桥梁结构受力性能的现场检测
2010-09-16
1.桥梁现场试验的任务
1.1检验桥梁设计与施工质量。对于—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，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进行监测。在竣工后—般还要求进行现场荷载试验，并把试验结果作为评定桥梁工程质量优劣的主要技术资料和依据。
1.2判断桥梁结构的实际承载能力。国内许多早年建成的桥梁其设计荷载等级都偏低，难以满足现今交通的需要。为了加固、改建，有必要通过试验确定桥梁的实际承载能力。有时为特殊原因(如超重型车过桥或结构遭意外损伤等)也要用试验方法确定桥梁的承载能力。
1.3验证桥梁结构设计理论和设计方法。桥梁工程中的新结构、新材料和新工艺创新不断，对一些理论问题的深入研究，对某种新方法、新材料的应用实践，往往都需要现场试验的实测数据。
1.4桥梁结构自振特性及结构受动力荷载作用产生的动力反应的测试研究。对一些桥梁在动力荷载作用下的动态反应，大跨径轻柔结构的抗风稳定以及地震区桥梁结构的抗震性能等，都要求通过实测了解桥梁结构的自振特性和动力反应。
2.一些主要桥梁结构体系所需观测的部位
2.1梁桥。
(1)简支梁。主要观测跨中挠度和截面应力(或应变)、支点沉降。附加观测跨径四分点的挠度、支点斜截面应力。
(2)连续梁。主要观测跨中挠度、跨中和支点截面应力(或应变)。附加观测跨径l/4处的挠度和截面应力(或应变)、支点截面转角、支点沉降和支点斜截面应力。
(3)悬臂梁(包括T型钢构的悬臂部分)主要观测悬臂端的挠度和转角、固端根部或支点截面的应力和转角、T型刚构墩身控制截面的应力。附加观测悬臂跨中挠度、牛腿局部应力、墩顶的变位(水平与垂直位移、转角)。
2.2拱桥。主要观测跨中、跨径1/4处的挠度和应力、拱脚截面的应力，附加观测跨径墉处的挠度和应力、拱E建筑控制截面的变位和应力、墩台顶的变位和转角。
2.3刚架桥(包括框架、斜腿刚架和刚架一拱式组合体系)主要观测跨中截面的挠度和应力，结点刚近截面的应力、变位和转角。附加观测柱脚截面的应力、变位和转角，墩台顶的变位和转角。
2.4悬索结构(包括斜拉桥和上承式悬吊桥)主要观测主梁的最大挠度、偏载扭转变位和控制截面应力、索塔顶部的水平位移、拉(吊)索拉力。附加观测钢索和梁连接部位的挠度、塔柱底截面的应力、锚索的拉力。
上述各种桥梁体系的主要部位是一般静载试验必须观测的部位。方案上应画出结构简图，注明测点和测站的位置、测点总数和测站数等。
3.试验过程
3.1静载初读数。静载初读数是指实验正式开始时的零荷载读数，不是准备阶段调试仪器的读数。对于新建桥梁，在初读数之前往往要进行顶压(一般以部分重车在桥上缓行几次)。从初读数开始整个测试系统就开始运作，测量、读数和记录人员进入现场各司其职。
3.2加载。按桥上划定的停车线布置荷载，要安排专人指挥车辆停靠。
3.3稳定后读数。加载后结构的变形和内力需要有—个稳定过程。对不同的结构这一过程的长短都不一样，—般是以控制点的应变值或挠度值稳定为准，只要读数波动值在测试仪器的精度范围以内，就认为结构已处于相列稳定状态，可以测量读数。
3.4卸载读零。—个工况结束，荷载退下桥去。各测点要读回零值，同样要有—个稳定过程。
3.5校核数据。静载试验过程中，主要工况至少要重复1次。试验过程中必须时时关心几个控制点数据的情况，一旦发现问题(数据本身规律差或仪器故障等)要重新加载测试。这种现场数据校核的做法，可以避免实测数据出现大的差错。
4.桥梁现场动载试验
动载试验可以和静载试验连在一起做，也可以单独做。
现场动载试验的一般内容是测定桥梁结构在车辆动力作用下的挠度和应变，所用的仪器较静力试验时多而且复杂—些，测试要求也比静力试验要高。特别是动挠度的测试，除了中小桥梁可搭设固定支架用接触式电测位移计外，对大中型桥梁可以采用光电型挠度测量仪。
动载试验较静载试验的不同之处主要有以下几方面。
4.1仪器调试。所有仪器设备在准备阶段应已调试完毕，要考虑好记录的具体方法。如使用动态电阻应变仪，必须根据估计应变的大小确定增益、标定值范围等，调整记录速度和记录幅值等。如果采用计算机动态数据采集系统直接采样、记存，其增益、标定值等条件没置大同小异。
4.2车辆控制。要控制好车辆上下桥的车速、位置和时间。要协助驾驶员准确控制好行车速度，注意每次上桥的行车路线。对—些大跨度桥梁，还要确定车辆行驶到各个断面时的位置信息。
4.3测试记录。
(1)跑车。跑车测试的目的是判别不同车行速度下桥梁结构的动力响应(如位移或应力的动力增量和时程曲线)，进而可以分析出动力响应与车速之问的关系。给车辆规定各挡车速，要求车辆在桥上保持匀速行进，记录动力响应的全过程。如果跑车速度相当慢，动测仪器记录的过程曲线就是对应测点位置的内力影响线或挠度影响线。
(2)刹车。车辆以一定速度行进，到现定位置突然紧急刹车，记录刹车时的动态增量。
(3)跳车(跨越障碍物)。一般在桥上特征断面位置设置一障碍物，模拟路面不平整(以弓形木板较为理想)。当车辆以不同的车速碾过障碍时，测定结构的动态增量。
上述三种不同的车行情况，可以是单辆车，也可以是多辆车。
4.4做好记录。动载试验中，影响因素比较多，要注意在各种不同工况中抓住主要内容。如要求记录结构动力响应的完整过程时，重点应该是记录信号的完整性；而确定动力增量时，则要求能记录到响应信号的峰值及其附近的部分信号。
5.单片简支梁的检测试验
桥梁工程中用得最多的梁是钢筋混凝土和预应力混凝土的简支梁。单片简支梁试验一般是做静力加载试验。前面关于实桥静载试验的各项准备工作、测试方法等，对单片梁试验一样适用。这里介绍预应力混凝土单片梁试验的—些基本内容。
5.1预应力混凝土梁张拉应力测试。工程技术人员比较关心预应力混凝土梁预应力钢筋张拉施工前后梁体内的应力大小。因为对预应力混凝土梁来说，设计计算与实际施工之间的差异或一致直接关系到梁的预应力质量。实际测试往往取梁预应力张拉的主动端、被动端和跨中等三个断面，以测量张拉前后的应力值。
5.2加载方法。单片梁静力加载通常用反力架配千斤顶设备，在没有反力架设备的地方，也采用其他加载方式。荷载、破坏荷载以及实际测试要求进行，一般原则是荷载级差不宜太大，尤其是预应力混凝土梁开裂前后更要分得细些。
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时所需要的时间。要求在前一荷载阶段内结构变位达到稳定后，才能进入下—个荷载阶段。—般做法是，同一级荷载内，小于所用量测仪器的最小分辨值，则认为结构变位达到相列稳定。
5.3抗裂性测试。确定预应力混凝土梁的开裂荷载很重要，实测时可根据下缘钢筋、混凝土的应变读数变化规律来判断。如在梁的下缘混凝土应变与荷载的关系曲线中，由曲线的拐点可确定开裂荷载；在梁的下缘钢筋应力与荷载的关系曲线中，曲线斜率的显著变化所对应的荷载即为开裂荷载。
5.4极限承鞔力测定。正常配筋的钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁的正截面破坏标准以下述两条控制：(1)下缘钢筋拉应力达到屈服强度；(2)上缘混凝土压应力达到极限抗压强度(实际一般做不到)或压应变达到极限压应变。
对于某些受剪压(拉)破坏控制的梁，其极限承载能力的测定标准到目前为止仍不甚明确，破坏性荷载试验时要注意破坏指标达到时对应的破坏荷载。
