1、公路桥梁荷载试验规程公路桥梁荷载试验规程(JTG/T J21-01-2015)精华详解精华详解交流提纲交流提纲我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况荷载试验目的与依据荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取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截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价荷载试验数据处理与评价第一部分第一部分我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况荷载试验目的与依据荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取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截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价
2、荷载试验数据处理与评价我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况经过改革开放30多年的发展，我国桥梁建设取得了举世瞩目的成就。截至2015年底，我国仅公路桥梁总数已近78万座，4592万延米。我国已建成的梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥这四类桥梁的跨径均居世界同类桥梁前列。我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况然而，经过30多年的大规模基础设施建设，当前步入维修期的桥梁数量日益增多。据不完全统计，目前仅公路桥梁中危桥数量高达 7.96万座，约占公路桥梁总数的10.5%，直接影响人民的正常安全出行。近年来，由于前期建设“重
3、设计轻养护”，后期管养理念落后、技术储备不足，以及运营过程中，过桥车辆与日俱增，远超设计负荷，重车严重超载等因素，桥梁垮塌事件时有发生，给人民生命财产安全造成巨大损失，给社会带来严重恶劣影响。我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况第二部分第二部分我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况荷载试验目的与依据荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取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截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价荷载试验数据处理与评价试验目的与意义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
4、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
5、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试验依据与规范?JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范S.2004.?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.?YC4-4/1978.大跨径混凝土桥梁的试验方法S.1982.?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
6、.?JTG/T J21-01-2015.公路桥梁荷载试验规程S.2016.?CJJ/T 233-2015.城市桥梁检测与评定技术规范S.2016.第三部分第三部分我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况荷载试验目的与依据荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取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截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价荷载试验数据处理与评价荷载试验流程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
7、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、现场实施和试验结果分析等三个阶段。荷载试验流程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
8、试验流程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。注意事项注意事项注意事项注意事项试验荷载宜按控制截面最大内力或位移 分成45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
9、荷载之间的关系。注意事项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
10、寿命造成较大的影响时；注意事项注意事项?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。注意事项注意事项对于钢筋混凝土结构，还必须凿出钢筋
11、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。第四部分第四部分我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况荷载试验目的与依据荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取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截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价荷载试验数据处理与评价设备选取原则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
12、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
13、的测振仪器。?第五部分第五部分我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况荷载试验目的与依据荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取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截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价荷载试验数据处理与评价截面选取截面选取对于验收性荷载试验，q取值0.851.05；对于鉴定性荷载试验，q取值0.951.05。Sstat?q?S?1?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 单单轴
14、重轴重不应大于140kN，否则否则须验算桥面板的裂缝宽度和极限承载力。截面选取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。截面选取截面选取序号桥型1、跨中截面最大正弯矩和挠度；2、支点截面最大剪力。1、L/4 截面最大正弯矩和挠度；2、墩台最大垂直力。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。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
15、制截面的最大弯矩。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。1、支点最大剪力；2、挂梁支点截面或悬臂端截面最大剪力。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。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。1、跨中截面最大正弯矩和挠度；2、结点截面的最大负弯矩。1、柱脚截面最大负弯矩、最大水平推力。1、跨中、支点截面的主桁杆件最大内力；2、跨中截面的挠度。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
16、最大垂直力。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。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。内力或位移控制截面主要1简支梁桥附加主要2连续梁桥、连续刚构附加主要3悬臂梁桥、T型刚构附加主要4拱桥附加5刚架桥（包括框架、斜腿刚构和刚架-拱式组合体系）主要附加主要6钢桁桥附加主要7斜拉桥、悬索桥附加测点布置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
17、?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
18、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。第六部分第六部分我国桥梁建设基本概况我国桥梁建设基本概况荷载试验目的与依据荷载试验目的与依据荷载试验流程与注意事项荷载试验流程与注意事项荷载试验设备选取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截面选取与测点布置荷载试验数据处理与评价荷载试验数据处理与评价数据后处理数据后处理静载数据后处理静载数据后处理温度影响修正：S?S?t Kt?1?1?r?R?2r?R?导线电阻修正：支点沉降修正：l?xxC?a?bll数据后处理数据后处理动载数据后处理动载数
19、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。数据后处理数据后处理自振频率可采用频谱分析法、波形分析法或模态分析法。波形分析法适用单一频率自振信号a/m s-2多阶自振叠加信号t/sa/m s-2滤波后单一自振信号t/s数据后处理数据后处理频谱分析法可用于确定自振信号的各阶频率，用于分析的数据块中不得包含强迫振动成分。a/m s-2振 动加 速度 信号t/s?动
20、应 变实 测信号自 由振 动起始 点t/s数据后处理数据后处理采用跳车激振试验来分析自振频率，当桥梁跨径较小，激振荷载对结构振动具有附加质量影响时，应考虑桥面附加质量的影响。M0?Mf0?fM0采用跑车余振激励时，要确定车辆驶离桥梁的准确时刻，以避免将强迫振动当作自由振动进行处理所导致自振频率误判。数据后处理数据后处理阻尼参数可采用波形分析法、半功率带宽法或模态分析法。波形分析法只适合单一频率的自振信号，多阶自振信号叠加的波形应首先分离为单一频率的自振信号首先分离为单一频率的自振信号。m Tynyn+1yn?yn1?ln?m Ty?y?n?mn?m?D?v?1lnyn?yn?2m?yn?m?y
21、n?m?Tynyn+1tntntn+1tn+1yn+mt n+mtn+myn+m数据后处理数据后处理半功率带宽法是在自振频谱图上对每一阶自振峰处通过确定半功率带宽来推定阻尼比的方法。频率分辨率f应不大于1%的自振频率值，以保证插值计算的精度。振幅Am a x(f=fn)A1?fD?ff?2?12 f2 fnnAm a x/2f1f2频率f荷载试验评价荷载试验评价静载试验评价静载试验评价总变位（或总应变）：St?SI?Si弹性变位（或弹性应变）：S?S?SeIu?SSS?S残余变位（或残余应变）：Spt?e?ui荷载试验评价荷载试验评价静载试验评价静载试验评价横向增大系数：荷载横向分布系数：Se
22、m ax?Semi?fin?fii?1校验系数：相对残余：Se?SsSP?SP?100%St荷载试验评价荷载试验评价结结 构构 类类 型型钢桥钢桥钢筋混凝土板桥钢筋混凝土板桥钢筋混凝土梁桥钢筋混凝土梁桥预应力混凝土桥预应力混凝土桥圬工拱桥圬工拱桥钢筋混凝土拱桥钢筋混凝土拱桥应变（或应力）应变（或应力）效验系数效验系数0.750.751.001.000.200.200.400.400.400.400.800.800.600.600.900.900.700.701.001.000.500.500.900.90挠度效验系数挠度效验系数0.750.751.001.000.200.200.500.500
23、.500.500.900.900.700.701.001.000.800.801.001.000.500.501.001.00荷载试验评价荷载试验评价动载试验评价动载试验评价Sdyn行车试验的动力试验荷载效率：?dyn?S实测桥梁结构的最低自振频率应满足：fd?fc桥梁的冲击系数：fdyn?-1?fstat?dyn-1?stat荷载试验评价荷载试验评价动载试验评价动载试验评价桥梁的冲击系数：Sm ax?1?Sm ean?Sm ean?Sm ax?Sm in?2SmeanSminSmax荷载试验评价荷载试验评价上 部 结 构f1.11.00f1.100.90f1.00下 部 结 构f1.21.0
24、0f1.200.95f1.00结构损伤程度评定无损伤轻微中等0.75f0.90f0.750.80f0.95f0.80严重危险备注：1、f=fmeasured/ftheory，式中：fmeasured为实测自振频率，ftheory为理论计算频率；2、当在本次结构自振频率测试前且在同条件下有上一次结构自振频率的实测值时，上式中的理论计算频率 ftheory应采用此值。荷载试验评价荷载试验评价结构类别裂 缝 部 位主筋附近竖向裂缝腹板斜向裂缝钢 筋混凝土梁组合梁结合面横隔板与梁体端部支座垫石预应力混凝土梁梁体竖向裂缝梁体纵向裂缝拱圈横向砖、石、混凝土拱拱圈纵向拱波与拱肋结合处墩台帽经常受浸蚀性环境水
25、影响墩 台墩台身常年有水，但无侵蚀性影响无筋干沟或季节性有水河流有冻结作用部份备 注0.350.400.20有筋无筋有筋允许最大缝宽/mm0.250.300.500.300.50不允许0.200.300.500.200.300.200.300.25不允许贯通墩台身截面的一半。裂缝高小于截面高一半半裂缝长小于跨径1/8不允许贯通结合面其 它 要 求表中所列除特殊要求外适用于一般条件。对于潮湿和空气中含有较多腐蚀性气体等条件下的缝宽限制应要求严格一些。荷载试验评价荷载试验评价桥梁类型圬工拱桥计算活载挠度限值一个桥跨范围内正、负挠度的最大绝对值之和不大于l/1000梁桥主梁跨中梁桥主梁悬臂端钢筋混凝
26、土与预应力混凝土桥桁架、拱斜拉桥预应力混凝土主梁悬索桥预应力混凝土加劲梁简支或连续桁架钢桥简支或连续板梁斜拉桥钢主梁悬索桥钢加劲梁l/600l1/300l/800l/500l/500l/500l/500l/400l/250备注1、l分别为简支梁的计算跨径、桁架、拱的计算跨径、斜拉桥的中跨计算跨径、悬索桥中跨的计算跨径；2、l1为悬臂长度；3、试验荷载作用下，如一个桥跨结构范围内有正、负挠度，则表列限值为正、负挠度的最大绝对值之和的限值。荷载试验评价荷载试验评价工作性能测试定期检查质量状况与耐久性参数检测汽车荷载调查结构固有模态参数构件表观质量状况混凝土强度钢筋自然电位混凝土电阻率混凝土保护层厚
27、度混凝土氯离子含量混凝土碳化深度材料风化物理化学损伤钢筋锈蚀截面折减交通量大吨位车混入率轴荷分布特征检测参数桥梁技术状况检算系数Z1材料性能与耐久性退化状况承载力恶化系数构件损伤程度截面折减系数汽车荷载变异活载影响修正系数评定系数用Z2代替Z1承荷载试验确定检算系数Z2载按图2.2.2.2.3 3-2 2 所示表达式进行等效力鉴定检算结构抗力效应荷载效应分析N N荷载效应最不利组合值高于抗力效应检算值5%2 5%Y Y承载力评定报告荷载试验评价荷载试验评价桥梁调查外观质量状况混凝土强度结构模态参数旧桥检算系数Z1截 面 折 减 系 数?c承载能力恶化系数?e砖 石混凝 土配 筋混 凝土kSd(
28、?s o?slQ)Rd(R/?m,?j)Z1?cSd(?gG;?qQ)?bRd(?cRc/?c;?sRs/?s)Z1(1-?e)截面折减系数?c、?s活 载 影 响 修 正 折 减 系 数?q活载影响修正折减系数?q结构检算配筋混 凝土k砖 石混 凝土Sd(?s o?s lQ)Rd(R/?m,?j)Z1?cSd(?gG;?qQ)?bRd(?cRc/?c;?sRs/?s)Z2(1-?e)旧桥检算系数Z2承载能力鉴定不足以鉴定承载能力荷载试验编制报告结语结语桥梁现场荷载试验是一项复杂的、系统的工程，这就要求荷载试验组织者不仅要具有相当专业的技术知识，而且还需要一定的组织协调能力，统筹把握全局。荷载试验是一个技术活，需要桥梁检测工程师具有 严谨的科学态度、高度认真负责的事业心，做到对桥梁结构承载能力的准确与科学评定。Thanks
