百分表、千分表、位移计、应变仪、应变计（应变片）、精密水准仪、经纬仪、倾角仪、刻度放大镜等。这些测试仪器按其工作原理可分为机械测试仪器、电测仪器、光测仪器等。机械式仪器具有安装与便用方便、迅速、读数可靠的优点，但需要搭设观脚手架，而且使用试验人员较多，观测读数费时，不便于自动记录；电测仪表安装调试比较麻烦，影响测试的
20、精度的因素也较多，但测试记录仪，较方便，便于数据自动采集记录，操作安全。荷载试验应根据测试内容和量测值的大小选择仪器，试验前应对测试值进行理论分析估计，选择仪器的精度和量测范围，同时满足公路旧桥承载能力鉴定方法中对仪器精度和量测范围的要求，本节介绍几种常用的仪器设备。 一、机械式位移计 机械式位移计包括百分表、千分表及张线式位移和挠度计等；其构造和工作原理基本相同，主要区别在于精度和量程不同。 百分表和千分表多功能义表、，与其它附属装置配套后可用于量测位移、应变、力、倾角等。 1百分表的基本构造 2使用方法 使用时，百分表装在表座上（目前大都采用磁性表座），表架安装在临时专门搭设的支架上，支架
21、应具有一定的刚度，并与被测结构物分开。 将测杆触头抵在测点上，借助弹簧的使用，使其接触紧密。当测点沿（或背向）测杆方向发生位移时，推动（或放松）测杆，使测杆的平齿带动小齿轮、小齿轮又和它同轴的大齿轮一起转动，最后使指针齿轮和指针旋转，经过一系列放大之后；便在表盘上指示出位移值。 3便用时应汪意的事项 （1）使用时，只能拿取外壳，不得任意推动测杆，避免磨损机件，影响放大倍数。注意保护触头，触头上不得有伤痕。 （2）安装时，要使测杆与欲测的位移的方向一致，或者与被测物体表面保持垂直。并注意位移的正反方向和大小，以便调节测杆，使百分表有适宜的测量范围。 （3）百分表架要安设稳妥，表架上各个螺丝要拧紧
22、，但当颈夹住百分表的轴颈时，不可夹得过紧，否则会影响测杆移动。 （4）百分表安装好，可用铅笔头在表盘上轻轻敲击，看指针摆动情况。若指针不动或绕某一固定值在小范围内左右摆动，说明安装正常。 （5）百分表使用日久或经过拆洗修理后，必须进行标定，标定可在专门的百分表、千分表校正仪上进行。千分表与百分表使作方法完全相同。 4.用位移计测挠度与变位 用位移计测挠度或某点的位移时，要注意位移的相对性，位 哆计的定点（表壳）和动点（测杆）必须分别和相对位移的两点连 妾。 位移针可装在各种表架上，通常用颈箍夹住羡的轴颈，也可用其他方式将表壳或轴颈固定在某一个定点，测吁可直接顶住试件测点。 应用位移计量挠度与变
23、位时，应注意下列问题： （1）作为固定位移计的不动点支架必须有足够的刚性。采用磁性或万能百分表架时，表架连杆不可挑出大长。因为位移汁测杆顶住测点时，有一定的反力压在连杆上，如果连杆或支架为柔性较大，就会在该压力作用下产生变形。这样，当结构变?胃叮潜砭筒欢蛱从巢怀霾獾愕恼嬲灰浦怠?（2）位移计测杆与所量测的位移方向完全一致。测点表面需经一定处理，如在混凝土、木材等表面粘贴小块玻璃片或金属薄片等，以避免结构变形后，由于测点垂直于百分表测杆方向的位移，而使位移计产生误差。这种误差有时会很大。如果上述方式还不足以消除误差，则不应将位移测杆直接顶住测点，而须采用其他方式。 （3）位移计使用前后要仔细检查
24、测杆上下活动是否灵活。由于灰尘落人或表架颈拧过紧等都会影响杆上下运动的灵活性。 5用位移计测应变 应变，就是结构上某区段纤维长度的相对变化（L/L）。应变仪就是用来测定这个长度变化的仪器。 采用特制的夹具将位移计安装在结构表面测定应变，具有精度高、量程大的特点。当应变值变化范围很大或需用大标距测定应变时，采用这种装置是非常合适的。 固定位移计和顶杆的夹具，可用钢、铜或铝合金等制成，按照选定的标距以粘贴或预埋的方式固定在结构需量测应变的部位上。 粘贴是最常用的固定方式。在混凝土结构上贴夹具时，应先将混凝土表面用砂轮打磨，除去泥灰再用细砂布略为磨光，用丙酮等擦净夕随后用胶粘剂将夹具按选定的标距粘上
25、，待胶粘剂固化后，即可安装位移计进行量测。 位移计应变量测装置主要用于量测结构构件的轴向应变。常用的量测标距对混凝土为10-20m，对砖石砌体则更大。 对受荷载后会发生曲率变化的构件，不宜用位移计应变量测装置来测定其表面的应变。因为位移计测杆与构件表面之间有一段距离，当构件发生曲率变化时，所测得的应变有时是虚应变（又称视应变），同时顶杆与位移计测杆接触点发生移动影响量测。因此，仅当构件截面变形满足平截面假定，且曲率变化很小时，才能从所测得的虚应变值，推算出实际应变。 二、手持式应变仪 当需要在现场较长期连续地观测结构的应变时，一般的应变仪不适用，手持式应变仪则比较适用。 此仪器的主要部分是千分
26、表，它固定在一根金属杆上，其测杆则自由地顶在另一金属杆的突出部分上、两金属杆之间用两片富有弹性的薄钢片相连，因而能平行地相对移动，每根金属杆的一端带有一个尖形插轴，两插轴间的距离L即仪器的标距。后二次读数差即为结构在区段L内的变形L ，除以标距L即得杆件的应变值。 仪器的各部分合理地选用不同膨胀系数的金属制造，因而使仪器读数受仪器本身的温度影响得到最大限度的消除。 仪器不是固定在测点上，而是读数对才安上去。因此，为了保证仪器工作稳定可靠，标距两端的小孔必须钻得和仪器的插轴钢尖相吻合。因测量时仪器钢尖和测孔之间的按触稳定与否，直接影响到量测的准确性，如果测孔打得不标准，将使钢尖和测孔的接触极不稳
27、定，增大读数误差，甚至无法读取稳定的读数。关于测孔的制作方法建议如下 （1）钢结构可在杆件上直接钻孔。 （2）圬工或木质构件则可粘贴特制的钢脚标（用环氧树脂粘接剂粘贴）。 使用此种仪器，尚有一温度影响问题，即在长期量测过程中，初读数和加载数不可能在同一温度条件下读取，因此在量测读数中不仅包含了受载应变。而且还包含了混度应变 t，为了从读数中扣除温度部分的影响，就要在量测过程中进行“温度补偿”。一般较常用的温度补偿办法是采用与结构同一材料的“补偿块”，和杆件放在一起，同时取得读数，从“补偿块”上取得的读数为单纯的温度应变，并将此应变作为结构的温度应变t。但是，补偿块与结构两者体积差别极为悬殊，两
28、者对气温变化的敏感程度差别很大，由于补偿块体积小，能在短时间内跟上气温的变化，而结构表现为极大“滞后”。因此在气温变化较大时（例如白天尸照情况下）实际上无法起到补偿作用。 为了达到补偿目的，根据量测的实践，建议采取“横向温度补偿法”。在布置测应变的测点的同时，在垂直方向布置测点。 量测时应注意：手持式应变仪操作简单；但量测的精度会随操作人员和每次操作方式的改变而改变，所以，量测时不宜更换使用者；要使仪器与试件表面垂直；每次对仪器施加的压力要尽量相等，并使仪器插足时应在同一孔穴等，以减小量测误差。 三、水准管式倾角仪 水准管式倾角仪的构造，其原理是利用高灵敏度的永准管乘测定结构节点、截面或支座处转角。水准管安置在弹簧片上，一端铰接于基座弹簧片便另一端上升，但被测微计的微调螺丝顶住。将仪器用夹具装在测点后，用微调螺丝使水准管的气泡调.
