《公路桥梁荷载试验规程》(JTG-T-J21-01-2015)精华详解
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荷载试验方案目录一、荷载试验概述 01.1 桥梁概况 01.2 主要技术指标 01.3 试验目的 01.4 试验依据 (1)1.5 试验荷载 (1)1.6 加载原则 (2)1.7 荷载试验结果分析的原则 (3)1.8 试验加载程序 (4)1.9 各工况试验车辆载位布置原则和方法 (5)二、桥梁静载试验 (6)2.1控制截面和试验工况 (6)2.1.1控制截面 (6)2.1.2试验工况 (6)2.1.3载位布置 (7)2.2桥梁外观检查与裂纹观测 (9)2.3 挠度测量 (9)2.4 应变测量 (10)2.5 温度观测 (10)三、桥梁动载试验 (11)3.1无障碍行车试验 (11)3.2有障碍行车试验 (11)3.3制动试验 (11)3.4动载试验分析工具 (12)四、试验检测人员 (13)五、试验仪器 (14)一、荷载试验概述1.1 桥梁概况本桥设计为上下分幅,主梁为(30+50+30)m变高度预应力混凝土连续箱梁,采用C50混凝土,单箱双室直腹板结构。
中支点梁高3m,跨中梁高1.7m,梁高按圆曲线变化。
1.2 主要技术指标➢道路等级:一级公路(兼具城市主干道);➢设计荷载:公路-I级;➢设计速度:60km/h;➢桥面宽度:双向八车道+双侧人行道+双侧非机动车道,总宽44.5m;➢设计洪水频率:1/100;➢地震动参数:地震动峰值加速度0.05g,反应谱特征周期0.35s;➢通航等级:Ⅶ级;➢最小纵坡:0.3%;➢竖曲线最小半径:5000m;1.3 试验目的在工程交、竣工前应该进行桥梁的动静载试验,其主要目的是:1)检验桥跨结构的实际承载能力、结构变形及抗裂性标准是否满足有关技术规范要求,并结合理论计算分析结果,科学评定桥梁结构目前的技术状态是否满足设计要求,能否交付正常使用;2)通过荷载试验,寻求桥梁整体结构的变形规律,了解结构的实际受力状况和工作状况,为今后桥梁运营、养护及管理提供科学依据;3)建立该类桥梁有关的技术档案,为今后兴建同类桥梁完善设计、优化结构、改进工艺积累实测资料。
1 总则1.0.1 为规范和指导公路桥梁荷载试验工作,为桥梁结构技术状态及承载能力评定提供依据,制定本规程。
条文说明桥梁荷载试验的目的是通过加载试验,记录桥梁在荷载作用下的结构反应,为桥梁结构技术状况及承载能力评定和日后养护、维修、加固的决策提供科学依据和支持。
1.0.2 本规程适用于新建、加固或改建公路桥梁的荷载试验。
1.0.3 桥梁荷载试验应遵循科学、客观、严谨、安全的原则。
1.0.4 公路桥梁荷载试验除应符合本规程的规定外,尚应符合国家和行业现行有关标准的规定。
2 术语和符号2.1 术语2.1.1 桥梁荷载试验Load Testing of Bridge通过施加荷载方式对桥梁结构或构件的静、动力特性进行的现场试验测试。
包括静载试验和动载试验。
2.1.2 静载试验Satic Load Testing通过在桥梁结构上施加与控制荷载等效的静态外加荷载,利用检测仪器设备测试桥梁结构控制部位与控制截面的力学效应的现场试验。
2.1.3 动载试验Dynamic Load Testing测试桥梁结构或构件在动荷载激振和环境荷载作用下的受迫振动特性和自振特性的现场试验。
2.1.4 控制荷载Control Load为进行荷载试验所确定的荷载,可用来确定荷载试验效率和初步分级加载等级所采用的荷载,可以是设计荷载或目标荷载。
2.1.5 目标荷载Goal Load事先设定的期望桥梁能够承受的荷载,需要通过荷载试验进一步确定。
2.1.6 支座沉降Support Settlement支座的压缩量与墩台的竖向位移值之和。
2.1.7 试验荷载效率Load Efficiency Ratio试验荷载所产生的效应与控制荷载效应的比值。
2.1.8 结构校验系数Structural Verification Coefficient试验荷载作用下结构应变(应力)或变形实测值与相应的理论计算值的比值。
2.2 符号S——控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变形的最不利效应计算值;S——静载试验荷载作用下,某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变形的s最大计算效应值;S——试验荷载作用下量测的结构总变形(或总应变)值;tS——试验荷载作用下量测的结构弹性变形(或应变)值;ep S ——试验荷载作用下量测的结构残余变形(或残余应变)值;i S ——加载前的测值;l S ——加载达到稳定时的测值;u S ——卸载后达到稳定时的测值;d S ——动载试验荷载作用下控制截面的最大内力或变形;S ∆——温度修正前的测点加载测值变化量;t S ∆——温度修正后的测点加载测值变化量;p S ∆——相对残余变形(或应变); e S ——横向各测点实测变形(或应变)平均值;emax S ——实测变形(或应变)最大值;lmax S ——控制荷载作用下控制截面的最大内力或变形(不计冲击);ƒ——有附加质量影响的实测自振频率;ƒn ——索的第 n 阶自振频率;ƒdmax ——最大动挠度幅值;ƒjmax ——波形振幅中心轨迹的顶点值;ƒdmin ——与ƒdmax 对应的波谷值;0ƒ——结构的自振频率;C ——测点的支点沉降影响修正量;D ——阻尼比;M ——附加质量;0M ——结构在激振处的换算质量;T ——索力EI ——索的抗弯刚度;ρ——索的线密度。
公路桥梁检验highway bridge ratinggonglu qiaoliang jianyan公路桥梁检验(卷名:交通)highway bridge rating对桥梁的运营状况、承载能力和耐久性能进行的技术评定。
公路桥梁检验包括桥梁结构的检查和验算,以及桥梁荷载试验和量测等。
结构检查的设备在19世纪以前是相当简陋的,还没有直接量测结构应变的仪器。
直至20世纪20~40年代才出现各种类型的应变计。
桥梁荷载试验已有100多年历史,例如1850年英国建造的最大跨径为140米的箱形连续梁铁路桥(不列颠桥),原设计是一座有加劲梁的吊桥,在建造过程中,曾进行荷载试验,并改变了原设计方案。
检验程序首先检查桥梁各部构造的技术状况,然后根据桥梁的现状进行结构检算。
初建的新型桥梁和缺乏技术资料的旧桥,必要时需进行荷载试验。
通过桥梁结构的变位(线位移和角位移)、应变(或转换为应力)、动力特性参量(频率、振幅、阻尼比和动力系数等)、裂缝和损害等项目的检测,来证实桥梁在强度、刚度、稳定性、耐久性和动力性能等方面能否满足安全运营的要求。
检验内容包括桥梁结构检查和荷载试验。
结构检查主要内容有:①桥梁上部结构和下部结构总体尺寸和变位的状况的检查;②桥梁承重构件截面尺寸及其细部组合的偏差检查;③桥面的平整度检查;④材料的物理力学性能和可能存在的裂缝、缺陷、渗漏、锈蚀和侵蚀等损害的检查;⑤必要时还进行地基和河床冲刷等状况的复查。
结构检查的技术和设备大致可分为无破损检查和局部破损检查。
无破损检查主要用于结构材料强度、质量和缺陷等检查。
无破损检查应用的技术有:回弹仪检查的技术;超声波探测技术(脉冲传递、脉冲衰减和全息摄影等方法);射线照相或衰减测定技术(电磁放射线有Χ射线、γ射线、红外线和紫外线;核子放射线有中子、质子和正电子束等);磁力或磁通量探测技术;染色渗入法;探测锈蚀状况的半电池电位测量;激光全息摄影技术;光学孔径仪与光纤维和小型闭路电视录象机组合的观测技术;振动法检验技术等。
《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)培训培训目录荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取荷载试验截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价第一部分荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取荷载试验截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价试验目的与意义荷载试验最基本的目的是了解桥跨结构的实际工作状态,检验桥梁结构整体的施工质量与受力性能,对桥梁结构的正常使用性能、强度、刚度、裂缝等各项指标做出全面的评价。
对桥梁结构的实际承载能力做出科学的评估,为桥梁交(竣)工验收提供重要的科学依据,为桥梁的管养维护提供合理的建议。
试验目的与意义对于新建桥梁◆为桥梁顺利的投入运营提供可靠依据◆为桥梁的长期监测提供完整的初始指纹数据◆为同类型桥梁设计与施工积累实测试验资料试验目的与意义对于采用新结构、新材料、新技术、新工艺等修建的桥梁◆通过桥梁荷载试验可以直接测得理论分析与计算所需的相关参数,建立准确的力学模式◆掌握桥梁结构在荷载作用下的实际受力和工作状况,探索桥梁结构的受力特点◆为充实、完善和发展桥梁设计计算理论和施工工艺积累科学的实践资料试验目的与意义对于既有桥梁◆通过荷载试验可以评估桥梁实际的使用性能和承载能力◆为既有桥梁的继续安全使用、养护、加固、改建或限载提供科学的依据试验依据与规范JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].2004.JTG/T J21-2011.公路桥梁承载能力检测评定规程[S].2011.JTG D60-2015.公路桥涵设计通用规范[S].2015.JTG/T J21-01-2015.公路桥梁荷载试验规程[S].2016.JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].2004. JTG/T J21-01-2015.公路桥梁荷载试验规程.第二部分荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取荷载试验截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价荷载试验流程桥梁现场荷载试验是一项复杂的、系统的工程,有效组织与合理安排是保证试验顺利进行的关键。
试验组织者应熟悉荷载试验流程,同时应具备相关专业知识及组织协调能力,对试验的各个环节进行精心安排,认真做好各项应对措施,确保试验顺利实施并达到预期目的。
荷载试验一般可分为试验准备(荷载试验方案)、现场准备、实施和试验结果分析等三个阶段。
荷载试验流程试验准备阶段主要有:⏹资料收集(设计与竣工资料、养护与维修记录等)⏹现场踏勘与外观检查(选取受力性能具有代表性的、易进行试验的桥跨结构、选择合适的量测仪器等)⏹试验方案制订与优化(选用加载车辆或加载重物,拟定加载位置等)等内容荷载试验流程现场实施阶段主要包括:⏹现场准备(测点与载位布置、仪器设备安装与调试等)⏹预加载试验(整个试验观测系统工作状况的检验与调试等)⏹正式试验(数据采集、判别与存盘、分级加载、实时监测等)等工作荷载试验流程试验结果分析阶段主要是:⏹根据实际加载载重与载位进行理论重计算分析⏹数据处理与分析⏹荷载试验报告编制等注意事项桥梁荷载试验的对象是桥梁这种大型土木工程结构,造价高昂、社会影响大。
试验方案与实施过程必须遵循科学、严谨、安全的原则。
对试验方案应反复推敲,对试验过程应做到实时监测、及时反馈,发现问题及时处理,必要时终止加载。
注意事项试验荷载宜按控制截面最大内力或位移分成4~5级施加,受条件所限时至少应分成3级施加,当试验加载车辆较多时应增加分级次数。
分级加卸载不仅是为了保障安全而且可以比较全面地掌握试验桥梁结构实测力学响应(应变、挠度)与所加荷载之间的关系。
注意事项分级加载测读应遵循以下原则:分级加载只有在前一级荷载阶段内结构变位相对稳定后,才能进入下一级荷载加载。
各级荷载施加完成后,裂纹、位移、应变观测点对典型部位实时监测,待所有数据稳定后,完成数据的采集工作。
每一级荷载施加后应观察结构的反应(应变、挠度、裂纹),确定下一级荷载的施加方式(是否施加及施加位置)。
注意事项一般地,桥梁荷载试验加载终止条件为:控制测点应力值已达到或超过弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时;控制测点变位(或挠度)超过规范允许值时;由于加使结构裂缝长度、宽度急剧增加,新裂缝大量出现,宽度超出允许值的裂缝大量增多,对结构使用寿命造成较大的影响时;注意事项发生其它破坏,如预应力筋崩断、混凝土压碎、桥墩偏位、支座损坏、变形过大并超过规范允许值等影响桥梁承载能力或正常使用时;桥体发出异常响声或其他异常情况;斜拉索或吊索(杆)索力增量实测值超过计算时。
注意事项对于新建桥梁来说,需要通过预加载来消除非试验荷载引起的结构变形,对于尚未进行桥面铺装层施工的新建桥梁,进行荷载试验时还需要考虑桥面铺装这部分的受力影响。
对于既有桥梁而言,在进行荷载试验前必须进行详尽的外观检查以及试验过程中严格的分级加载,以防止给结构形成新的损伤与安全隐患,造成意外发生。
注意事项对于钢筋混凝土结构,还必须凿出钢筋用以测试试验荷载作用下钢筋的受力性能。
当桥梁跨度较大,所需车辆较多时,应合理安排加载车摆放位置与顺序,以防止非加载桥跨或桥梁相近结构因加载车集中放置造成结构损伤与安全隐患。
第三部分荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取荷载试验截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价设备选取原则对于桥梁荷载试验,量测仪器的选择应多因素综合考虑,以满足试验目的为前提,根据仪器的技术性能和试验条件的技术要求选择合理的量测仪器。
在选用仪器设备时,宜注意以下几点:✓满足量测所需的量程及精度要求,在选用仪表前,应先对被测值进行估算。
✓同一试验中选用的仪器种类尽可能少,便于设备调配和量测实施以及精度控制,减少数据处理工作量和避免差错。
设备选取原则✓所选用测试设备的精度应与实际的测量值相匹配,既能满足测量范围的需要,又能保证足够的精度。
✓选用仪表时应考虑试验的环境条件,尽可能避免因环境变化而产生的测量误差,特别是对由温度变化而产生的误差,在试验时应给予高度重视。
✓对于动态试验的量测仪表,除线性范围、灵敏度、幅频特性以及相频特性都应满足试验要求以外,还需充分考虑桥梁结构超低频振动以及振动量值较小等的特点,选用灵敏度高、低频特性好的测振仪器。
第四部分荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取荷载试验截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价截面选取对于验收性荷载试验,ηq 取值0.85~1.05;对于鉴定性荷载试验,ηq 取值0.95~1.05。
()1stat q S S =⋅+ημ对于桥梁荷载试验,建议采用三轴载重车辆。
当设计荷载为汽车超—20级或公路—Ⅰ级时,采用两辆三轴车辆模拟55t 重车是目前国内比较常见的做法。
同时为了保证桥梁不会发生局部加载破坏或严重开裂,加载车单轴重不应大于140kN ,否则须验算桥面板的裂缝宽度和极限承载力。
截面选取试验控制截面应根据具体的测试项目而定,在满足评定桥梁承载能力的前提下,加载试验项目应抓住重点,不宜过多。
测试截面选择时,应根据桥梁结构的内力包络图,按照最不利受力原则选定截面,然后拟定相应的试验工况。
截面选取序号桥型内力或位移控制截面1 简支梁桥主要1、跨中截面最大正弯矩和挠度;2、支点截面最大剪力。
附加1、L/4截面最大正弯矩和挠度;2、墩台最大垂直力。
2 连续梁桥、连续刚构主要1、跨中最大正弯矩和挠度;2、内支点截面最大负弯矩;3、L/4截面最大弯矩和挠度。
附加1、端支点截面的最大剪力;2、L/4截面最大弯剪力;3、墩台最大垂直力;4、连续刚构固结墩墩身控制截面的最大弯矩。
3 悬臂梁桥、T型刚构主要1、锚固跨跨中最大正弯矩和挠度;2、支点最大负弯矩;3、挂梁跨中最大正弯矩和挠度。
附加1、支点最大剪力;2、挂梁支点截面或悬臂端截面最大剪力。
4 拱桥主要1、拱顶截面最大正弯矩和挠度、拱脚截面最大负弯矩;2、刚架拱上弦杆跨中最大正弯矩。
附加1、拱脚最大水平推力;2、L/4截面最大正、负弯矩及其最大正、负挠度绝对值之和;3、刚架拱斜腿根部截面最大负弯矩。
5 刚架桥(包括框架、斜腿刚构和刚架-拱式组合体系)主要1、跨中截面最大正弯矩和挠度;2、结点截面的最大负弯矩。
附加1、柱脚截面最大负弯矩、最大水平推力。
6 钢桁桥主要1、跨中、支点截面的主桁杆件最大内力;2、跨中截面的挠度。
附加1、L/4截面的主桁杆件最大内力和挠度;2、桥面系结构构件控制截面的最大内力和变位;3、墩台最大垂直力。
7 斜拉桥、悬索桥主要1、主梁最大挠度;2、主梁控制截面最大内力;3、索塔塔顶水平变位;4、主缆最大拉力,斜拉索最大拉力。
附加1、主梁最大纵向漂移;2、主塔控制截面最大内力;3、吊索最大索力。
测点布置测点布置必须能够反应结构或构件最不利受力特征,同时应能满足分析和推断结构工作状况最低的需要,确保实测数据的可靠性,并应遵循必要、适量、方便观测的原则,具体如下:✓测点布置应具有代表性✓测点布置要有针对性✓测点布置要有利于仪器安装和观测读数,对试验操作是安全的✓为保证测试数据的可靠性,测点数量应是足够的,利用结构的对称互等原理,可适当减少测点布置数量。
测点布置桥梁动力荷载试验的测试截面应根据桥梁结构振型特征和行车动力响应最大的原则确定。
动力特性传感器布置应根据事先计算的理论最大值位置(即振幅最大,波峰、波谷处)进行布置,同时要避免振型节点位置。
测点布置测定桥梁结构振型,可采用下述两种方法:I.在所要测定桥梁结构振型的峰、谷点上布设测振传感器(拾振器),用放大特性相同的多路放大器和记录特性相同的多路记录仪,同时测记各测点的振动响应信号。
II.将结构分成若干段,选择合适的参考点(不动点),在参考点和各分界点分别布设测振传感器(拾振器),用放大特性相同的多路放大器和记录特性相同的多路记录仪,同时测记各测点的振动响应信号。
测点布置桥梁荷载试验支座、墩台位移测点布置应结合现场情况进行I.桥墩桥台位移测量,应根据现场情况布设若干基础沉降点,观测加载过程中桥梁墩台位移,并在后期数据处理中予以修正II.支点位移测量需要考虑支座位移与转角,根据现场情况设置多个方位的观测点。
例如在偏载工况下,宜沿纵横桥向在支座前后左右方各设置一个位移计,以四个位移计的测试均值作为支座沉降值。
第六部分我国桥梁建设基本概况荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取荷载试验截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价数据后处理静载数据后处理温度影响修正:导线电阻修正:支点沉降修正:'tS S t K=-∆⋅121rRrR⎧⎛⎫'ε=ε⋅+⎪⎪⎪⎝⎭⎨⎛⎫⎪'ε=ε⋅+⎪⎪⎝⎭⎩l x xC a bl l-=⋅+⋅数据后处理动载数据后处理通过对采集的动态测试信号进行检查和数据质量评判,剔除异常数据、加窗和趋势项、数字滤波等必要的后处理,舍弃噪声大、时程曲线畸变的样本或数据段,应保证经过处理后的信号客观真实,不得使有效信号受到抑制或产生畸变,确保用于分析计算的样本数据真实可靠,数据质量满足结构性能评价的要求。