CN110987500A - 一种桥梁静载试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及桥梁静载试验技术领域，具体涉及一种桥梁静载试验方法，旨在解决现有的加载方法难以满足受损桥梁的静载试验，不仅容易对桥梁造成二次伤害，还容易影响到试验结果的精确性的问题，其技术要点包括以下步骤：S1、技术资料的收集；S2、桥梁现状初检；S3、受损桥梁二次检查；S4、建立桥梁模型；S5、确定试验截面；S6、确定实验方案；S7、实施总结。本发明引入了地震后、洪水灾害、碰撞、火灾等灾后桥梁的受损情况，在取值η和设计试验荷载时，针对性的建立了桥梁受损系数H，不仅能够校正静载试验中施加的荷载大小，从而保护桥梁结构不产生二次损伤，还能纠正试验方案，使得工作人员能够精确判断桥梁具体状况。

Description

一种桥梁静载试验方法
技术领域
本发明涉及桥梁静载试验技术领域，具体涉及一种桥梁静载试验方法。
背景技术
目前，各类交通线路上的病害桥梁数量庞大，桥梁检测评定任务日益繁重。目前既有桥梁管养现状堪忧，国内外运营中桥梁突然垮塌事故不断发生。2011年7月14日，福建武夷山公馆大桥北端一跨桥面突然断裂垮塌；2011年7月15日，钱江三桥引桥部分桥面突然塌落；2007年8月1日，美国明尼苏达州一座桥梁垮塌等等。运营中一旦发生垮塌事故会造成巨大的财产损伤，并可能导致人员伤亡及线路阻断，也会造成恶劣的社会影响。除极端的桥梁垮塌之外，运营中桥梁损伤导致使用功能不足甚至丧失使用功能而被迫维修、加固的情况则更为普遍，造成的经济损失巨大。到2010年底全国公路网中有各式桥梁30多万座，铁路桥8万余座，其中存在病害的桥梁约占总桥梁数量的10％～20％之间。桥梁的病害问题在国外同样严重存在，美国联邦公路局(FHWA)的统计数据表明，截止到2006年，美国桥梁建造总数为596808座，病害桥梁总数为153879座，约占25.8％。桥梁结构运营过程中的桥梁检测，由于桥梁数量巨大，传统检测方法手段日益难以胜任，新的科学全面高效便捷高效检测方法已是迫在眉睫。
桥梁静载试验是按照预定的试验目的与试验方案，将静止的载荷作用在桥梁上的制定位置，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，然后判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作性能。桥梁静载试验解决了检验桥梁结构的设计与施工质量，验证结构安全性和可靠性的问题，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和施工技术，积累科学技术资料，并掌握桥梁结构的工作性能，判断桥梁结构的试剂承载能力。
在桥梁静载试验中，虽然已进行分级加载以确保加载安全和桥梁结构稳定，但是，对于地震后、洪水灾害、碰撞、火灾等灾后损伤桥梁，损伤情况未知，虽然在静载试验前，会对桥梁情况进行初步检查，但是现有的加载方法难以满足受损桥梁的静载试验，不仅容易对桥梁造成二次伤害，还容易影响到试验结果的精确性。
发明内容
因此，本发明一种桥梁静载试验方法要解决的技术问题在于克服现有技术中受损桥梁在试验加载中容易产生二次伤害、并影响到试验结果精度的问题。
本发明一种桥梁静载试验方法的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种桥梁静载试验方法，包括以下步骤：
S1、技术资料的收集：针对将要做静载试验的桥梁，收集相关资料，包括桥梁的设计图纸、施工记录、监理日志，试验记录、养护以及维修的既有资料；还收集桥梁处统计的交通量、重载车辆的资料；
S2、桥梁现状初检：记录待试验桥梁的桥面、排水、承重结构开裂与否、裂缝分布情况、有无露筋、钢筋锈蚀程度、混凝土碳化剥离程度、支座、冲刷情况；
S3、受损桥梁二次检查：使用红外成像系统和超声波无损探伤仪对桥面板及桥梁的承重构件进行探查并记录损伤状况；
S4、建立桥梁模型：根据S1收集得到的资料，采用桥梁专业分析软件建立桥梁结构的有限元模型，建立好模型后，进行桥梁恒载、活载计算分析，分析出桥梁结构在恒载、活载下桥梁结构构件的轴力、弯矩的内力分布，并进一步分析出受力构件上下缘应力的分布状况；
S5、确定试验截面：根据活载下桥梁内力及应力计算分析结果，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面；
S6、确定实验方案：η＝St·H/Sd·(1+μ)，式中，St为试验荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值，Sd为设计标准荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值，1+μ为设计取用的冲击系数，H为检测部位桥梁结构受损系数；
其中，St/Sd·(1+μ)的取值在0.8～1.05之间；
其中，根据S2、S3收集得到的桥梁受损数据，在桥梁结构模型上建立损伤单元，留下主体受力结构及其应力范围内的损伤单元，并删除其余不纳入计算的损伤单元，H＝S2/S1，其中，S1为设计标准荷载作用下，受损桥梁检测部位的变形计算值，S2为设计标准荷载作用下，未受损桥梁检测部位的变形计算值；
其中，η应介于0.5～0.8之间，考虑到工况，η取值不低于0.6。
S7、在确定好各试验截面的对应加载荷载工况后，进行预加载、分级加载、设备分级监测、分级卸载并记录数据，清理现场后，根据资料及测得的数据综合分析桥梁状况。
可选地，步骤S7中，载荷为车辆。
可选地，所述加载车辆的停放位置位于试验截面内力影响线的峰值处。
可选地，所述分级加载时间选取在晚22点至次日凌晨6点之间。
可选地，分级加载时，每级荷载持续时间不小于10分钟。
可选地，分级卸载后，观测的时间间隔不小于30分钟。
本发明提供的一种桥梁静载试验方法，采用了全面的桥梁和损伤单元体系，引入了地震后、洪水灾害、碰撞、火灾等灾后桥梁的受损情况，在取值η和设计试验荷载时，针对性的建立了桥梁受损系数H，使得试验方案的偏向和具体设计能够适应不同部位的不同受损情况；进一步地，不仅能够校正静载试验中施加的荷载大小，从而保护桥梁结构不产生二次损伤，还能纠正试验方案，使得工作人员能够精确判断桥梁具体状况。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种桥梁静载试验方法，包括以下步骤：
S1、技术资料的收集：针对将要做静载试验的桥梁，收集相关资料，包括桥梁的设计图纸、施工记录、监理日志，试验记录、养护以及维修的既有资料；还收集桥梁处统计的交通量、重载车辆的资料；
S2、桥梁现状初检：记录待试验桥梁的桥面、排水、承重结构开裂与否、裂缝分布情况、有无露筋、钢筋锈蚀程度、混凝土碳化剥离程度、支座、冲刷情况；
S3、受损桥梁二次检查：使用红外成像系统和超声波无损探伤仪对桥面板及桥梁的承重构件进行探查并记录损伤状况；
S4、建立桥梁模型：根据S1收集得到的资料，采用桥梁专业分析软件建立桥梁结构的有限元模型，建立好模型后，进行桥梁恒载、活载计算分析，分析出桥梁结构在恒载、活载下桥梁结构构件的轴力、弯矩的内力分布，并进一步分析出受力构件上下缘应力的分布状况；
S5、确定试验截面：根据活载下桥梁内力及应力计算分析结果，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面；
S6、确定实验方案：η＝St·H/Sd·(1+μ)，式中，St为试验荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值，Sd为设计标准荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值，1+μ为设计取用的冲击系数，H为检测部位桥梁结构受损系数；
其中，St/Sd·(1+μ)的取值在0.8～1.05之间；
其中，根据S2、S3收集得到的桥梁受损数据，在桥梁结构模型上建立损伤单元，留下主体受力结构及其应力范围内的损伤单元，并删除其余不纳入计算的损伤单元，H＝S2/S1，其中，S1为设计标准荷载作用下，受损桥梁检测部位的变形计算值，S2为设计标准荷载作用下，未受损桥梁检测部位的变形计算值；
其中，η应介于0.5～0.8之间，考虑到工况，η取值不低于0.6。
S7、在确定好各试验截面的对应加载荷载工况后，进行预加载、分级加载、设备分级监测、分级卸载并记录数据，清理现场后，根据资料及测得的数据综合分析桥梁状况。
实施例2：
一种桥梁静载试验方法，包括以下步骤：
S1、技术资料的收集：针对将要做静载试验的桥梁，收集相关资料，包括桥梁的设计图纸、施工记录、监理日志，试验记录、养护以及维修的既有资料；还收集桥梁处统计的交通量、重载车辆的资料；
S2、桥梁现状初检：记录待试验桥梁的桥面、排水、承重结构开裂与否、裂缝分布情况、有无露筋、钢筋锈蚀程度、混凝土碳化剥离程度、支座、冲刷情况；
S3、受损桥梁二次检查：使用红外成像系统和超声波无损探伤仪对桥面板及桥梁的承重构件进行探查并记录损伤状况；
S4、建立桥梁模型：根据S1收集得到的资料，采用桥梁专业分析软件建立桥梁结构的有限元模型，建立好模型后，进行桥梁恒载、活载计算分析，分析出桥梁结构在恒载、活载下桥梁结构构件的轴力、弯矩的内力分布，并进一步分析出受力构件上下缘应力的分布状况；
S5、确定试验截面：根据活载下桥梁内力及应力计算分析结果，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面；
S6：确定实验方案：η＝St·H/Sd·(1+μ)，式中，St为试验荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值，Sd为设计标准荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值，1+μ为设计取用的冲击系数，H为检测部位桥梁结构受损系数；
其中，St/Sd·(1+μ)的取值在0.8～1.05之间；
其中，根据S2、S3收集得到的桥梁受损数据，在桥梁结构模型上建立损伤单元，留下主体受力结构及其应力范围内的损伤单元，并删除其余不纳入计算的损伤单元，H＝S2/S1，其中，S1为设计标准荷载作用下，受损桥梁检测部位的变形计算值，S2为设计标准荷载作用下，未受损桥梁检测部位的变形计算值；
其中，η应介于0.5～0.8之间，考虑到工况，η取值不低于0.6。
S7、在确定好各试验截面的对应加载荷载工况后，进行预加载、分级加载、设备分级监测、分级卸载并记录数据，清理现场后，根据资料及测得的数据综合分析桥梁状况。
其中，预加载可以消除支点沉降、支座压缩等非弹性变形。
其中，步骤S7中，载荷为车辆；所述加载车辆的停放位置位于试验截面内力影响线的峰值处；所述分级加载时间选取在晚22点至次日凌晨6点之间；分级加载时，每级荷载持续时间不小于10分钟；分级卸载后，观测的时间间隔不小于30分钟。
另外，对于试验对象的选择，结构型式与跨度相同：选择性的一孔或几孔、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。
上部试验包括梁桥、刚构桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥，下部试验包括桥墩、桥台、基础。
理论分析计算：设计内力计算是按照设计图纸、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照实际加载等级、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映如位移、应变等，以便于实测值进行比较。
其中，监测内容包括应变、挠度、裂缝、支座墩台等，应变变形又分为整体变形和局部变形，整体变形用于反映结构整体性能，如梁的挠度、转角，索塔的水平变位，局部变形用于反映结构局部工作状态，如裂缝、纤维变形。
试验前还需搭设脚手架、使用升降设备布置测点、安装仪表或进行读数、仪器仪表、加载设备的检查标定工作、应变测点的放样定位、变形测点的定位布置、加载位置的放样定位、防护测试元件、测试导线。
在试验结束后，清理仪器仪表及可重复利用的测试元件，回收测试导线、清理现场，开放交通、对于进行了打磨或局部改造的应变测点，要用混凝土或环氧砂浆进行修补。
加载根据不同的状况还可以选用铸铁块、预制块、沙包、水箱等重物。
综上所述，采用了全面的桥梁和损伤单元体系，引入了地震后、洪水灾害、碰撞、火灾等灾后桥梁的受损情况，在取值η和设计试验荷载时，针对性的建立了桥梁受损系数H，使得试验方案的偏向和具体设计能够适应不同部位的不同受损情况；进一步地，不仅能够校正静载试验中施加的荷载大小，从而保护桥梁结构不产生二次损伤，还能纠正试验方案，使得工作人员能够精确判断桥梁具体状况。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种桥梁静载试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、技术资料的收集：针对将要做静载试验的桥梁，收集相关资料，包括桥梁的设计图纸、施工记录、监理日志，试验记录、养护以及维修的既有资料；还收集桥梁处统计的交通量、重载车辆的资料；
S2、桥梁现状初检：记录待试验桥梁的桥面、排水、承重结构开裂与否、裂缝分布情况、有无露筋、钢筋锈蚀程度、混凝土碳化剥离程度、支座、冲刷情况；
S3、受损桥梁二次检查：使用红外成像系统和超声波无损探伤仪对桥面板及桥梁的承重构件进行探查并记录损伤状况；
S4、建立桥梁模型：根据S1收集得到的资料，采用桥梁专业分析软件建立桥梁结构的有限元模型，建立好模型后，进行桥梁恒载、活载计算分析，分析出桥梁结构在恒载、活载下桥梁结构构件的轴力、弯矩的内力分布，并进一步分析出受力构件上下缘应力的分布状况；
S5、确定试验截面：根据活载下桥梁内力及应力计算分析结果，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面；
S6、确定实验方案：η＝St·H/Sd·(1+μ)，式中，St为试验荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值，Sd为设计标准荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值，1+μ为设计取用的冲击系数，H为检测部位桥梁结构受损系数；
其中，St/Sd·(1+μ)的取值在0.8～1.05之间；
其中，根据S2、S3收集得到的桥梁受损数据，在桥梁结构模型上建立损伤单元，留下主体受力结构及其应力范围内的损伤单元，并删除其余不纳入计算的损伤单元，H＝S2/S1，其中，S1为设计标准荷载作用下，受损桥梁检测部位的变形计算值，S2为设计标准荷载作用下，未受损桥梁检测部位的变形计算值；
其中，η应介于0.5～0.8之间，考虑到工况，η取值不低于0.6。
S7、在确定好各试验截面的对应加载荷载工况后，进行预加载、分级加载、设备分级监测、分级卸载并记录数据，清理现场后，根据资料及测得的数据综合分析桥梁状况。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁静载试验方法，其特征在于，步骤S7中，载荷为车辆。
3.根据权利要求2所述的一种桥梁静载试验方法，其特征在于，所述加载车辆的停放位置位于试验截面内力影响线的峰值处。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁静载试验方法，其特征在于，所述分级加载时间选取在晚22点至次日凌晨6点之间。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁静载试验方法，其特征在于，分级加载时，每级荷载持续时间不小于10分钟。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁静载试验方法，其特征在于，分级卸载后，观测的时间间隔不小于30分钟。
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