桥涵工程试验检测(7)

第七章桥梁荷载试验荷载试验的分类：科学研究性试验和生产鉴定性试验；静荷载试验和动荷载试验；原型试验和模型试验；破坏性试验和非破坏性试验；长期试验和短期试验。第一节荷载试验的目的及主要内容一、荷载试验的目的1．检验桥梁设计与施工的质量2．判断桥梁结构的实际承载力3．验证桥梁结构设计理论和设计方法二、荷载试验的主要工作内容第一阶段：准备阶段明确试验目的搜集技术资料考察试验现场确定观测内容加载方案设计理论分析计算计划测点位置制定试验方案第二阶段：实测阶段现场试验准备分级加载观测第三阶段：评定阶段试验数据分析完成试验报告第一节荷载试验的目的及主要内容三、荷载试验的准备工作1．试验孔(或墩)的选择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。2．搭设脚手架和测试支架3．静载试验加载位置的放样和卸载位置的安排4．试验人员组织及分工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试验的需要进行准备。第二节试验方案与实施1．试验荷载工况的确定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1．试验荷载工况的确定③悬臂梁桥(T型刚构桥)支点(墩顶)最大负弯矩工况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⑤刚架桥(包括斜腿刚架和刚架—拱式组合体系)跨中截面最大弯矩工况柱腿截面最大应力工况节点附近截面最大应力工况1．试验荷载工况的确定⑥悬索桥主梁控制截面最大弯矩应力工况主梁扭转变形工况主梁控制截面位移或挠度工况塔顶最大水平变位工况塔柱底截面最大应力工况钢索(主缆、吊索)最大拉力工况⑦斜拉桥主梁跨中最大正弯矩工况主梁最大负弯矩工况主塔塔顶顺桥向最大水平位移工况斜拉索最大索力工况主梁最大挠度工况动载试验一般安排标准汽车在不同车速时的跑车试验2．试验荷载的确定(1)控制荷载的确定①汽车和人群(标准设计荷载)；②挂车或履带车(标准设计荷载)；③需通行的特殊重型车辆。取其中最不利者对应的荷载作为控制荷载。(2)静载试验效率—静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；—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，平板挂车、履带车、重型车辆，取。)1(SSsqsSS13．静载加载分级与控制(1)分级控制的原则①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。②当使用载重车加载，车辆称重有困难时也可分成3级加载。③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。④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。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。3．静载加载分级与控制(2)车辆荷载加载分级的方法①逐渐增加加载车数量②先上轻车后上重车③加载车位于内力影响线的不同部位。④加载车分次装载重物。(3)加卸载的时间选择为了减少温度变化对试验造成的影，加载试验时间以22:00至晨6:00为宜。(4)加载分级的计算4.加载设备的选择(1)可行式车辆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。(2)重物直接加载堆放重物或设置水箱①称重法②体积法称量误差最大不得超过5％。5.测点设置测点的布设不宜过多，但要保证观测质量。(1)主要测点的布设①简支梁桥：跨中挠度，支点沉降，跨中截面应变。②连续梁桥：跨中挠度，支点沉降，跨中和支点截面应变。③悬臂梁桥：悬臂端部挠度，支点沉降，支点截面应变。④拱桥：跨中，L/4处挠度，拱顶L/2和拱脚截面应变。5.测点设置(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状况等可适当增加设以下测点：I①挠度沿桥长或沿控制截面桥宽方向分布；②应变沿控制截面桥宽方向分布；③应变沿截面高度分布；④组合构件的结合面上、下缘应变；⑤墩台的沉降、水平位移与转角，连拱桥多个墩台的水平位移；⑥剪切应变；⑦其他结构薄弱部位的应变；⑧裂缝的监测测点。(3)温度测点的布设第三节静载试验仪器设备桥梁静载试验时需测的物理量：结构的反力、应变、位移、倾角、裂缝等。1.位移（挠度）各种位移计、激光挠度仪、高精度水准仪、全站仪等、连通器第三节静载试验仪器设备2.裂缝裂缝放大镜、塞尺、超声仪、应变式测量传感器3.反力力传感器、索力仪4.倾角电子式数显倾角仪5.温度温度计、红外测温仪、热电偶第三节静载试验仪器设备6.应变应变片、应变测量传感器、手持式应变仪、钢弦式应变计、光纤应变计应变测量技术电测法的应用特别广泛，涉及到许多领域。在实验应力分析、断裂力学、静动态试验、宇航工程中都有广泛的用途。在桥梁结构试验中最常用的是电阻应变测试技术。应变测量技术应变测量技术应变测量技术应变测量技术应变测量技术应变测量技术电测法的优点：1．精度高，1%；2．分辨率高，可测出10-6，即1με，对钢只有0.2MPa的应力；（分辨率：可检测出的被测量的最小值。灵敏度：输出量的变化值与相应被测量的变化值之比）。3．测量范围广，可达23%；4．尺寸小（最小的0.2mm），可满足应力梯度较大的应变测量；5.质量小，便于安装，不会干绕构件的应力状态；6．频率响应好，响应时间约为10-7s；7．可以在高温（800～1000℃）、低温（-100～-70℃)、高压(上万个大气压)、高速旋转(几千转／min～几万转／min)、核幅射等特殊条件下成功的使用；8．输出电信号，易于实现测量数字化和自动化；9.还可以制成各种传感器。电阻应变片1.应变片构造应变片构造基底和覆盖层一般有纸质和胶质作用:定位、保护应变片的几何形状、绝缘对材料性能要求：厚度小而机械强度高、绝缘性能好、热稳定性能好、耐腐蚀、抗潮湿、无滞后和蠕变现象、稍透明等。2.工作原理“电阻应变效应”ALRAdALdLdRdR应变片工作原理（dD/D:横向应变；dL/L:纵向应变；μ：泊桑比）此式表明：导体(如金属丝)的电阻应变效应由两方面原因造成，一是由(1+2μ)表达的几何尺寸的改变；一是电阻率也随应变发生变化。在一定范围内，应变片的电阻变化率与应变成正比关系(电阻应变效应)。LdLDdDAdA22dLdLLdLLdLdRdR)21(2LdLKLdLLdLdRdR0))21((KRR“电阻应变效应”1856年，W.Thomson在铺设海底电缆时……得到了三个结论：（1）铜丝和铁丝的应变与其电阻的变化成涵数关系；（2）铜丝和铁丝的应变对其电阻的变化有不同的灵敏度；（3）铜丝和铁丝由于应变而产生的电阻变化可用惠斯通电桥测量。1938年，由E.Similton和A.Ruge等人首次制造出了丝绕式电阻应变片，至今各种规格的应变片已有二万多种。电阻应变片的分类1）材料金属应变片的制造设备和技术都较简便，但横向灵敏度较大；半导体应变片的优点是灵敏度高、频率响应好、可以做成小型和超小型应变片。它的缺点是温度系数大，稳定性不及金属应变片等。2）制做工艺丝绕式：价格低，但耐湿性差；箔式：a.尺寸精确，易做成任意形状；b.散热性好，附着力大；c.横向效应很小；d.绝缘性好，蠕变和机械滞后小，耐湿性好，因为箔式片均为胶基；e.生产率高，便于成批生产。缺点是:工艺复杂，成本高。3）使用温场：低温（工作温度低于-30℃）常温（工作温度低于-3℃～60℃）中温（工作温度低于60℃～350℃）高温（工作温度高于350℃）半导体金属箔式丝绕式电阻应变片的分类4）敏感栅形状:单轴应变片和应变花5）其它：敏感栅的长度分，有大标距应变片和小标距应变片。按特殊用途的应变片如防磁应变片、防水应变片、埋人式应变片、层式应变片、可拆式应变片、疲劳寿命片、测压片、无基底式应变片、大应变片、裂缝探测片、温度自补偿应变片等。电阻应变片的安装1）常用胶a.氢基丙烯酸酯类（501、502）b．环氧树脂类2)贴片流程a.选片b.清理构件表面c.画线贴片d.检查、焊线e.固定导线f.应变片保护应变片传递应变的工作图示电阻应变仪直流电桥工作原理电桥平衡条件KRRI21IRrR4R3R21ERBCDA2112RREI4334RREI))((43214231334112RRRRRRRRRIRIUBD04231RRRR00024.01021206R温度效应补偿1)温度效应2）补偿方法:一是自补偿二是桥路补偿.TPRRR1043RRRRERRRRRRRREUPBD4)(44321TRR2对补偿片的设置应考虑如下因素。1)补偿片与工作片应该是同批产品，具有相同电阻值、灵敏系数和几何尺寸；2)贴补偿片的试块材料应与试件的材料一致，并应做到热容量基本相等。如是混凝土材料，则需同样配合比和在同样条件下养护；3)补偿片的贴片、干燥、防潮等处理工艺必须与工作片完全一致；4)连接补偿片的导线应与连接工作片的导线同一规格、同一长度，并且相互平列靠近布置或捆扎成束；5)补偿片与工作片的位置应尽量接近，使二者处于同样温度场条件下，以防不均匀热源的影响；6)补偿片的数量多少，根据试验材料特性、测点位置、试验条件等决定。静态应变测试仪主要特点a．和笔记本电脑USB、RS－232口进行数据通讯，便于携带，适用于实验室和工地现场的测试；b．全桥、半桥、（公用补偿）连接方便；c．采样速度块；d．参数设置及修正、平衡、数据存储均由计算机完成；e．系统能配接桥式传感器、热点偶；f．对每个测点的多次采样（测量）结果可由数据序列或图形显示，并可打印输出或存储。日本产TDS－602静态数据采集仪主要特点a．仪器由自带计算机系统控制；b．仪器自带接线扫描箱；c．测试数据可直接打印；d．测试数据可存于自备计算机硬盘中；e．可由普通计算机键盘控制或触摸屏控制，操作简单、方便；f．外形小巧，携带方便；g．测试稳定性好。H.测量应变、应变式传感器、直流电压、热电偶和热电阻应变式传感器0LLHJ系列可装配式应变测量传感器获国家三项专利双悬臂结构应变测量计，实用新型专利，专利号：ZL200320109969.X.授权公告日：2005年1月5日。平面应变测量传感器，发明专利，专利号：ZL2004100731200.授权公告日：2006年7月26日。混凝土内埋式应变测量传感器，实用新型专利，专利号：ZL200620079045.3.X.授权公告日：2007年3月28日。技术指标规格型号：HJ-150型、HJ-120型、HJ-100型、HJ-080型接桥方式：全桥标定桥压：2V应变仪灵敏系数：K=2.0标准标距：150mm、120mm、100mm、80mm最大量程：±3000με、±4000με、±5000με、±6000με输出灵敏：6666με/mm、8333με/mm、10000με/mm、12500με/mm绝缘电阻：＞1000MΩ非线性：＜0.8%F·S零飘、蠕变：＜0.6%F·S/30min使用温度：-10℃～60℃使用寿命：独特的抗摔碰结构设计，可长期反复使用棱柱体试件对比试验陕西省计量科学研究院测试报告HJ系列可装配式应变测量传感器的应用HJ系列可装配式应变测量传感器的应用HJ系列可装配式应变测量传感器的应用