第9章 桥梁结构的试验与检测
Chapter 9 Bridge Structure Test and Inspection
种；对公路桥梁而言，既要考虑沿桥轴方向加载，也要考虑垂直于桥轴方向加载，见图9.2.1。纵向加载轮位要考虑桥跨的最大弯矩、挠度、剪力控制部位，横向加载轮位分对称和偏心两种。某三跨连续梁桥静载试验加载示意见图9.2.2。
纵向加载横向加载图9.2.1 常用轮位图式 结构的力和位移影响线，是检查复杂结构受载后的整体及局部工作性能的一项重要指标。支座工作状况及整体刚度的分布均会带来实测影响线与计算值的差别。
实测桥跨结构控制截面的力或位移影响线的加载一般均采用纵向单排、横向对称布置的重车同步移动，荷载移动的步长依桥的长度和对影响线的精度要求来定，一般不大于跨长的1/8～1/10。
（b） （a） （d） （c） （e） 图9.2.2 三跨连续梁桥静载试验加载示意图 （f） （5）静载加载分级与控制
为了加载安全和了解结构应变和变形随加载内力增加的变化关系，对桥梁主要控制截面内力的加载应分级进行，而且一般安排在开始的几个加载程序中执行。附加控制截面一般只设置最大内力加载程序。
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土木工程结构试验与检测
Testing and Inspection for Civil Engineering Structure
1）分级控制的原则
① 当加载分级较为方便时，可按最大控制截面分为4～5级。基本荷载（等于或接近设计荷载）一般分为4级；超过基本荷载部分，其每级加载量比基本荷载的加载量减小一半。
② 当使用载重车加载，车辆称重有困难时也可分为3级加载。
③ 当桥梁的调查和验算工作不充分或桥况较差，应尽量增多加载分级，如限于条件加载分级较少时，应注意每级加载时，车辆荷载逐辆缓缓驶入预定加载位置。必要时可在加载车辆未到达预定加载位置前分次对控制测点进行读数以确保试验安全。
④ 在安排加载分级时，应注意加载过程中其他截面内力亦应逐渐增加，且最大内力不应超过控制荷载作用下的最不利内力。
⑤ 根据具体条件决定分级加载的方法，最好每级加载后卸载，也可逐级加载达到最大荷载后逐级卸载。
2）车辆荷载加载分级的方法
车辆荷载加载分级宜逐渐增加加载车数量，先上轻车后上重车，加载车位于内力影响线的不同部位，加载车宜分次装卸重物。
3）加卸载的时间选择与控制
为了减少温度变化对试验造成的影响，加载试验时间以晚10时至早6时近乎恒温的条件下进行为宜，尤其是采用重物直接加载，加卸载周期比较长的情况下只能在夜间进行试验。对于采用车辆等加卸载迅速的试验方式，如夜间试验照明等有困难时亦可安排在白天进行试验，但在晴天或多云的天气下进行加载试验时每一加卸载周期所花费的时间不宜超过20min。
（6）加载分级的计算
根据各加载分级，按弹性阶段计算加载各测点的理论计算变形（或应变），以便对加载试验过程进行分析和控制。
计算采用的材料弹性模量，如已做材料试验则用实测值，否则可按规范选用。 3．测点布置（measuring point layout） （1）挠度测点的布设
一般情况下，对挠度测点的布设要求能够测量结构的竖向挠度、侧向挠度和扭转变形，应能给出受检跨及相邻跨的挠曲线和最大挠度。每跨一般需布设3～5个测点。挠度测试结果应考虑支点下沉修正，应观测支座下沉量、墩台的沉降、水平位移与转角、连拱桥多个墩台的水平位移等。有时为了验证计算理论，要实测控制截面挠度的纵向和横向影响线。
（2）结构应变测点的布设
应力应变测点的布设应能测出内力控制截面的竖向、横向应力分布状态。对组合构件应测出组合构件的结合面上下缘应变。每个截面的竖向测点沿截面高度不少于5个测点，包括上、下缘和截面突变处，应能说明平截面假定是否成立。横向截面抗弯应变测点应布设在截面横桥向应力可能分布较大的部位，沿截面上下缘布设，横桥向设置一般不少于3处，以控制最大应力的分布，宽翼缘构件应能给出剪滞效应的大小。对于箱形断面，顶板和底板测点应布设“十”字应变花，而腹板测点应布设45°应变花，T形断面下翼缘可用单向应变片。
对于公路钢桥，如是钢板梁结构则应全断面布置测点，测点数量以能测出应力分布为原
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则；钢桁梁应给出杆件轴向力和次应力等。此外，一般还应实测控制断面的横向应力增大系数；当结构横向联系构件质量较差，连接较弱时则必须测定控制断面的横向应力增大系数。简支梁跨中截面横向应力增大系数的测定，既可采用观测跨中沿桥宽方向应变变化的方法，也可采用观测跨中沿桥宽方向挠度变化的方法来进行计算或用两种方法互校。
（3）混凝土结构应变测点的布设
对于预应力混凝土结构，应变测点可用长标距（5mm×150mm）应变片构成应变花贴在混凝土表面，而对部分预应力混凝土结构，受拉区则应测受拉钢筋的拉应变，可凿开混凝土保护层直接在钢筋上设置拉应力测点，但在试验完后必须修复保护层。
当采用测定混凝土表面应变的方法来确定混凝土结构中钢筋承受的拉力时，考虑到混凝土表面已经和可能产生的裂缝对观测的影响，可用测定与钢筋同高度的混凝土表面上一定间距的两点间平均应变，来确定钢筋的拉应力。选择这两点的位置时，应使其标距大致等于裂缝的间距或裂缝间距的倍数，可以根据结构受力后如下三种情况进行选择：
1）加载后预计混凝土不会产生裂缝情况下，可以任意选择测定位置及标距，但标距不应小于4倍混凝土最大粒径。
2）加载前未产生裂缝，加载后可能产生裂缝的情况时，可按图9.2.3的方法选择相连的20cm、30cm两个标距。当加载后产生裂缝时可分别选用20cm、30cm、或（20＋30）cm标距的测点读数来适应裂缝间距。
3）加载前已经产生裂缝，为避免加载后产生新裂缝的影响，可根据裂缝间距按图9.2.4的方法选择测点位置及标距。为提高测试精度，也可增大标距，跨越两条以上的裂缝，但测点在裂缝间的相对位置仍应不变。
（4）剪切应变测点的布设
对于剪切应变测点一般采取设置应变花的方法进行观测。为了方便，对于梁桥的剪应力也可在截面中性轴处主应力方向设置单一应变测点来进行观测。梁桥的实际最大剪应力截面应设置在支座附近而不是支座上，具体设置位置如下：
图9.2.3 无裂缝测点布置图 图9.2.4 有裂缝测点布置图 从梁底支座中心起向跨中作与水平线成45°斜线，此斜线与截面中性轴高度线相交的交点即为梁桥最大剪应力位置。可在这一点沿最大压应力或最大拉应力方向设置应变测点（见图9.2.5），距支座最近的加载点则应设置
加载车轴位置最大剪应力测点支座中心线45横截面中性轴
- 228 - 图9.2.5 梁桥最大剪应力测点布置 土木工程结构试验与检测
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在45°斜线与桥面的交点上。
（5）温度测点的布设
选择与大多数测点较接近的部位设置1～2处气温观测点，此外可根据需要在桥梁主要测点部位设置一些构件表面温度观测点。
4．测试仪器的选择（selection of instrumentation for measurement）
静载试验中量测应变可采用机械式应变仪、电阻应变仪、钢弦式应变计等。量测位移或挠度可选用连通管、百分表、挠度计，全站仪等；测量倾角可选用水准式倾角仪；测量裂缝可选用刻度放大镜；量测索力可选用加速度传感器、电荷放大器、智能信号采集处理和分析系统，并配笔记本电脑及采集程序等。
量测仪表的精度要求，静载测定时应不大于预计量测值的5％，动载测定时应不大于预计量测值的10％。
9.1.2 测试准备（testing preparations）
测试准备工作是将试验方案所确定的加载、量测仪器设备安装就位及其他试验所需的物质、人力和技术准备，不仅涉及面广，而且工作量大。主要包括量测附属设施、加载位置的确定、仪器检查与安装、加载物的称重和试验人员的组织分工。此外，还包括加载试验的安全设施，供电照明设施，通讯联络设施，桥面交通管制等工作应根据荷载试验的需要进行准备。
1．量测附属设施（measuring annex setup） （1）搭设观测脚手架
脚手架的设置要因地制宜、就地取材，方便观测仪表和保证安全，不影响仪表和测点的正常工作，不干扰测点附属设施。当桥下净空较大，不便设置固定脚手架时，可考虑采用轻便活动吊架。两端用尼龙绳或细钢丝绳固定在栏杆或人行道缘石上，整套设备使用前应进行试载以确保安全。活动吊架如需多次使用可做成拼装式以便于运输和存放。
（2）设置测点附属设施
在安装挠度、沉降、水平位移等测点的观测仪表时，一般需要设置木桩、木桩架或其他支架等测点附属设施。设置时既要满足仪表安装的需要，又使其不受结构本身的变形、位移的影响；同时应保证其稳定、牢固，能承受试验时可能产生的车辆运行、人行走动等的干扰。
晴天或多云天气下进行加载试验时，阳光直射下的应变测点，应设置遮挡阳光的设备，以减小温度变化造成的观测误差。雨季进行加载试验时，则应准备仪器、设备等的防雨设施。
2．加载位置的确定（test location）
静载试验前应在桥面上对加载位置进行放样，以便于加载试验的顺利进行。如加载程序较少，可在每程序加载前临时放样；如加载程序较多，则应预先放样，且用不同颜色的标志区别不同加载程序时的荷载位置。
卸载位置的选择既要考虑加卸载方便，离加载位置近一些，又要使安放的荷载不影响试验孔（或墩）的受力，一般可将荷载安放在台后一定距离处。对于多孔桥，如有必要将荷载停放在桥孔上，一般应停放在距试验孔较远以不影响试验观测为度。
3．仪器检查与安装（checking and assembling of instruments）
试验需用的所有仪表均应在测试前进行检查，并按仪表本身的要求进行标定和必要的误
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差修正，满足测试精度要求，测量误差应不大于预计量程的?5%，位移测量不大于?10%，动态位移不大于?15％。
采用电阻应变仪进行应变测试时，粘贴电阻片的人员要根据现场温度湿度等条件选择贴片及防潮工艺，尽量选用与观测应变部位相同的材料制作温度补偿片。补偿片应尽量靠近应变片设置。
仪表、设备容易受到碰撞、扰动的部位应加保护设备，系保险绳或设置醒目的标志，以保证仪表正常工作。
仪表安装工作一般应在加载试验前完成，但亦不应安装过早，以免仪器受损和遗失。注意仪表安装位置和方法的正确与否。安装完毕应由有测试经验的人员进行检查，有时可利用过往车辆来观察仪表工作是否正常。
仪表安装完毕后，一般在加载试验之前应对各测点进行一段时间的温度稳定观测。中间可每隔l0min读数一次，观测时间应尽量选择与加载试验相同的气候条件。
4．加载物的称重（weighting heavy loads）
加载车队或等效重物，需先准确称量，称量所用衡具应在鉴定有效期内，其称重误差最大不得超过5％。
5．试验人员组织分工（test organization and task distribution）
桥梁的荷载试验是一项技术性较强的工作，最好能组织专门的桥梁试验队伍来承担，也可由熟悉这项工作的技术人员为骨干来组织试验队伍。应根据每个试验人员的特长进行分工，每人分管的仪表数目除考虑便于进行观测外，应尽量使每人对分管仪表进行一次观测所需的时间大致相同。所有参加试验的人员应能熟练掌握所分管的仪器设备，否则应在正式开始试验前进行演练，以保证试验有条不紊地进行。
9.1.3 加载试验（loading test）
1．试验演习（test maneuver）
在正式进行试验前进行一次演习是必要的，通过演习，可使试验人员熟悉各自承担的任务，并借此检查各种仪器设备是否安装良好，以便必要时再作适当的调整。
2．预加载（preload testing）
在正式试验之前，一般对结构进行2～3次预荷载，通过预加载使结构进入正常工作状态，消除结构非弹性变形，尤其是混凝土桥跨结构。若干次预荷载后，荷载位移关系趋于稳定，呈较好线性。预荷载同时可以检查全部测试设备工作是否正常，性能是否可靠；人员是否组织完善，操作是否熟练。预荷载值不大于标准设计荷载和开裂荷载。一般分2～3级加至标准设计荷载或更小。预荷载循环次数，需根据结构弹性工作的实际情况而定。若线性及回零很好，预载1～2次便可正式进入试验。
3．加载试验（loading test）
加载前对各仪表进行初读数。应严格按设计的加载程序进行加载，荷载大小、截面内力大小都应由小到大逐渐增加。首先将第一级荷载的加载车辆行驶到桥上指定的加载位置，车辆关闭发动机，等待变形稳定后，即可读一级荷载读数；然后进行下一级荷载加载。
加载和卸载的持续时间一般以结构变形达到稳定为原则，如果5min的变形增量小于量测仪器最小分辨值，或结构最后5min的变形增量小于前一个5min变形增量的15%，均认为结构
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