光纤布拉格光栅传感课件.ppt
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1、国家中职示范学校建设项目,项目四 桥梁荷载试验,任务一 检测桥梁支座的工作性能,任务导入,任务目标,相关知识,操作活动,成绩评定,课后思考题,1,2,3,4,5,6,任务导入根据所学知识,采用荷载试验的方法检测桥梁的施工质量。任务目标1、熟悉荷载试验的目的和意义2、熟悉荷载试验的设备与仪器3、荷载试验的筹备工作训练4、加载方案的确定与实施训练5、制定观测方案的训练6、试验结果的分析与评定训练7、试验报告的内容与编制训练,任务导入/任务目标,桥梁荷载试验分为静载试验和动载试验。桥梁荷载试验是对桥梁工作状态进行直接测试的一种检定手段,其目的是检验桥梁设计与施工的质量;判定桥梁结构实际承载力以及验证
2、桥梁结构设计理论和设计方法。,相关知识,一、荷载试验的目的;桥梁荷载试验分为静载试验和动载试验。桥梁荷载试验是对桥梁结构工作状态进行的直接测试的一种检定手段。试验的目的、任务和内容通常由实际的生产需要或科研所决定。,相关知识,一、荷载试验的目的;一般桥梁荷载试验的目的有:1、检验桥梁设计与施工质量对于一些新建的大、中型桥梁或者具有特殊设计的桥梁,在设计施工过程中必需遇到许多新的问题,为保证桥梁建设质量,施工过程中往往要求做施工监控。在竣工后一般还要进行荷载试验,以检验桥梁整体受力性能和承载力是否达到设计文件和规范的要求,并把试验结果作为评定工程质量优劣的主要技术资料和依据。,相关知识,一、荷载
3、试验的目的;一般桥梁荷载试验的目的有:2、判定桥梁结构的实际承载力旧桥由于构件局部发生意外损伤,使用过程中产生明显病害,设计荷载等级偏低等原因,有必要通过荷载试验判定构件损伤程度及承载力、受力性能的下降幅度,确定其运营荷载等级。同时,旧桥荷载试验也是改建、加固设计的重要依据。3、验证桥梁结构设计理论和设计方法 对于桥梁工程中的新结构、新材料和新工艺,应通过荷载试验验证桥梁的计算图式是否正确,材料性能是否与理论相符,施工工艺是否达到预期目的。对相关理论问题的深入研究,往往也需要大量荷载试验的实测数据。,相关知识,二、荷载试验的主要工作内容;桥梁的荷载试验是一项复杂而细致的工作,应根据试验的目的的
4、进行认真的调查,必要时进行相关的理论分析,在此基础上周密地制定试验方案,对于所有可能出现的问题都要认真考虑并作出处理预案,制定切实可行的试验方案。,相关知识,二、荷载试验的主要工作内容;荷载试验的主要内容为:(1)明确荷载试验的目的;(2)试验准备工作;(3)加载方案设计;(4)测点设置与测试;(5)加载控制与安全措施;(6)试验结果分析与承载力评定;(7)试验报告编写;,相关知识,二、荷载试验的主要工作内容;一般,以上荷载试验内容主要包含在三个阶段:桥梁结构的考擦和试验准备、加载试验与观测、测试结果的分析与评定。目前,桥梁的荷载试验应按我国现行的大跨径混凝土桥梁的试验方法、公路桥涵设计规范等
5、进行。,相关知识,三、荷载试验的准备工作;荷载试验正式进行之前应做好下列准备工作。1试验孔(或墩)的选择对多孔桥梁中跨径相同的桥孔(或墩)可选l3孔具有代表性的桥孔(或墩)进行加载试验。选择时应综合考虑以下因素:(1)该孔(或墩)计算受力最不利;(2)该孔(或墩)施工质量较差、缺陷较多或病害较严重;(3)该孔(或墩)便于搭设,脚手架,便于设置测点或便于实施加载。选择试验孔的工作与制定计划前的调查工作结合进行。,相关知识,三、荷载试验的准备工作;荷载试验正式进行之前应做好下列准备工作。2搭设脚手架和测试支架脚手架和测试支架应分开搭设互不影响,脚手架和测试支架应有足够的强度、刚度和稳定性。脚手架要
6、保证工作人员的安全、方便操作。测试支架要满足仪表安装的需要,不因自身变形影响测试的精度,同时还应保证试验时不受车辆和行人的干扰。脚手架和测试支架设置要因地制宜,就地取材,便于搭设和拆卸,一般采用木支架或建筑钢管支架。当桥下净空较大不便搭设固定脚手架时,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。整套设置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运输和存放。,相关知识,三、荷载试验的准备工作;荷载试验正式进行之前应做好下列准备工作。3静载试验加载位置的放样和卸载位置的安排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。如加载工况
7、较少,时间允许,可在每次工况加载前临时放样。如加载工况较多,则应预先放样,且用不同颜色的标志区别不同加载工况时的荷载位置。静载试验荷载卸载的安放位置应预先安排。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桥台后一定距离处。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处以不影响试验观测为度。,相关知识,三、荷载试验的准备工作;荷载试验正式进行之前应做好下列准备工作。4试验人员组织及分工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。
8、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。为使试验有条不紊地进行,应设试验总指挥1人,其他人员的配备可根据具体情况考虑。,相关知识,三、荷载试验的准备工作;荷载试验正式进行之前应做好下列准备工作。5其他准备工作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。,相关知识,任务导入武广高铁湖南段,岳阳某标段有一座桥梁已竣工。现要对该桥进行竣工验收,需对该桥实施桥梁荷载试验。,相关知识,相
9、关知识,任务一 桥梁静载试验任务二 桥梁动载试验,任务导入武广高铁湖南段,岳阳某标段有一座桥梁已竣工。现要对该桥进行竣工验收,需对该桥实施桥梁荷载试验。,任务一 桥梁静载试验,任务一 桥梁静载试验,一、试验观测与记录二、加载实施与控制三、试验数据分析及桥梁承载力评定四、静载试验报告的编制五、静载试验仪器设备的原理及使用,温度稳定观测仪表安装完毕后,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10mit。读数一次。观测时间应尽量选择在加载试验时外界气候条件对观测造成误差的影响范围,用于测点的温度影响修正。,一、试验观测与记录,仪表的测读与记录人工读表时,仪表的测读应准确、迅
10、速,并记录在专门的表格上(表5-2,表5-3),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值变化情况。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。对于控制测点应在故障排除后重复一次加载测试项目。,一、试验观测与记录,电阻应变仪应变观测记录表 表5-2,仪器型号:_ 仪器采用灵敏系数:_应变单位:电阻片标距:_ mm电阻片灵敏系数:_应变计算修正系数:_,一、试验观测与记录,当采用仪器自动采集数据记录时,应对控制点的应变和位移进行监控,测试结果规律异常时,应查明原因采取补救措
11、施。将记录结果整理成表5-2和表5-3的格式,以便进行结果分析,并与原始记录一同保存备查。,百分表挠度(位移)观测记录表 表5-3仪器型号:_ 挠度(位移)单位0Olmm,一、试验观测与记录,裂缝观测加载试验中裂缝观测的重点是结构承受拉力较大部位及旧桥原有裂缝较长、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。,
12、一、试验观测与记录,1、加载程序加载应在指挥人员指挥下严格按计划程序进行。采用重物加载时按荷载分级逐级施加,每级荷载堆放位置准确、整齐稳定。荷载施加完毕后,逐级卸载。采用车辆加载时,先由零载加至第一级荷载,卸载至零载;再由零载加至第二级荷载,卸至零载,直至所有荷载加完毕(有时为了确保试验结果准确无误,每一级荷载重复施加1-2次)每一级荷载重复施加1次序为纵向先施加重车,后施加两侧标准车;横向先施加桥中心的车辆,后施加外侧的车辆。,二、加载实施与控制,2、加载稳定时间控制为控制加卸载稳定时间,应选择一个控制观测点(如简支梁的跨中挠度或应变测点),在每级加载(或卸载)后立即测读一次,计算其与加载前
13、(或卸载前)测读值之差值Sg,然后每隔2min测读一次,计算2min 前后读数的差值S,并按下式计算相对读数差值m:m=S/Sg(5-31),二、加载实施与控制,2、加载稳定时间控制当m值小于1或小于量测仪器的最小分辩值时即认为结构基本稳定,可进行各观测点读数。但当进行主要控制截面最大内力荷载工况加载程序时荷载在桥上稳定时间应不少于5min,对尚未投入营运的新桥应适当延长加载稳定时间。某些桥梁,如拱桥,有时当拱上建筑或桥面系参与主要承重构件的受力,因连接较弱或变形缓慢,造成测点观测值稳定时间较长,如结构的实测变位(或应变)值远小于计算值,可将加载稳定时间定为2030 min。,二、加载实施与控
14、制,3、加载试验过程的观察加载试验过程应对结构控制点位移(或应变)、结构整体行为和薄弱部位破损实行监控,并将结果随时汇报给指挥人员作为控制加载的依据。随时将控制点位移与计算结果比较,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。加载过程中应指定人员随时观察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,组合构件的结合面是否有开裂错位:支座附近混凝土是否开裂,横隔板接头是否拉裂,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等。如发生这些情况应报告试验指挥人员,以
15、便采取相应的措施。,二、加载实施与控制,4、加载控制条件发生下列情况应中途终止加载:(1)控制测点应力值已达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时;(2)控制测点变位(或挠度)超过规范允许值时;(3)由于加载,使结构裂缝的长度、缝宽急剧增加,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时;(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时;(5)发生其他损坏,影响桥梁承载能力或正常使用时。,二、加载实施与控制,通过静载试验得到的原始数据、文字和图像描述材料是荷载试验最重要的资料。虽然它们是可靠的。但这些原始资料数
16、量庞大,不直观,不能直接用于评定承载能力,故进行承载力评定之前必须对它进行处理分析,得出直接进行承载能力评定的指标,以满足承载力评定的需要。,三、试验数据分析及桥梁承载力评定,(一)试验数据分析(二)荷载试验成果分析与承载能力评定,1.试验资料的修正测值修正根据各类仪表的标定结果进行测试数据的修正,如考虑机械式仪表较正系数、电测仪表率定系数、灵敏系数、电阻应变观测的导线电阻影响等等。当这类因素对测值的影响小于l时可不予修正。,(一)试验数据分析,1.试验资料的修正温度影响修垂温度对测试的影响比较复杂。结构构件的各部位不同的温度变化、结构的受力特性、测试仪表或元件的温度变化、电测元件的温度敏感性
17、、自补性等等均对测试精度造成一定的影响。逐项分析这些影响是困难的。一般可采用综合分析的方法来进行温度影响修正,即利用加载试验前进行的温度稳定观测数据,建立温度变化(测点处构件表面温度或空气温度)和测点测值(应变和挠度)变化的线性关系,然后按下式进行温度修正计算:,(一)试验数据分析,1.试验资料的修正温度影响修垂S=S一t tKt(5-32)式中:s温度修正后的测点加载测值变化;s温度修正前的测点加载测值变化;t相应于Is观测时间段内的温度变化();Kt空载时温度上升1时测点测值变化量。Kt=S t1(5-33)式中:S空载时某一时间区段内测点测值变化量;t1相应于s同一时间区段内温度变化量。
18、,(一)试验数据分析,1.试验资料的修正温度影响修垂温度变化量的观测对应变宜采用构件表面温度,对挠度宜采用气温。温度修正系数K1应采用多次观测的平均值,如测值变化与温度变化关系不明显时则不能采用。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、选择温度性较好的时间进行试验等办法尽量减小温度对测试精度的影响。,(一)试验数据分析,1.试验资料的修正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c可按下式计算:C=l-x*+xl*b(5-34)式中:c测点的支点沉降影响修正量;lA支点到曰支点的距离;x挠度测点到A支点的距离;A支点沉降量;bB支点沉降量。,
19、(一)试验数据分析,2各测点变位(挠度、位移、沉降)与应变的计算根据量测数据作下列计算总变位(或总应变)St=Sl-Si(5-35)弹性变位(或弹性应变)Se=S1-Si(5-36)残余变位(或残余应变)Sp=St-Se=Su-Si(5-37)式中:Si加载前测值;S1加载达到稳定时测值;Su卸载后达到稳定时测值。,(一)试验数据分析,2各测点变位(挠度、位移、沉降)与应变的计算引入相对残余变位(或应变)的概念描述结构整体或局部进入塑性工作状态的程度。相对残余变位(或应变)按下式计算:Sp=SpSt100(538)式中:Sp相对残余变位(或应变),Sp、St意义同前。相对残余变位(或应变)按下
20、式计算:Sp=SpSt100(538)式中:Sp相对残余变位(或应变),Sp、St意义同前。,(一)试验数据分析,3.应力计算根据测量到的测点应变,当结构处于线弹性工作状态时可以利用应力应变关系计算测点的应力。单向应力状态=E(5-39),(一)试验数据分析,3.应力计算 平面应力状态当主应力方向已知时:1=E1(1+2)(5-40)2=E1(2+2)(5-41)式中:E构件材料弹性模量;构件材料泊松比;1、2方向相互垂直的主应变;1、2方向相互垂直的主应力。,(一)试验数据分析,3.应力计算 平面应力状态主应力方向未知时需用应变花测量其应变计算主应力。应变花的常见形式为直角形或等边形(图5-
21、28a、b),由三个应变片组成;也可以增加校核片布置为扇形和伞形(图5-28d,e)。采用图528中的五种应变花时测点主应力可以表示为,(一)试验数据分析,3.应力计算 平面应力状态,(一)试验数据分析,图528常用应变花的形式a)直角形;b)直角交叉形;c)等边形;d)扇形;e)伞形,3.应力计算 平面应力状态其中:参数A、B、C由应变花的形式而定,上面五种形式应变花的参数见表54。,(一)试验数据分析,4.试验结果与理论分析的比较为了评定结构整体受力性能,需对桥梁荷载试验结果与理论分析值比较,以检验新建桥是否达到设计要求的荷载标准,或判断旧桥的承载能力。比较时可以将结构位移、应变等试验值与
22、理论计算值列表进行比较,对结构在最不利荷载工况作用下主要控制测点的位移、应力的实测值与理论分析值,要分别绘出荷载位移(p-)曲线,荷载应力(p-)曲线,并绘出最不利荷载工况作用下位移沿结构(纵、横向)分布曲线和控截面应变(沿高度)分布图,绘制结构裂缝分布图(对裂缝编号注明长度、宽度、初裂荷载以及裂缝发展情况)。,(一)试验数据分析,4.试验结果与理论分析的比较为了量化,以及描述试验值与理论分析值比较的结果,此处引入结构校验系数:=SeSs(5-46)式中:Se-试验荷载作用下量测的弹性变位(或应变)值 Ss-试验荷载作用下的理论计算变位(或应变)值。Se与Ss比较可用实测的横截面平均值与计算值
23、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。,(一)试验数据分析,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,为新建桥验收做出鉴定结论,或作为旧桥承载力鉴定检算的依据,并纳入桥梁承载能力鉴定报告和桥梁载能力鉴定表。一般进行下列分析评定工作。,(二)荷载试验成果分析与承载能力评定,1结构工作状况(1)校验系数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。不同结构形式的桥梁其值常不相同,值常见的范围可参考表55。一般要求值不大于1。值越小结构的安全
24、储备越大。值过大或过小都应该从多方面分析原因o如值过大可能说明组成结构的材料强度较低,结构各部分联结性较差,刚度较低等等。值过小可能说明材料实际强度及弹性模较高,梁桥的混凝土桥面铺装及人行道等与主粱共同受力,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式偏于安全等等。试验加载物的称量误差、仪表的观测误差等也对值有一定影响。,(二)荷载试验成果分析与承载能力评定,1结构工作状况(1)校验系数,(二)荷载试验成果分析与承载能力评定,校验数常值表 表55,1结构工作状况(2)实测值与理论值的关系曲线由于理论的变位(或应变)一般系按线性关系计算,所以如测点实测弹性变
25、位(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。(3)相对残余变位(或应变)测点在控制荷载工况作用下的相对残余变位(或应变)SpSt越小说明结构越接近弹性工作状况。一般要求SpSt值不大于20,当SpSt大于20时,应查明原因。如确系桥梁强度不足,应在评定时,酌情降低桥梁的承载能力。,(二)荷载试验成果分析与承载能力评定,1结构工作状况(4)动载性能当动载试验效率d接近l时,不同车速下实测的冲击系数最大值可用于结构的强度及稳定性检算。结构的自振频率、活载强迫振动频率及阻尼系数等对桥梁承载能力的影响可参考其他有关资料进行分析。,(二)荷载试验成果分析与承载能
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