《大跨径混凝土桥梁的试验方法》

1“铁组”YC4——4/1978科研专题“用试验荷载试验桥梁及桥梁量测的统一化”第15分题大跨径混凝土桥梁的试验方法(经1982年10月在柏林举行的专题第五次专家会议通过）交通部公路科学研究所交通部公路局技术处交通部公路规划设计院一九八二年十月北京2说明我国交通部于1979年开始参加国际铁路合作组织第十一专门委员会“YC4-4/1978用试验荷载试验桥梁及桥梁量测的统一化”科研专题工作，承担第15分项《大跨径混疑土桥梁的试验》科研专题任务，交通部随即将此专题列人1980一1982年交通科技重点项目计划。本文是该专题所取得的最终成果，由1982年10月在柏林举行的第五次专家会议予以通过。会议议定书载明:“对中国专家根据工作计划第15.3项编写的大跨径混凝土桥梁试验方法最终建议草案予以通过，并在桥梁试验中予以采用。”3.目录工、总则1.1适用范围1.2试验与观测的基本目的1.3试验与观测的分类1,4试验计划大纲的内容1.5与本专题其他有关分题的关系Ⅱ、施工观测2.1土施工观测的任务2.2构件的检验2.3施工设备的检验2.4结构施工观测的内容2.5施工观测资料的整理2.6施工观测报告的编制Ⅲ、现场荷载试验A.一般规则3.1现场荷载试验的任务3.2荷载试验的类型3.3实行荷载试验的对象3.4试验桥梁的混凝土龄期3.5加载试验前的准备工作3.6检查后的计算和分析3.7量测要求B.静力荷载试验3.8静力试验荷载的效率3.9静力试验的加载设备3.10静力试验荷载的布置3.11静力荷载的分级43.12静力试验的加载方式3.13静力荷载的持续时间3.14.静力试验的读数3.15静力试验的终止条件3.16静力试验的观测内容3.17几种主要桥梁沐系的观测部位3.18静力试验的资料整理3.19静力试验结果的评定标准C.动力荷载试验3.20动力荷载试验的目的3.21动力荷载试验的项目3.22动力试验荷载的分类3.23动力试验荷载的布置3.24动力试验记录的资料3.25动力试验资料的整理3.26动力试验结果的评定与分析D.荷载试验报告3.27荷载试验报告的内容Ⅳ.长期观测4.1长期观测的目的4.2实行长期观测的对象4.3长期观测的结构部位4.4长期观测的内容4.5长期观测的安排4.6长期观测中应注意的问翘4.7长期观测的资料整理5大跨径混凝王桥梁的试验方法(最终建议)I总则1.1适用范围-1.1.1.本建议主要涉及公路和城市道路的各种大跨径钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁的非破坏性试验，适用于新建的、改建的、修复的和旧有的各种大跨径混疑土桥梁的试验与观测。1.1.2本建议将路径大于40米的梁式桥、跨径大于60米的拱式桥定为大跨径混凝土桥梁。但各国可恨据实际情况，自行确定大跨径的界限。1.1.3大跨径混凝土桥梁的主要特点(1)施工比较艰巨，施工阶段结构受力状况复杂多变，有时远比建成后的营运状态不利。(2)恒载在总荷载中所占比重随跨径增大而提高。(2)鉴于其投资高，更换困难，必须确保其长期处于良好的营运状态。1.2试验与观测的基本目的(1)为保证大跨径混疑土桥梁的施工安全和工程质量及时地提供观测资料。(2)为保证桥梁运营的可靠性，检验桥梁结构的承载能力及其工作状况，是否符合设计标准或能否满足使用要求。.（3)检查桥梁结构的真实工作状况，为改进桥梁结构及其设计方法积累科学依据。1.3试验与观测的分类（1)施工观测，（2)现场荷载试验，包括静力和动力荷载试验，（3)长期观测。可根据工程提出的问题，实行其中一类或几类的试验与观测。1.4试验计划大纲的内容·试验前应提出试验计划大纲，其主要内容为：（1)试验要求：目的、类型、项目和依据的标准。(2)试验结构的技术资料：原有的设计、计算与施工的基本资料，结构现状(包括存在的问题和缺陷)，必要的理论验算数据。(3)加载方案:最大荷重、加载设备和加载图式。6（4）观测方案:观测内容、.测点布置、量测方法与仪器，要求达到的测试精度。(5)试验程序:加、卸载程序与观测程序，试验终止条件。(6)试验筹备工作：:材料和仪器设备数量、费用、进度时间表和试验日期。(7)试验人员的组织和分工：使总指挥和各部份人员明确职责，并相互保持良好的联络。(8)安全措施：包括试验期间人身、结构物、试验加载设备和仪器设备等的安全措施。1.5与本专题其它分题的关系大跨径混疑土桥的观测与试验的一般规则宜与本科研专题的有关分题的建议相适应。Ⅱ施工观测2.1施工观测的任务施工观测为指导施工及时提供必要的科学依据，是任何大跨径桥梁为保证施工安全和工程质量的一项必需实行的工作。2.2构件的检验构件在制造过程中的检验包括：材料的物理力学性能、构件尺寸的偏差、予应力张拉工艺和构件运输中有否损伤等，均应按设计要求和施工规程进行评定。2.3施工设备的检验(1)通常由工厂定型生产的施工设备，按产品使用技术条件进行检验。.(2)用万能杆件拼装的承重设备(例如各种大型吊装备、挂兰和托架等)，尤其是未按定型体系拼装的这类设备，在投人使用前，必须施加1.3倍最大施工荷载，并使之最不利工作状况下试运行，观测其最不利部位和连接部分变位、应力、压屈稳定和整体稳定性等，以检验其是否符和使用要求。试运行荷载一般应分级施加到最大检验荷载值。(3)为施工专门设计制作的承重设备(例如拱架和各支架等)，通常不可能在使用前进行最大施工荷载的试验，.则要求在使用过程中精心观测其结构最不利部位的变位和应力。2.4结构施工观测的内容2.4.1定位测量.结构构件在安装过程中，须随时观测构件轴线控制点的坐标变化，随时纠正其纵向和横向偏位，使其不超过容许偏移量。以保证施工准确就位。2.4.2结构施工变位的观测(1)在各施工阶段，均须观测主要承重构件的挠度和水平位移的变化。7(2)在结构体系逐步转换为设计体系的各施工阶段，应观测结构的挠度变化。(3)超静定结构在施工最后阶段进行撒换支座、调整支座标高或调整施工应力时，须观测结构的标高和挠度变化。(4)桥梁墩台和桥塔结构在上部结构施工阶段，应在观测上部结构变位的同时，观测其水平位移和沉降。(5)观测温度、收缩和徐变等对施工结构变位的影响。2.4.3结构施工应力(或应变)的观测在必要的情况下，在观测结构施工变位的同时，应观测结构施工控制截面的应力(或应变)、支承反力和缆索拉力等。由于施工持续时间较长，量测结构施工变位和应力(或应变)的连续变化，必须考虑对混凝土的早期收缩、徐变和温度影响的补偿或修正方法(参见3.7条和4.6条)。2.4.4观测构件裂缝的出现和扩展状况。2.4.5结构施工变位和应力(或应变)的最大容许值，应由设计部门根据施工程序设计进行计算，事先提供给施工技术主管部门和施工观测人员。2.4.6在可能的场合，可利用施工荷载对已建成的主要结构部分进行一次荷载试验，以了解其实际工作状况。例如设有挂梁的T型刚构、悬臂梁和斜拉桥等，当待安装的挂梁在已建成的桥跨上运送时，可观测该桥跨结构的挠度和应力(或应变)的变化曲线。2.5施工观测资料的整理施工观测资料应该当场整理出来，并及时报告主管人员，使其成为指导施工的依据。当发现结构的变位或裂缝有异常情况时。必须及时报告，以研究对策。、该部分资料应包含在施工技术文件里，以提供桥梁验收阶段和以后检验阶段参考。2.6施工观测报告的编制报告的内容应完整，记载应详细。除了简述设计与施工方面的有关基本资材外，还须包括以下内容：(1)观测的时间、气候条件和混凝土的龄期、强度等.(2)观测结果与施工各阶段计算值的比较。(3)施工中出现问题的处理。(4)记载必要的现场状况、照片和图表。8Ⅲ现场荷载试验A一般规则3.1现场荷载试验的任务检验结构的静力和动力性能及其工作质量，并给以评价。3.2荷载试验的类型3.2.1按工程检验性质，分为：(1)验收荷载试验：检验结构承载能力是否符合设计的要求，已确定能否交付正常使用。一般为基本荷载试验。(2)鉴定荷载试验:：确定结构容许承载能力的界限。3.2.2按试验荷载的性质，分为：(1)静力荷载试验：根据工程检验的要求，确定最大试验荷载量。(2)动力荷载试验：测定结构的动力特性。3.2.3按最大试验荷载量，分为:(1)基本荷载试验：最大试验荷载为设计标准规定得的荷载（包括标准规定的动力系数活荷载增大系数的因素）。(2)重荷载试验：最大试验荷载大于基本荷载。(3)轻荷载试验：最大试验荷载小于基本荷载，但为了充分反映结构的整体工作和减小量测的误差，要求试验荷载不小于基本荷载的0.5倍。3.3实行荷载试验的对象(1)新建的大跨径混凝土桥梁，一般均须进行验收荷载试验。对于独特设计比如采用新材料、新工艺或新结构的新建桥梁，必须实行验收荷载试验。(2)新建的、加固的或修复的桥梁，为检验工程效果。可根据结构验算荷载和使用要求，实行验收的或鉴定的荷载试验。(3)缺乏设计与施工技术资料的旧桥，或难于采用计算方法评定其能否承受预定的增大荷载的旧桥，为判断它们的容许承载能力，实行鉴定荷载试验。(4)对设计或施工质量有疑问的桥梁和遭受某种程度破坏的桥梁，为选定适当的工程措施而实行鉴定荷载试验。试验荷载的数量按降低后的承载能力计算值确定。(5)验证结构设计理论的试验性桥梁，为了测定结构的影响或影响面、刚度和动力特性等，可实行轻荷载试验。9(6)对于一般的大跨径混凝土桥梁，采用普通的竖向荷载进行动力试验，检验其动力特性，作为静力荷载试验的补充。对于设计中动力问题突出的特大跨径桥梁（例如沿海飓风区、考虑流水或船舶撞击的桥梁），需要实行专门的动力试验。3.4试验桥梁的混凝土龄期要求在结构的主要承重构件的混凝土龄期达到设强度后进行。3.5加载试验前的准备工作3.5.1结构物的详细检查(1)查明结构物的实际技术状况：包括结构的总体尺寸、杆件截面尺寸、各部分的高程、行车道路面的平整度、墩台顶面标高和平面位置、支座位置、材料的实际物理力学性能等。(2)查明上下部结构物的裂缝、缺陷、损坏和钢筋锈蚀状况，并在实验过程中随时注意观察其变化。检查支座有无锈蚀和损害状况。（3）在加载实验过程中和试验结束后。也要对受加载影响较大的部位进行详细的检查。3.5.2桥址情况调查：包括桥上和两端线路技术状况，线路容许车速、桥下净空、水深和通航情况、线路交通量、桥址供电情况等，据以选择合适的加载方式、量测手段和安全措施。3.5.3加载装置的准备、试验荷重的分级称量和加载位置的放样等。3.5.4量测系统的准备：标定传感器、搭设辅助脚手架、安置仪表和进行测点编号等。3.5.5现场布置与组织：观测设施、安全措施、电源、封闭交通时间和试验人员的分工等。3.6检查后的计算和分析如果经检查发现结构的尺寸超过规定的误差，或材料质量没有达到设计要求，须按照结构的实际状况重新进行静力或动力分析。计算在试验荷载作用下检测部位的变位和应力(或应变)数值。3.7量测要求在现场菏载试验的短时间里，也必须注意日照和昼夜温度变化对结构物及量测数据的影响。根据不同的量测方法和条件，建议采取以下措施，以减小温度的影响:3.7.1选择昼夜温差小的季节，并安排在阴天或夜间(深夜至黎明前)近乎恒温的条件下进行试验。3.7.2选择气象条件较稳定的日期进行试验。这要求事先从当地气象台站取得可靠的天气预报资料，并在加载试验前，即在无荷载作用下至少记录24小时的气温变化，并采用与10试验程序相同的间隔时间对所有测点迸行读数，以此修正加载试验时各测点的量测数据。3.7.3在试验过程中可采用连续观测读数、分段计算每个荷载阶段读数增量的方法，(假设加载短时间内结构温度场近乎不变)。此法也适用于持续时间较长的施工观测。3.7.4布置适量的温度测点(如热敏电阻或热电偶等，在每次观测其它测点的同时。量测结构温度场的变化，通过结构温度位移和温度应力场的计算，把量测数据中的温度影响成分分离出来。3.7.5埋设与测点相同的、以传感器制备的无应力试件。在加载试验中，每次观测应力测点的同时。观测无应力计的变化，以此修正其它量测数据。此法只能补偿结构均匀温度变化和均匀收缩的影响。3.7.6量测仪器的精度，静态测定时应选用不