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1、公路与桥梁检测技术,第2篇 桥梁结构试验检测,本讲内容,1.1 桥梁结构试验的任务、目的和分类（了解）,1.2 试验设计、数据整理及报告编写（掌握）,2.2 混凝土结构试件试验检测（熟悉）,2.4 钢结构试验检测（自学、了解）,2.1 桥梁支座和伸缩装置检验（熟悉）,2.3 预应力混凝土结构试验检测（掌握）,2.5 悬吊结构试验检测（自学、了解）,2.6 作业,桥梁结构试验的任务通过物理技术手段，通过一定物理量的输入，得到相应的输出，判定结构的行为效应是否出于预测的范围，或反求推测结构的内部性能主要依据公路工程质量检验评定标准（JTJ F80/1-2004）公路工程技术标准（JTG B01-2
2、003）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）公路旧桥承载能力鉴定方法交通部，1988公路工程竣（交）工验收办法（交通部2004年第3号）大跨径桥梁荷载试验方法交通部科研所公路桥梁承载能力检测评定规程(送审稿)交通部科研所,1.1桥梁结构试验任务、目的及分类,桥梁结构试验的任务：,分析桥梁病害产生的原因，掌握其变化规律。,确定桥梁的承载能力及其运行条件。,对新建桥梁或改建桥梁进行竣工鉴定，检验设计的预期效果。,桥梁结构试验的目的：通过荷载试验，了解桥梁在试验荷载作用下的实际工作状况，判断桥梁结构的安全承载能力和使用条
3、件。,根据试验目的和侧重点不同，可分为科学研究性试验和生产性试验。,科学性试验验证新的结构分析理论、设计计算方法运用和推广新的结构形式、新的建筑工艺积累经验为制定新的设计规范提供依据生产性试验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运营荷载等级。,1.1.3桥梁结构试验的分类,1936年，在宁波旅沪同乡会资助下，由德国西门子公司承建的灵桥正式完工，设计使用期限70年，成为宁波最有代表性的近现代建筑之一。2007年，宁波市政府委托同济大学对灵桥进行了彻底检查，认为大桥主体结构依然安全。在对其进行必要整修后，现今灵桥依然
4、作为市内主要桥梁为宁波市内交通服务。,动荷载随时间而变化的荷载。（冲击、随机荷载（风、地震）结构所承受的动力荷载的方式：（1）地震作用（2）机械设备振动和冲击荷载（3）高层建筑和高耸结构的风载（4）车辆运动对桥梁的振动（5）海浪对采油平台的冲击（6）爆炸引起的振动（7）周围环境的随机振动,对结构进行动力分析的目的：保证结构在整个使用期间，在可能发生的动荷载作用下能正常工作，并确保其一定的可靠度。结构动力测试主要包括：（1）动荷载特性的测定；（动荷载的大小、作用方向、作用频率及其规律性质）（2）结构自振特性的测定；（自振频率、阻尼比、振型）（3）结构在动荷载作用下的反应的测定。（振幅、速度、加速
5、度、动应力、动力系数）结构动力测试的目的：研究动荷载的振动对工程结构的影响，以及抵御或减缓这种影响提供所必须的数据。,目前试验目的,收集设计、计算资料,拟定试验方法,阅读相关文献,试验总体组织,1.2 试验设计、数据整理及报告编写,测试仪器设备的准备和试验人员的组织,试验目的及测量要求,测试内容,测量方法,加载方法,试验计划内容,试验程序,试验进度,试验目的,试验方法及依据,试验情况及问题,试验对象简介,试验报告包括内容,试验成果及分析,结论,2.1 桥梁支座和伸缩装置检验一、桥梁支座 支座的功能：将上部结构承受的各种荷载传递给墩台，并能适应上部结构由于荷载、温度变化、混凝土收缩等产生的变形（
6、水平位移及转角），使上部结构的实际受力情况符合设计要求。简易垫层支座（小桥涵上使用）钢板支座 钢筋混凝土支座 铸钢或不锈钢支座 橡胶支座,支座分类,球式橡胶支座,盆式橡胶支座,四氟滑板式橡胶支座,1.板式桥梁橡胶支座的构造特性 由若干层橡胶片与薄钢板组成，经加压硫化牢固的粘结成为一体。支座 在竖向荷载作用下具有足够的刚度，是由于钢板限制了橡胶片的侧向膨胀。支座的水平位移主要取决于橡胶片的净厚度。,橡胶支座构造图,2.板式桥梁橡胶支座的技术要求 交通部行业标准（JT/T42004）,3.板式桥梁橡胶支座的检验方法：型式检验 出厂检验 使用前抽检 成品力学性能检验 成品解剖检验 外观及几何尺寸检验
7、,检验形式,检验内容,（1）抗压弹性模量检验 试验原理：根据橡胶支座的应力-应变曲线直线段计算抗压弹性模量。试验步骤：将支座置于试验装置的承压板上，对准中心，加荷至压应力为1.0MPa，在承压板的四个角对称安装四支位移计。进行预压。将压应力以0.03-0.04MPa/s的速率连续地增至平均压应力=10MPa，持荷2min，然后以连续均匀的速度将压应力卸至1.0MPa，持荷5min记录百分表初始值，绘制应力-应变图，预压三次。,1000吨橡胶支座压剪试验机,橡胶支座抗压弹性模量试验,橡胶支座抗压弹性模量试验,正式加载 每一加载循环自1.0MPa开始，将压应力以0.03至0.04MPa/s的速率连
8、续均匀地加载至4MPa，持荷2min后，采集支座变形值；同样以连续均匀的速度卸载至1.0MPa。每2MPa为一级逐级加载，每级持荷2min后，采集支座变形数据直至平均压应力为止，绘制的应力应变图应成线性关系，以连续均匀的速度卸载至1.0MPa。10min后进行下一加载循环，加载过程连续进行三次。,抗压弹性模量计算各级试验荷载作用下的累计压缩应变i：试样的抗压弹性模量：ci：各级荷载下试样的累计竖向压缩变形；te；试样橡胶层的总厚度，te=i；E1：试样实测抗压弹性模量计算值；4、4、10、10：第4MPa和第10MPa级试验荷载下的压应力和累计压缩应变值。,试验结果取三次加载所得结果的平均值，
9、但单项结果和算术平均值的偏差不应大于算术平均值的3%，否则应重新试验。,影响抗压弹性模量的因素：橡胶片与加劲钢板接触面的状态 形状系数 形状系数：支座受压面积与其自由膨胀侧面积之比值；对于矩形支座 对于圆形支座 La、Lb：矩形支座加劲钢板的长、短边长度；d：圆形支座加劲钢板的直径。,（2）极限抗压强度检验 将试样放置在试验机的承载板上，上下承载板与支座接触面不得有油污，对准中心位置，精度应小于1%的试件短边尺寸。以每分钟0.1MPa/s的加荷速率加载至试样极限抗压强度70MPa为止，绘制应力时间图，并随时观察试样受力状态及变形情况，试样是否完好无损。,（3）抗剪弹性模量检验 在试验机的承载板
10、上应使支座顺其短边方向受剪，将试样及中间钢拉板按双剪装置配置好。,将压应力以0.03-0.04MPa/s的速率连续均匀地加载至平均压应力，绘制应力时间图，并在整个抗剪试验过程中保持不变。调整试验机的剪切试验结构，使水平油缸、负荷传感器的轴线和中间钢拉板的对称轴重合。预加载：以0.002-0.003MPa/s 的速率连续施加水平剪应力至=1.0MPa，持荷5min，然后以连续均匀的速度卸载至0.1MPa，持荷5min，记录位移初始值，绘制应力应变图，预载三次。,正式加载：每一加载循环自=0.1MPa开始，每级剪应力增加0.1MPa持荷1min，采集支座变形数据，至=1.0MPa为止，绘制的应力应
11、变图应成线性关系。然后以连续均匀的速度卸载至剪应力为0.1MPa。10min后进行下一循环，连续进行三次。,抗剪弹性模量计算：试样的累计剪切应变 i=si/te。抗剪弹性模量G1si：试样累计水平剪切变形G1：试样实测抗剪弹性模量计算值；1.0、0.3、1.0、0.3：第1.0MPa和第0.3MPa级试验荷载下的剪应力和累计剪切应变值。,试验结果应为三次试验的算术平均值，但各单项结果与算术平均值的偏差不应大于算术平均值的3%，否则该试样应再进行一次试验。（4）抗剪粘结性能试验 将压应力以0.03-0.04MPa/s的速率连续均匀地加载至平均压应力，绘制应力时间图，并在整个抗剪试验过程中保持不变
12、。以0.002-0.003MPa/s 的速率连续施加水平力，当剪应力至2MPa时，持荷5min后，水平力以连续均匀的速度连续卸载，在加、卸载过程中绘制应力一应变图。,（5）抗剪老化试验 将试样置于老化箱内，在70 2温度下经72h后取出将试样在标准温度235下，停放48h，再在标准试验室温度下进行剪切试验。老化后抗剪弹性模量G2的计算方法与标淮抗压弹性模量计算方法相同。,（6）摩擦系数检验 试验步骤：将四氟滑板支座与不锈钢板试样按规定摆放，对准试验机承载板中心位置，精度应小于1的试件短边尺寸。试验时应将四氟滑板试样的储油槽内注满5201-2硅脂油。1、4试验机上、下承载板；2四氟滑板支座试样；
13、3中间钢拉板；5不锈钢板试样；6防滑摩擦板,将压应力以0.03-0.04MPa/s的速率连续地增至平均压应力，绘制应力时间图，并在整个摩擦系数试验过程中保持不变。预压时间为1h。以0.002-0.003MP/s的速率连续地施加水平力，直至不锈钢板与四氟滑板试样接触面间发生滑动为止，记录此时的水平剪应力。试验过程应连续进行三次。2）试样的摩擦系数按下式计算，并求三次的平均值,H支座承受的最大水平力，kN；R支座最大承压力，kN；Ao支座有效承压面积，2。,（6）允许转角检验 试验原理,试验步骤 将试样按规定摆放，对准中心位置，精度应小1的试件短边尺寸。在距试样中心L处，安装使梁产生转动用的千斤顶
14、和测力计，并在承载梁(或板)四角对称安置四只高精度位移传感器(精度0.001mm)；预压：将压应力以0.03-0.04MP/s的速率连续地增至平均压应力，绘制应力时间图，维持5min，然后以连续均匀的速率卸载至压应力为1.0MPa，如此反复三遍。检查传感器是否灵敏准确；,加载 将压应力按照抗压弹性模量试验要求增至，采集支座变形数据，绘制应力应变图，并在整个试验过程中维持不变。用千斤顶对中间工字梁施加一个向上的力p，使其达到预期转角的正切值(偏差不大于5)，停5min后，记录千斤顶力P及传感器的数值。,实测转角的正切值：各种转角下，由于垂直荷载和转动共同影响产生的压缩变形值:C支座最大承压力R时
15、试样累积压缩变形值，mm1转动试验时，试样中心平均回弹变形值，mm2垂直压缩和转动共同影响下试样中心处产生的压缩变形值，mm各种转角下试样边缘换算变形值计算,各种转角下，支座边缘最大最小变形值计算,（7）判定规则 实测抗压弹性模量E1、抗剪弹性模量G1、试样老化后的抗剪弹性模星G2和四氟滑板试样与不锈钢板的摩擦系uf应满足规范的要求；支座在不小于70MPa压应力时，橡胶层未被挤坏；中间层钢板未断裂，四氟板与橡胶未发生剥离，则试样的抗压强度满足要求；支座在两倍剪应力作用下，橡胶层未被剪坏，中间层钢板未断裂错位，卸载后，支座变形恢复正常，认为试样抗剪粘结性能满足要求；,试样的容许转角正切值，混凝土
16、、钢筋混凝土桥在1300，钢桥在1500，试样边缘最小变形值大于或等于零时，则试样容许转角满足要求；三块(或三对)试样中，有两块(或两对)不能满足要求时，则认为该批产品不合格。有一块(或一对)试样不能满足要求时，则应从该批产品中随机再取双倍试样对不合格项目进行复验，若仍有一项不合格，则判定该批产品不合格。,5盆式橡胶支座 构造特点：将纯橡胶块放置在凹型的金属盆内，橡胶处于有侧限受压状态，从而使支座的承载能力大大提高。按使用性能分类：双向活动支座：具有竖向承载、竖向转动和多向滑移性能,单项活动支座：具有竖向承载、竖向转动和单一方向滑移性能,固定支座：具有竖向承载和竖向转动功能。,（1）成品支座力
17、学性能要求 竖向承载力 标准系列支座的竖向承载力分为31级，即0.860MPa。#在竖向设计荷载作用下，支座压缩变形值不得大于支座总高度的2%；#盆环上口径向变形不得大于盆环外径的0.5；#支座残余变形不得超过总变形量的5%。,水平承载力#固定支座在各方向和单向活动支座非滑移方向的水平承载力均不得小于支座竖向承载力的10%。抗震型支座水平承载力不得小于支座竖向承载力的20%。转角 支座转动角度不得小于0.02rad。摩阻系数 加5201硅脂润滑后，常温型活动支座设计摩阻系数最小取0.03。加5201硅脂润滑后，耐寒型活动支座设计摩阻系数最小取0.06。,（2）支座力学性能的检测方法 整体支座力
18、学性能测试应在专门试验机构中进行。荷载试验检验荷载应为支座设计承载力的1.5倍，并以10个相等的增量加载。在支座的顶底板间均匀安装四只百分表，测试支座竖向压缩变形；在盆环上口相互垂直的直径方向安装四只千分表，测试盆环径向变形。,加载前应对试验支座预压三次，预压荷载为支座设计承载力。试验时检验荷载以10个相等的增量加载。二、桥梁橡胶伸缩装置检验1.桥梁橡胶伸缩装置的作用及分类 作用：满足桥梁上部结构变形的需要，并保证车辆通过桥梁时平稳。纯橡胶式伸缩装置 板式伸缩装置 组合式伸缩装置 模数式伸缩装置,分类,各种橡胶伸缩装置,2.桥梁橡胶伸缩装置的技术要求 成品力学性能试验 成品尺寸偏差及外观质量检验 成品解剖检验 每200块或每批任取一块，将其沿垂直方向锯开检验,
