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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
2、结构的承载能力和使用条件 。 2. 评估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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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（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
9、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
10、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，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
11、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
12、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
13、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 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
14、，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
15、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击 力
