桥梁静载试验演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四章 桥梁静载试验,1,1,主要内容,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第六节,静载试验的方法与程序,桥梁结构静载试验的方案设计,试验现场组织,桥梁桩基础静载试验,(,选学,),静载试验数据整理分析,静载试验实例,(,选学,),2,2,第一节 静载试验的方法与程序,一、静载试验的目的,桥梁静载试验是按照预定的试验目的与试验方,案，将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置，观测,桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝、沉降等参,量的试验项目，然后根据有关规范和规程的指标，,判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作,性能。,3,3,静载试验分类,梁桥、刚构桥,上部试验,拱桥,斜拉桥、悬索桥,桥梁静载试验,桥墩,下部试验,桥台,基础,4,4,静载试验分类,生产鉴定性试验、科学研究性试验；,主要构件试验、全桥整体试验；,实桥现场检测、桥梁结构模型的室内试验。为了,能够较为客观地反映桥梁结构的工作性能，桥梁,检测多采用实桥现场检测。,5,5,桥梁静载试验主要解决以下问题,检验桥梁结构的设计与施工质量，验证结,构的安全性与可靠性。,验证桥梁结构的设计理论与计算方法，充,实与完善桥梁结构的计算理论与施工技,术，积累科学技术资料。,掌握桥梁结构的工作性能，判断桥梁结构,的实际承载能力。,6,6,二、静载试验的程序,桥梁现场检测,分为三个阶段,准备规划阶段,加载与观,测阶段,分析总结阶段,7,7,1.,准备规划阶段,技术资料的收集：设计、施工、监理、试验、养护,与维修、环境因素、交通量及重载车辆的情况等,桥梁现状检查：桥面、排水、承重结构开裂与否及,裂缝分布情况、有无露筋现象及钢筋锈蚀程度、混,凝土碳化剥落程度、支座、冲刷等。对试验桥梁的,现状做出宏观判断。,8,8,1.,准备规划阶段,理论分析计算：设计内力计算是按设计图纸、,设计荷载、设计规范，采用专用或通用软件，,计算出结构的设计内力；试验荷载效应计算是,按实际加载等级、加载位置及加载重量，计算,出各级试验荷载作用下桥梁结构各测点的反应,如位移、应变等，以便与实测值进行比较。,9,9,1.,准备规划阶段,试验方案制定：测试内容确定、加载方案设,计、观测方案设计、仪器仪表选用等。试验方,案是整个检测工作技术纲领性文件，因此，必,须具备全面、详实、可操作性强等基本特点。,现场准备：搭设工作脚手架、测量仪表支架、,测点放样、测试元件布置、测量仪器安装调,试、通讯照明安排等，现场准备阶段工作量,大，工作条件复杂，是试验过程重要环节。,10,10,2.,加载与观测阶段,加载与观测阶段是整个检测工作中心环节。,流程：,准备工作,试验方案进行加载,观测试验结构受力后的各项性能指标,记录各种观测数据和资料,11,11,2.,加载与观测阶段,注意：对于静载试验，测得的各种技术数据,与 理论计算结果必须进行现场分析比较。,目的：以判断受力后结构行为是否正常；,是否可以进行下一级加载；,确保试验结构、仪器设备及试验人员的,安全。,12,12,3.,分析总结阶段,本阶段是对原始测试资料进行综合分析的过,程。这一阶段的工作，直接反映整个检测工作,的质量。,大量的观测数据、文字记载和图片等材料，受,各种因素的影响，原始测试数据一般显得缺乏,条理性与规律性，未必能直接揭示试验结构的,内在行为。,13,13,14,对它们进行科学的分析与处理，以去伪存,真、去粗存精，进行综合分析比较，从中,提取有价值的资料。,对于一些数据或信号，有时还需按照数理,统计或其它方法进行分析，或依靠专门的,分析仪器和分析软件进行分析处理，或按,照有关规程的方法进行计算。,测试数据经分析处理后，按照相关规范或,规程以及检测的目的要求，对检测对象做,出科学准确的判断与评价。,14,桥梁静载试验依照规范,大跨径混凝土桥梁的试验方法,公路桥梁设计规范,公路旧桥承载能力鉴定方法,城市桥梁养护规范,城市桥梁荷载规范,等等,15,15,第二节,静载试验的方案设计,一、试验对象选择,二、理论分析计算,三、加载方案设计,试验方案设计流程,四、观测内容确定,五、测点布置,六、测试仪器选择,16,16,一、试验对象的选择,结构型式与跨度相同：代表性的一孔或几孔；,结构型式不相同：按不同的结构型式分别选取具,有代表性的一孔或几孔；,结构型式相同但跨度不同：取跨度最大的一孔或,几孔；,对于预制梁，应根据不同跨度及制梁工艺，按照,一定的比例进行随机抽查试验。,17,17,一、试验对象的选择,试验对象的选择还应考虑以下条件。,试验孔或试验墩台的受力状态最为不利；,试验孔或试验墩台的破损或缺陷比较严重；,试验孔或试验墩台便于搭设脚手支架，布置测,点及加载。,18,18,二、理论分析计算,理论分析计算包括试验桥跨的设计内力计算,和试验荷载效应计算两个方面。,设计图纸,设计荷载,计算模型,设计内力,荷载效应,控制截面,19,19,常见桥型控制截面设计内力及观测内容,跨中截面的弯矩,设计内力,支点截面的剪力,（曲线梁：支点扭矩）,简支梁,应变观测,变形观测,跨中截面应变,支点、,L/4,、,跨中、,L3/4,（曲线梁跨中扭转角）,20,20,常见桥型控制截面设计内力及观测内容,中跨跨中、,L/4,、,L3/4,、中支点截面、,设计内力,边跨（次边跨）,跨中弯矩、剪力,连续梁桥,连续刚构桥,应变观测,变形观测,中跨跨中、中支点、,近中支点的边跨跨中,支点沉降，各跨,L/4,、,跨中、,L3/4,21,21,常见桥型控制截面设计内力及观测内容,固端根部截面,的弯矩与剪力；,设计内力,墩身控制截面,的弯矩与轴力；,T,型刚构,应变观测,变形观测,固端根部截面、,墩身控制截面的应变,悬臂端部的挠度、,墩顶截面的水平,位移与转角,22,22,常见桥型控制截面设计内力及观测内容,拱肋或拱圈控制截面（拱顶、,L/4,、,拱脚）的轴力、弯矩；,设计内力,中承式、下承式还包括吊杆的轴力；,上承式还包括立柱的轴力,拱桥,应变观测,变形观测,拱脚、,L/4,、跨中、,L3/4,处拱肋,或拱圈截面；,中承式或下承式，还应测试吊杆的应变；,系杆拱，还应测试系杆的内力变化；,拱脚、,L/4,、跨中、,L3/4,处拱肋或拱圈；,墩台顶的挠度与水平位移；,23,23,常见桥型控制截面设计内力及观测内容,加劲梁控制截面的弯矩、扭矩与轴力；,索塔控制截面的弯矩与轴力；,设计内力,控制拉索的轴力；,桥面系的局部弯曲应力；,斜拉桥,应变观测,加劲梁控制截面及索塔控制截面的应变；,控制拉索的索力；,桥面系的工作性能；,变形观测,各跨支点、,L/4,、跨中、,L3/4,截面的挠度；,上述部位的扭转角和横桥向位移；,索塔塔顶的水平位移，,24,24,25,常见桥型控制截面设计内力及观测内容,加劲梁控制截面的弯矩与剪力，,主缆的轴力，,设计内力,索塔控制截面的轴力、弯矩，,吊杆的轴力，,桥面系的应力,加劲梁跨中截面、,L/8,截面、,悬索桥,应变观测,索塔控制截面的应变；,控制吊杆的轴力，最大索股索力；,主缆的表面温度，桥面系的工作性能；,加劲梁支点、,L/8,、,L/4,、,L3/8,、跨中、,变形观测,L5/8,、,L3/4,、,L7/8,截面的挠度；,以及上述测点在偏载情况下,的扭转角和横桥向位移；,索塔塔顶的水平位移，,25,试验荷载效应,试验荷载效应计算是在设计内力计算结果的基,础上，来确定加载位置、加载等级以及在试验,荷载作用下结构反应大小的过程，也是一个反,复试算的过程。,由于桥梁静载试验为鉴定荷载试验，试验荷载,原则上应尽量采用与设计标准荷载相同的荷,载，但由于客观条件的限制，实际采用的试验,荷载往往很难与设计标准荷载一致。,26,26,在不影响主要试验目的的前提下，一般采,用内力或变形等效的加载方式，即计算出,设计标准荷载对控制截面产生的最不利内,力，以此作为控制值，然后调整试验荷载,使该截面内力逐级达到此控制值，从而实,现检验鉴定的目的,27,27,试验荷载效应,根据,大跨径混凝土桥梁的试验方法,的要求，,在选择试验荷载大小及加载位置时应采用静载试,验效率,进行调控，即,=,S,t,S,d,(1,+,),S,t,试验荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值；,S,d,设计标准荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值；,1,设计取用的冲击系数。,取值宜在,0.8,1.05,之间。,28,28,试验荷载效应,根据最大试验荷载量及试验目的的不同，可以,分为：,基本荷载试验：最大试验荷载为设计标准规定的,荷载，即,1.0,0.8,，包括设计标准规定的动,力系数或荷载增大系数等因素的作用；,重荷载试验：最大试验荷载大于基本荷载，即,1.0,，一般只在特殊情况下才进行重荷载试验，,其上限值根据检验要求确定；,29,29,轻荷载试验：最大试验荷载小于基本荷载，即,0.8,0.5,，但为了充分反映结构的整体工,作和减少量测的误差，要求试验荷载不小于基,本荷载的,0.5,倍。,根据上述两点，在计算试验荷载效应时，首先要,根据控制截面的设计内力及加载设备的种类，初,步确定加载位置、加载等级，以使试验荷载逐级,达到该截面的设计内力，实现预定的加载效率；,30,30,试验荷载效应,同时，应计算其他控制截面在试验荷载作用下,内力，如未超过其设计内力，说明试验荷载的,加载位置、加载等级有效且安全，如超过其设,计内力，则应重新调整试验荷载的加载位置、,加载等级，直至找到既可使控制截面达到其加,载效率、又确保其它截面在试验荷载作用下不,超过其设计内力的加载方式为止。,31,31,试验荷载效应,其次，根据最终确定的加载等级、加载位置及加载,重量，计算出试验桥梁各级试验荷载作用下的结构,行为，包括试验桥梁各应力测试截面的应力应变，,各挠度测点的挠度，必要时还要根据试验桥梁的受,力特点，计算出各测点的扭角、水平位移等结构反,应，以便与实测值进行比较，评价该桥的工作性,能。,最后，在上述工作的基础上，结合现场实际情况，,形成严密可行的加载程序，以便试验时实施。,32,32,三、加载方案设计,加载是桥梁静载试验重要的环节之一，包,括加载设备的选用，加载、卸载程序的确,定以及加载持续时间三个方面。,33,33,3.1,加载设备选用,车辆荷载,常用,加载,设备,重物,专门的加力架,34,34,车辆荷载加载,注意两点：,一是对于加载车辆应严格称重，实际车辆,与计算相差不超过,5%,；,二是尽可能采用与标准车相近的加载车,辆；确保车轴距离与计算相同。,35,35,重物加载,重物：铸铁块、预制块、沙包、水箱；,流程：逐级增加，控制截面设计内力达到,加载效率；,缺点：加载时间较长；,应用：一般用于现场单片梁试验、人行天,桥静载试验等场合。,36,36,37,专用加力架,2,3,4,1,5,6,7,8,9,1,上横梁；,2-,拉杆；,3-,垫板；,4-,测力计；,5-,千斤顶；,6-,分配梁；,7-,试验梁；,8-,试验梁支承；,9-,地锚,37,3.2,加载卸载程序,为获得应变和变形随荷载增加的连续关系,曲线，防止意外破坏，应采用科学严密的,加载卸载程序。,加载卸载程序就是试验进行期间荷载与时,间的关系，如加载速度的快慢、分级荷载,量值的大小、加卸载的流程等等。,38,38,39,3.2,加载卸载程序,基本原则：,1.,分级。,方法,规定：一般情况不少于,4,级、车辆较,少时不少于,3,级、特殊情况（如测开裂荷载）还应更,细。,2.,预加载。相当于演习，发现组织、仪器等方面问题，,新结构可消除支点沉降、支座压缩等非弹性变形。,3.,监测。试验过程中密切监测结构的反应。特别是有缺,陷桥梁，应分级更细、密切监测、保障安全。,4.,注意卸载过程。卸载可分,23,级，并尽量使卸载的部,分工况与加载的部分工况相对应，以便进行校核,39,3.2,加载卸载程序,5.,加载车辆位置应尽可能靠近测试截面内力影响,线的峰值处，以便用较少的车辆来产生较大的试,验荷载效应，从而节省试验费用与测试时间。同,时，加载车辆位置还应尽可能兼顾不同测试截面,的试验荷载效应，以减少加载工况与测试工作,量，如三跨连续梁中跨跨中截面的加载与中支点,截面的加载就可以互相兼顾。此外，对于直线桥,跨每级荷载应尽可能对称于桥轴线，以便利用对,称性校核测试数据，减少测试工作量。,40,40,3.3,加载时间,减少温度对结构影响：温度补偿措施。,稳定的晚,22,时至次日凌晨,6,时之间；,一般情况下，试验时每级荷载持续时间应,不小于,15,分钟方可进行观测；卸载后观测,残余变形、残余应变的时间间隔应不小于,30,分钟。,41,41,四、观测内容,变形可以分两大类：整体变形；局部变形,整体变形：反映结构整体性能；,如梁的挠度、转角，索塔的水平变位,局部变形：结构局部工作状态；,如裂缝、纤维变形,42,42,桥梁静载试验观测内容,应变,其他,情况,支座,墩台,观测,内容,挠度,裂缝,43,43,五、测点布置,测点布置应遵循必要、适量、方便观测的,基本原则 。,1.,具有较强的代表性（控制截面）；,2.,要有目的性，不宜过多；,3.,便于仪表的安装与集中方便观测读数；,4.,布置一定数量的校核性测点；,5.,结构对称互等原理来进行数据分析校,核。,44,44,六、测试仪器选择,1.,满足测试精度的要求,2.,根据环境条件选择仪器,3.,种类精减，尽可能用同一类型仪器,4.,具备足够量程,5.,考虑测试条件、环境因素,45,45,第三节 试验现场组织,静载试验现场组织是实现预定的试验方案,的重要保证，其内容包括：,1,、试验前现场准备工作；,2,、加载测试工作；,3,、现场清理。,46,46,一、现场准备及测试工作安排,1.,试验前准备工作,（,1,）搭设脚手架、使用升降设备布置测点、,安装仪表或进行读数,（,2,）仪器仪表、加载设备的检查标定工作,（,3,）应变测点的放样定位,（,4,）变形测点的定位布置,47,47,（,5,）加载位置的放样定位,（,6,）注意测试元件、测试导线的防护，试验,开始前应封闭交通,（,7,）试验领导组织，进行人员分工安排,（,8,）正式加载前，要进行预加载，以检查仪,器的工作状态,48,48,49,2.,试验工作,（,1,）指挥汽车行驶到指定位置；,（,2,）每台仪器配备人员进行观测记录，实测,值与对应的理论计算值进行比较；,（,3,）结构反应稳定后，不同类别的测试项目,（应变、变形、裂缝）应在同一时间进行,读数；,（,4,）试验进行过程中，注意不要触动测试元,件及测量导线；,49,3.,现场清理,（,1,）清理仪器仪表及可重复利用的测试元,件，回收测试导线。,（,2,）清理现场，开放交通。,（,3,）对于进行了打磨或局部改造的应变测,点，要用混凝土或环氧沙浆进行修补。,50,50,二、加载控制及终止条件,注意以下几点：,1.,严格按照加载程序加载；,2.,记录并及时汇报，以判断结构是否存在,问题；,3.,专门人员对薄弱部位检查、加载过程是,否存在异常；,51,51,4.,加载过程终止原因：,1,）应变急剧增大，或个别点存在问题；,2,）控制测点的应变或挠度超过规范允许值；,3,）结构原有的裂缝的长度、宽度急剧增大，或,超过规范限值的裂缝迅速增多；,4,）发生其他损坏，影响桥梁结构的正常使用或,承载能力。,52,52,第四节 桥梁桩基础静载试验,53,53,桥墩,通过上部结构,的加载来实现，,与上部承重,下部结构,桥台,桩基础,结构的试验,有许多共同之处，,桩基础静载试验,54,54,本节主要内容：,一、试验的目的与内容,二、单桩竖向荷载试验,三、单桩水平荷载试验,55,55,一、试验的目的与内容,目的：,确定桩的承载能力，即桩的允许荷载和,极限荷载；,设计：选择合适经济的桩长、桩径、数,量，完善计理论与计算方法 ；,施工：完善施工工艺；,科研：积累设计资料，地质条件，完善,理论,56,56,桩基础静载试验分为类,桩试验,竖向荷,载试验,水平荷,载试验,竖向荷载与,竖向变位关系,判定桩基础的,竖向、水平承载能力,水平荷载与,水平变位关系,57,57,试桩内容,试桩试验内容主要是测定荷载,-,变位关系，,必要时可增加一些应力、反力测试项目 。,1,、荷载的测试,2,、变位的测试,3,、应力的测试,4,、桩底反力测试,5,、土中应力测试,6,、地面变形测试,58,58,二、单桩竖向荷载试验,1.,试验基本原理,桩的承载能力：土的摩擦力和桩端岩土的,抵抗力所组成。,过程：未破坏时，桩的下沉量与荷载成正,比地增加；,破坏时，桩身突然增大的下沉或不稳定的,下沉；（破坏荷载）（极限荷载）,将桩的极限荷载除以安全系数，就得到桩,的承载力。,59,59,2.,加载设备,试桩的加载方式主要有锚桩法和压重法两种,锚桩法组成：见下图,原理：采用千斤顶逐级施加荷载，反力通过横,梁、锚梁传递给已经施工完毕的桩基，用油压,表或力传感器量测荷载的大小，用百分表或位,移计量测试桩的下沉量，以便进一步分析。,注意事项：,60,60,锚桩法,锚梁,横梁,千斤顶,试桩,锚,桩,试,桩,锚,桩,百分表,锚桩法加载装置,61,61,压重法,压重法也称为堆载法,组成：见下结构图,由于这种加载方法临时工程量较大，多用,于承载力较小的桩基静载试验。,62,62,63,1,试桩；,2,千斤顶；,3,百分表；,4,基准梁；,5,钢板；,6,主梁；,7,枕木；,8,堆放的荷载；,9,次梁,堆载法加载装置,63,3.,试验基本要求,（,1,）试桩试验时间,沙性土打入式预制桩，沉桩后距静载试验,的时间间隔不得少于,7,天；,粘性土打入式预制桩，沉桩后距静载试验,的时间间隔不得少于,14,天；,钻孔灌注桩要满足桩身混凝土养护时间，,一般情况下不少于,28,天。,64,64,（,2,）试桩的加载、卸载方法,加载：根据公式计算最大试验荷载，分,8,12,级施加；,卸载：分为,4,6,级，逐级等量卸载,，卸载,量取加载量,2,倍；,65,65,（,3,）沉降测读时间,在每级加载后的第,1,小时内，每隔,15,分钟测,读,1,次，以后每隔,30,分钟测读,1,次，直至沉,降稳定为止。,沉降稳定的标准规定,：,沙性土,30,分钟沉降不超过,0.1mm,；,粘性土,60,分钟不超过,0.1mm,。,66,66,（,4,）终止加载条件,判断沉降量，,l,n,5l,n-1,；,试桩在某级荷载作用下的沉降量大于前一级荷载,沉降量的,2,倍，且经,24,小时尚未达到相对稳定；,荷载超过预估极限荷载的,50%,，桩出现明显破,损；,试桩桩顶的总沉降量超过,40,。若桩长大于,40m,，则控制的总沉降量可放宽，桩长每增加,10m,，沉降量限值相应地增大,10,。,67,67,4.,成果整理分析,根据试验原始记录资料确定试桩的极限承载,力，作成试桩曲线来分析。,两种常用方法 ：,（,1,）,P-S,曲线转折点法；,（,2,）,S-logt,法,68,68,沉降,S,沉降,S,69,（,1,）,P-S,曲线转折点法,曲线出现明显下弯转折点所对应的荷载作为极限荷载,荷载,P,时间,t,P,1,P,2,P,3,P,4,P,5,P,6,S,1,S,2,S,3,S,4,S,5,P,1,P,2,P,3,P,4,S,6,试桩荷载,-,沉降（,P-S,）曲线,P,5,P,6,沉降,-,时间（,S-t,）曲线,69,沉降,S,P,2,P,3,P,4,P,5,P,6,（,2,）,S-logt,法,按照沉降随时间变化,的特征来确定极限荷,载的,桩在破坏荷载之前的,每级下沉量（,S,）与,时间（,t,）的对数成,线性关系，如图所,示，用公式表示为,S,=,m,log,t,时间,logt,P,1,试桩,S-logt,曲线,70,70,