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土木工程结构试验与检测

Testing and Inspection for Civil Engineering Structure

变形达到相对稳定。

当最后一级荷载加载完毕，荷载读数完成后，卸去桥梁上全部试验荷载，等待30min，再读一次数，作为残余变形值。

4．测读与记录（measurements and data acquisition）

仪表的测读应准确、迅速，并进行记录，以便于资料的整理和计算。记录者应对所有测点量测值变化情况进行检查，看其变化是否符合规律，尤其应着重检查第一次加载时量测变化情况。对工作反常的测点应检查仪表安装是否正确，并分析其他可能影响其正常工作的原因，及时排除故障。对加载试验的控制点应随时观测，随时计算并将计算结果报告试验指挥人员，如实测值超过计算值较多，则应暂停加载，待查明原因再决定是否继续加载。试验人员如发现其他测点的测值有较大的反常变化也应查找原因，并及时向试验指挥人员报告。

当采用记录纸记录动应力、动挠度或振动时，应将被记录的曲线调节至合适的幅度，使其既不超过记录纸的范围，又有适当的精度。

5．加载过程的观察（observe loading process）

加载过程中随时观测结构各部位可能产生的新裂缝，注意观察构件薄弱部位是否有开裂、破损，组合构件的结合是否有开裂错位，支座附近混凝土是否开裂，横隔板的接头是否拉裂，结构是否产生不正常的响声，加载时墩台是否发生摇晃现象等，应及时采取相应的措施。

6．裂缝观测（crack detection and measurement）

加载试验中裂缝观测重点应放在结构承受拉力较大部位及原有裂缝较长、较宽的部位。在这些部位应测量裂缝长度、宽度、并在混凝土表面沿裂缝走向进行描绘。加载过程中观测裂缝长度及宽度的变化情况，可直接在混凝土表面进行描绘记录，也可采用专门表格记录。加载至最不利荷载及卸载后应对结构裂缝进行全面检查，尤其应仔细检查是否产生新的裂缝，并将最后检查情况填入裂缝观测记录表，必要时可将裂缝发展情况绘制在裂缝展开图上。

7．终止加载控制条件（conditions of terminat loading） 发生下列情况之一应终止加载：

（1）控制测点应力值已达到或超过用弹性理论或按规范安全条件反算的控制应力值； （2）控制测点变形（或挠度）超过规范允许值；

（3）由于加载，使结构裂缝的长度、宽度急剧增加，新裂缝大量出现，缝宽超过允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响；

（4）拱桥加载时沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测挠度超过计算值过多；

（5）发生其他损坏，影响桥梁承载能力或正常使用。

9.1.4 试验资料的整理（testing data interpretation）

1．测试数据的修正（data correction） （1）实测值修正

根据各类仪表的标定结果进行测试数据的修正，如机械式仪表的校正系数、电测仪表的率定系数、灵敏系数，电阻应变观测的导线电阻影响等。当这类因素对测值的影响小于1％时可不予修正。

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第9章 桥梁结构的试验与检测

Chapter 9 Bridge Structure Test and Inspection

（2）温度影响修正

由于温度影响修正比较困难，一般不进行这项工作，而采取缩短加载时间、选择温度稳定性好的时间进行试验等办法，以尽量减小温度对测试精度的影响。

（3）支点沉降影响的修正

当支点沉降量较大时，应修正其对挠度值的影响，修正量u可按式9.2.2计算（见图9.2.6）：

u?式中

L?xxa?b （9.2.2） LLu－测点的支点沉降影响修正量；

L－A支点到B支点的距离；

x－挠度测点到A支点的距离；

a－A支点沉降量；

b－B支点沉降量。

2．测点变形计算（calculating of deformation） 根据量测数据作下列计算：

总变形（或总应变）St?SI?Si 弹性变形（或弹性应变）Se?SI?Su

残余变形（或残余应变）Sp?St?Se?Su?Si

ALBuaabx图6-6 支点沉陷修正图9.2.6 支点沉降修正 式中 Si－加载前测值；

SI－加载达到稳定时测值；

Su－卸载后达到稳定时测值。

3．校验系数和相对残余变形的计算（calculating check index and relative residual deformation）

对加载试验的主要测点（即控制测点或加载试验频率最大部位测点）进行如下计算： （1）校验系数

??Se （9.2.3） Ss式中 Se－试验荷载作用下量测的弹性变形值；

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Ss－试验荷载作用下的理论计算变形值。

Se与Ss的比较可用实测的横截面平均值与计算值比较，也可考虑荷载横向不均匀分布

而选用实测最大值与考虑横向增大系数的计算值进行比较。横向增大系数最好采用实测值，如无实测值也可采用理论计算值。

（2）相对残余变形

相对残余变形按式9.2.4计算：

S?p?式中 S?p－相对残余变形。

SpSt?100% （9.2.4）

4．力或位移影响线（influence curves of force and displacement）

在移动荷载下实测控制截面的应变和位移，可以转化为内力影响线和挠度曲线的纵坐

标。若控制截面为k，步长为L/n，则影响线坐标应为0,?,i,?,n，若实测结果为ai，其影响线坐标yi为

yi?式中

aiD （9.2.5） P?i?P－移动荷载总重，kN；

iD为常数比例因子。如果所测内力是弯矩，D?E?W（其中E为弹性模量，W为截

面抵抗矩）；若为剪力D?GJb/S（其中G为剪切弹性模量，J为抗扭惯性矩，b为截面宽度，S为面积矩）；若为挠度，则D＝1。在上述三种情况下，ai分别为移动荷载作用下的弯曲应变、剪应变和挠度值。

5．荷载横向分布系数（transverse distribution coefficients）

通过实测横向挠度影响线，利用变位互等定理，可以方便地得到某梁在某种加载下的横

向挠度分布，如各梁挠度值无关，则第j梁的横向分布系数?j为：

?j?并有

fi???f （9.2.6）

ij?1来校核测试结果。

6．偏载系数（bias factor） 荷载试验时，通过实测偏载作用下下缘最大应力?max和其平均应力的比值求得实测的偏载系数K：

K??max??1n （9.2.7）

i/n式中

n－下缘测点数。

7．裂缝发展状况（development of cracks）

当裂缝数量较少时，可根据试验前后观测情况及裂缝观测表对裂缝状况进行描述；当裂缝发展较多时，应选择结构有代表性部位描绘裂缝展开图，图上应注明各加载程序裂缝长度和宽度的发展。

除以上资料的整理外，还可根据需要整理各加载程序控制截面应变（或挠度）分布图、

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沿桥纵向挠度分布图等，及列出各加载程序时主要测点实测弹性变形（或应变）与相应的理论计算值的对照表，并绘出其关系曲线图。

9.1.5 数据整理与结构性能评定（data interpretation and evaluation of structural properties）

经过荷载试验的桥梁，应根据整理的试验资料，分析结构的工作状况，进一步评定桥梁承载能力。结构性能评定根据如下：一是按结构完工时实际结构尺寸、材料特性和静力边界条件得到的理论计算值，二是规范规定的挠度、强度和裂缝的容许值。

在进行评定时，应选择实测最大挠度和荷载效率最大的控制截面实测应力。质量合格的混凝土桥梁结构，应满足下述几方面要求：

（1）结构实测最大应力、挠度及裂缝宽度不超过设计标准的容许值。

（2）校验系数，是评定结构工作状况、确定桥梁承载能力的一个重要指标。不同结构型式的桥梁其?值常不相同。

一般要求，?值不大于1，?值越小结构的安全储备越大。?值过大或过小都应该从多方面分析原因，如?值过大可能说明组成结构的材料强度较低，结构各部分连接性较差、刚度较低等；?值过小可能说明材料的实际强度及弹性模量较高，梁桥的混凝土桥面铺装及人行道等与梁共同受力，拱桥拱上建筑与拱圈共同作用，支座摩阻力对结构受力的有利影响，计算理论或简化的计算图式偏于安全等。试验时加载的称量误差，仪表的观测误差等也对实测值有一定影响。

（3）实测值与理论值的关系曲线

由于理论的变形（或应变）一般系按线性关系计算。所以如测点实测弹性变形（或应变）与理论计算值成正比，其关系曲线接近于直线，说明结构处于良好的弹性工作状况。 （4）相对残余变形（或应变）

残余变形（特别是残余挠度）是新建或运营桥跨结构的重要指标。正常运营桥梁，应无残余挠度，突然出现残余挠度，说明该桥受到严重损伤或截面某处进入弹塑性。相对残余变形Sp/St越小说明结构越接近弹性工作状况。一般要求Sp/St值应小于20%；当Sp/St大于20%时，应查明原因，如确系桥梁强度不足，应在评定时，降低桥梁的承载能力。

（5）裂缝是评定混凝土及预应力混凝土桥跨结构承载力及耐久性的主要指标之一，主要是评定受力裂缝的出现和扩展状态。

预应力桥跨结构在标准设计荷载下，一般不出现裂缝，或按预应力程度的不同，按相应规范查取，普通混凝土桥，标准设计荷载下，最大裂缝宽度一般不大于0.2mm。其他非受力裂缝如施工、收缩和温度裂缝受载后亦不应超过容许值。

结构出现第一条受力裂缝的试验荷载值应大于理论计算初裂缝荷载的90%。 （6）地基与基础

当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移及倾角较小，符合上部结构检算要求，卸载后变形基本回复时，认为地基与基础在检算荷载作用下能正常工作。

当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移、倾角较大或不稳定，卸载后变形不能回复时，应进一步对地基、基础进行探查、检算，必要时应对地基基础进行加固处理。

静力荷载试验结果不满足上述任何一项条件，则认为桥梁结构不符合要求，必须查明原

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因，并采取适当的措施。

9.2 桥梁结构的动载试验（bridge dynamic testing）

桥梁动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，然后测定其固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数等参数，从而判断桥梁结构的整体刚度和行车性能。

9.2.1 试验方案的设计（test schematic design）

桥梁结构的动载试验是研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性。近年来研究的桥梁结构病害诊断，实际也是以桥跨结构或构件固有频率的改变为根据的。因此新建的桥梁，运营一定年限后的桥梁以及对其结构承载能力有疑问的桥梁均需进行动载试验。

下面主要从桥梁结构动载试验的量测内容、加载方案、量测方案和动载试验效率等几个方面来介绍试验方案的设计。

1．量测内容（measuring scheme）

（1）测定桥梁结构的动力反应。主要是测定结构在动荷载作用下强迫振动的特性，包括动位移、动应力、动力系数等。试验时，一般利用汽车以不同的速度通过桥跨而引起的振动来测定上述各种数据。

（2）测定桥跨结构的自振特性，如自振频率、振型和阻尼特性等。应在结构相互连结的各部分布置测点，如悬臂梁与挂梁、上部结构与下部结构、行车道梁与索塔等的相互连接处。

（3）测定动荷载本身的动力特性。主要测定引起桥梁振动的作用力或振源特性，如动力荷载（包括车辆制动力、振动力、撞击力等）的大小、频率及作用规律。

（4）测定桥跨结构或构件的疲劳性能。

一般情况下，只进行（1）、（2）两项内容的动载试验；对于铁路桥梁，要实测机车在桥上的制动力和与旅客舒适度有关的列车过桥时车桥联合振动的动位移和动应变的时程曲线，尚应进行第（3）项内容的动载试验；桥梁结构或构件的疲劳试验一般只在实验室进行试验，研究桥梁结构或构件的疲劳强度。

2．加载方案（loading test scheme）

① 检验桥梁受迫振动特性的试验荷载，通常采用接近运营条件的汽车、列车或单辆重车以不同车速通过桥梁，要求每次试验时车辆在桥上的行驶速度保持不变，或在桥梁动力效应最大的检测位置进行刹车（或起动）试验。

② 桥梁在风力、流水撞击和地震力等动力荷载作用下的动力性能试验，宜在专门的长期观测中实现。

③ 利用环境激振测定桥梁自振特性。

④ 疲劳试验荷载室内试验可采用液压脉动装置，现场试验可采用起振机。 3．量测方案（measuring scheme）

动载试验量测动应变可采用动态电阻应变仪并配以记录仪器，量测振动可选用低频拾震器并配低频测振放大器及记录仪器，量测动挠度可选用光电挠度仪或电阻应变位移计配动态电阻应变仪及记录仪器。

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