大桥桥荷载试验方案.doc

一 桥梁荷载试验目的
桥梁荷载试验分为静载试验和动载试验。桥梁荷载试验是对桥梁结构工作状态进行直接测试的一种检定手段。试验的目的、任务和内容通常由实际的生产需要或科研需要所决定。一般桥梁荷载试验的目的有：
　　 1．检验桥梁设计与施工的质量
　　对于一些新建的大、中型桥梁或者具有特殊设计的桥梁，在设计施工过程中必然会遇到许多新问题，为保证桥梁建设质量，施工过程中往往要求做施工监控。在竣工后一般还要求进行荷载试验，以检验桥梁整体受力性能和承载力是否达到设计文件和规范的要求，并把试验结果作为评定工程质量优劣的主要技术资料和依据。
2．判断桥梁结构的实际承载力
旧桥由于构件局部发生意外损伤，使用过程中产生明显病害，设计荷载等级偏低等原因，有必要通过荷载试验判定构件损伤程度及承载力、受力性能的下降幅度，确定其运营荷载等级。同时，旧桥荷载试验也是改建、加固设计的重要依据。
3．验证桥梁结构设计理论和设计方法
对于桥梁工程中的新结构、新材料和新工艺，应通过荷载试验验证桥梁的计算图式是否正确，材料性能是否与理论相符，施工工艺是否达到预期目的。对相关理论问题的深入研究，往往也需要大量荷载试验的实测数据。
二 静载试验
桥梁静载试验主要是通过测量桥梁结构在静力荷载作用下各控制断面的应力及结构变形，它是检验桥梁性能及工作状态（如结构的强度、刚度）最直接、最有效的办法。
在静载试验前对桥梁空间构模，试验前计算出各控制断面的内力影响线，根据影响线进行静力加载计算，计算结构在试验荷载作用下相应测试断面应力和变形并进行动力计算。通过静力计算结果与荷载试验结果进行比较。从而判定结构承载能力是否满足设计荷载安全运营要求。
2.1静载试验基本原则
静载试验设计采用三轴载重汽车（重300kN）加载，根据等效加载原理进行布载,三轴载重汽车轴重、轴距及平面布置见图，试验各工况下所需加载车辆的数量和轮位布置，将根据设计标准活荷载产生的某工况下的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得：
0.85≤η=Ss/S(1+μ)≤1.05
式中，η——静载试验效率
Ss——静载试验荷载作用下，某工况计算效应值；
S——设计标准活荷载不计冲击作用时产生的某试验工况的最不利计算效应值；
(1+μ)——设计计算取用的动力系数；

图 5-1加载车辆简图
试验荷载采用内力等效的原则计算确定，使试验荷载效率满足上述规定，具体轮位布置按照各断面在最不利荷载作用下的空间有限元静力分析结果确定。
2.2 加载方式及试验规定
5.2.1 加载方式
对试验荷载分级施加，以测试荷载效应与荷载的变化关系以及防止桥梁结构意外损伤。一般将荷载按加载汽车数量分级。荷载逐级递加，达到最大荷载后一次卸载。加载试验每工况重复至少一次。试验前在桥面预先画出轮位，加载时汽车应准确就位，卸载时车辆应退出结构试验影响区，车速不大于5公里/小时。每次加载或卸载的持续时间取决于结构变位达到稳定标准所需的时间。试验时取数个关键测点，监测其测读数，只有该级荷载阶段内结构变位相对稳定后才能进入下一个荷载阶段。
全部测点在每次加载或卸载后立即读数一次，并在结构变位稳定后进入下一级荷载前再读数一次。对本试验选跨中断面挠度测点每5分钟读数一次，以观测结构变位是否达到稳定。一旦结构变位达到稳定，测读完各测点读数后即可进入下一级加载。
2.2.2 试验规定
（1）静力试验选择在气温变化不大和结构温度趋于稳定的时间段内进行。试验过程中在量测试验荷载作用下结构响应的同时相应地测量结构表面温度。
（2）静力试验荷载持续时间，原则上取决于结构变位达到相对稳定所需要的时间，只有结构变位达到相对稳定后，才能进入下一荷载阶段。
（3）全部测点在正式加载试验前均应进行零级荷载读数，以后每次加载或卸载后应即读数一次。试验时选在结构变位较大的测点，每隔5分钟观测一次，以观测结构变位是否达到相对稳定。
2.2.3 静载试验的终止
若在加载试验过程中发生下列情况之一，立即终止加载试验：
（1）控制测点应力超过计算值并且达到或超过按规范安全条件反算的控制应力时。
（2）控制测点变位超过规范允许值时。
（3）由于加载试验使结构出现非正常的受力损伤或局部发生损坏，影响桥梁承载能力和今后正常使用时。
三 动载试验
桥梁动载试验是为了反映结构的动力刚度、桥梁结构在营运活载作用下结构动力响应和桥梁舒适度。桥梁结构的动力特性，如固有频率、阻尼系数和振型等，只与结构本身的固有性质有关，是结构振动系统的基本特征；另一方面，桥梁结构在实际动荷载作用下，结构各部位的动力响应，如振幅、动应力、动位移、加速度以及反映结构整体动力作用的冲击系数等，不仅反映了桥梁结构在动荷载作用下的受力状态，也反映了动力作用对驾驶员和乘客舒适性的影响。结构在运营期间一旦有较大的损伤（如梁体开裂、基础状态恶化等），结构的动力参数（如频率、阻尼等）将会出现较大的变化。
动载试验主要用于综合了解结构自身的动力特性以及结构抵抗受迫振动和突发荷载作用的能力，以判断结构的实际工作状态和实际承载能力，同时也为使用阶段结构评估积累原始数据。
根据桥梁的结构形式确定动载测点布置位置，布置加速度传感器、动位移、动应变测点。动载试验分为脉动试验和强迫振动试验两部分，以分别获取桥梁的自振特性和行车响应特性，其中强迫振动试验分为跑车试验、跳车试验和刹车试验。
3.1脉动试验
脉动试验原理是通过在桥上布置高灵敏度的传感器，长时间记录结构在环境激励:如风、水流、机动车、人的活动等引起的振动，然后进行谱分析，求出结构自振特性的一种方法。它假设环境激励为平稳的各态历经过程，在中低频段，环境振动的激励谱比较均匀，在环境激励的频率与桥梁的自振频率一致或接近时，桥梁容易吸收环境激励的能量，使振幅增大；而在环境激励的频率与桥梁自振频率相差较大时，由于相位差较大，有相当一部分能量相互抵消，振幅较小。对环境激励下桥梁的响应信号进行多次功率谱的平均分析，可得到桥梁的各阶自振频率，再利用各个测点的振幅和相位关系，可求得各阶频率相应的振型，利用幅频图上各峰值处的半功率带宽确定模态阻尼比，用的测试仪器，依据输出信息分析，采用子空间法，获得桥的模态性能。桥梁动载测点如图：

桥梁动载测点
3.2强迫振动试验
强迫振动试验是利用试验车辆对桥梁施以动力荷载，测量桥梁动力响应，即桥梁的应频率、振幅、动应变、动挠度及冲击系数等，并对测得的桥梁动力响应值进行分析，获得桥梁的动力响应特性。强迫振动试验分为跑车试验、刹车试验和跳车试验三种工况。
（1） 跑车试验
采用两辆试验载重汽车同侧并排以10 km/h、20 km/h、30 km/h、40 km/h、50 km/h的速度在桥面上行使，测量桥梁结构在行车状态下的振幅、动应变、动挠度及冲击系数，每种车速至少重复一次。
（2） 刹车试验
利用一辆试验载重汽车以20km/h速度分别匀速行驶至主跨跨中、1/4跨处刹车，测量梁体各测点振幅和梁体在顺桥向冲击荷载下的强迫振动频率，重复一次。
（3） 跳车试验
利用一辆试验载重汽车以20km/h速度分别行使至主跨跨中、1/4跨处越过高10cm的三角形木后停车，测量梁体各测点振幅和梁体在竖桥向冲击荷载下的强迫振动频率，重复一次。
强迫振动试验测试工况及内容见表
项 目
工况
测试内容及车速
跑 车
1
振幅、强迫振动频率、动应力
车速10km/h
2
振幅、强迫振动频率、动应力
车速20km/h
3
振幅、强迫振动频率、动应力
车速30km/h
4
振幅、强迫振动频率、动应力
车速40km/h
5
振幅、强迫振动频率、动应力
车速50km/h
跳车
跨中
2
振幅、强迫振动频率
障碍10cm 车速20km/h
1/4跨
1
振幅、强迫振动频率
障碍10cm 车速20km/h
刹车
跨中
1
振幅、强迫振动频率
车速20km/h
1/4跨
2
振幅、强迫振动频率
车速20km/h
四 健康状态评估
(1)通过对以上桥梁历史资料的收集、分析和桥梁各关键部位的检查，桥梁砼强度、主梁线型、斜拉索索力的专项检测，对桥梁各构件当前表观状况作出一个全面评估。
(2)通过对桥梁各控制断面的静力加载试验，测试相应部位的应力、挠
度值，对桥梁实际受力状况和结构内力分布得到科学和可靠的实测数据。
(3)将按竣工资料和图纸所计算的桥梁结构在试验工况下应力和位移，以
及根据普查后修正计算模型获得的计算应力和挠度值与荷载试验实测值进行对比分析，从而对桥梁结构内力状况和工作状况进行评价。
(4)综合上述三方面分析结果，可以较全面获得桥梁现有的整体、局部、
关键部位的工作状况，现有交通荷载作用下营运安全度，并对桥梁结构的整体健康状况做出评估。

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