桥梁工程检测及荷载试验.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,桥梁检查的一般程序,第一阶段：准备阶段。,其包括接受委托、收集资料、现场勘察以及编制桥梁检测方案四项内容。,桥梁检测方案一般包括：检测目的；,检测方法；检测内容；测量方法；,检测程序；检测进度；安全措施；,附录,(,如经费预算、仪器设备清单等,),。,1,桥梁检查的一般程序,第二阶段：外业检测阶段。,主要是设备安装和数据采集。,第三阶段：分析报告阶段。,即根据外业采集的数据，进行统计分析和计算，并编写桥梁检测报告。,桥梁分析报告一般包括：试验与检测概况试验目的；试验对象的简介及考察；实验方法及依据；试验情况及问题；试验成果处理及分析；技术结论；附录。,2,桥梁检查的一般程序,3,第三节 桥梁结构检测的主要内容,桥梁外观病害检查,桥梁结构材料检测,桥梁荷载试验,4,桥梁外观病害检查,目的：桥梁结构的外观损坏状况，打分,项目,类别,检测内容,桥梁外观病害检查,防护工程,翼墙耳墙、锥坡护坡,上部构造,桥台及基础、桥墩及基础、地基冲刷,下部构造,支座、上部主要承重构件、,上部一般承重构件,轨道,轨道平顺,、,轨距,、道渣、,轨枕,、扣件,、弹簧,附属工程,照明标志、排水设施、调治构造物,其他,5,桥梁结构材料检测,目的：深入了解桥梁结构材料的工作状态及潜在的不利影响，并预测发展趋势,项目,类别,检测内容,桥梁结构材料检测,混凝土,强度检测,混凝土回弹值、混凝土碳化深度、混凝土超声波声速、混凝土芯样抗压强度、混凝土抗拔出力,混凝土,损伤检测,混凝土裂缝、混凝土内部不密实性及空洞、混凝土厚度、混凝土表面损伤厚度,混凝土,内部钢筋检测,钢筋布筋、钢筋直径、钢筋保护层厚度、,钢筋锈蚀、,钢材强度检测,钢材表面硬度,钢材及焊缝,缺陷检测,钢材内部缺陷、焊缝质量,6,桥梁荷载试验,目的：施加设计荷载，判断桥梁结构的实际承载能力,项目,类别,检测内容,桥梁结构荷载试验,静载试验,按最不利荷载效应对桥梁结构施加静力荷载，测定结构的整体刚度、强度及抗裂性能,动载试验,动力特性,(,自振频率、阻尼系数、振型,),、动力系数,(,行车及刹车冲击系数,),7,第四节 桥梁结构检测的常用仪器及技术指标,桥梁检测常用仪器设备分类,测量仪器的主要性能指标,桥梁检测仪器的选择,8,桥梁检测常用仪器设备分类,常规质量检查常用仪器,项目,类别,检测内容,常规质量检查,外观质量检查,直尺、卷尺、游标卡尺等常用测量工具,桥梁监测点,变位检测,水准仪、经纬仪等,轨道平顺检测,轨道平顺检测,仪等,索力检测,索力仪等,9,桥梁检测常用仪器设备分类,材料性能及损伤情况检测的主要仪器,项目,类别,检测内容,材料性能及损伤情况,混凝土强度检测,回弹仪、非金属超声波检测仪、钻芯取样机、拉拔仪,混凝土缺陷检测,裂缝测宽仪、非金属超声波检测仪、冲击回波仪、红外热像仪、地质雷达,混凝土内部,钢筋情况检测,钢筋扫描仪、钢筋锈蚀仪,钢结构质量（含,轨道）,检测,钢材表面硬度计、金属超声波探伤仪、磁粉探伤仪、射线探伤仪,10,桥梁检测常用仪器设备分类,荷载试验的主要仪器,项目,类别,检测内容,荷载,试验,力值测量,荷载传感器、称重设备,整体变形测量,位移传感器、经纬仪、水准仪、,全站仪、桥梁挠度检测仪等,应力测量,电阻应变计、电阻应变仪,裂缝测量,裂缝测宽仪,振动测量,测振传感器、动态数据采集分析系统,11,量测仪器的主要性能指标,量程：仪器可测量的最大范围。,刻度值：仪器最小分度值。,精确度：仪器示值与被测值的符合程度。,灵敏度：仪器对被测物理量的反应。,分辨率：仪器测量被测物理量最小变化值,的能力。,12,量测仪器的主要性能指标,线性度：仪器校准曲线与理想拟合直线的接近程度,(%),。,实测值,(,校准值,),满量程,R,最大偏差,理想值,输入,输出,示值,t,理想值,实测值,稳定性：在被测值不变时，仪器在规定时间内保持示值与特性参数不变的能力。,13,量测仪器的主要性能指标,重复性：仪器多次测量同一被测值示值保持不变的能力。,频响特性：输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性,(,动测仪器,),。,示值,次数,理想值,实测值,L,H,-/4,-/2,-3/4,-,L,H,幅值比,频率,1,0.707,14,桥梁检测仪器的选择,根据检测目的及要求选择合适的检测手段及相应的检测仪器设备,测量仪器的精度和灵敏度合适,测量仪器的量程合适,动态测量仪器的频响特性要满足试验要求,安装使用方便，稳定性和重复性好；,最小刻度值,5%,最大预估被测量值,最大预估被测量值,10MPa,直径,100,高径比不小于,1,，数量,3,个,2.,取样部位：,非主要受力部位,，混凝土强度具有代表性，,避开主筋,，芯样内钢筋直径小于,10mm,。,3.,推定：,对于单个构件或单个构件的局部区域，可取芯样试件混凝土强度计算值中的最小值作为其代表值。,4.,修补,83,拔出,法,原理：,通过测定硬化混凝土中的锚固件的拔出力来推定混凝土的强度。,特点：介于非破损法与钻芯法之间。,2,1,3,4,84,拔出法,规范：,后装拔出法检测混凝土强度技术规程,CECS69,：,94,1.,测点：,3,个，浇注侧面,2.,计算：一元回归直线方程,当,F,max,115%,F,mid,或,F,min,85%,F,mid,时，需在最低点附近补测两点。,3.,推定：当,F,max,85%,F,mid,时，,取最小值当,F,max,115%,F,mid,或,F,min,85%,F,mid,时，,加测的,2,个拔出力值和最小拔出力值一起平均，再与前一次的拔出力中间值比较，取较小值作为该构件拔出力计算值。,85,各种强度检测方法的比较和综合应用,方 法,测试内容,优点,缺点,备注,非破损法,回弹法,测定混凝土表面硬度,测试方法简单、快速，测试费用低，对结构无损伤，对构件尺寸无要求。,要求混凝土内部无缺陷，相对与其它方法，测试精确度偏低。,在一定程度上能反映混凝土的匀质性。,超声回弹综合法,测定混凝土表面硬度及超声波在混凝土中的传播速度,测试方法也较为简单，对结构无损伤，测试精度较单一法高。,对测时试件尺寸受超声波穿透距离的限制。而角测和平测只能反映局部情况。,在一定程度上能较准确地反映混凝土的匀质性和内部缺陷。,半破损法,钻芯法,测定芯样的抗压强度,精确度最高。,仪器笨重，操作复杂，对结构的损伤程度较大，检测后需进行修补。,可以测定混凝土的劈裂强度和内部缺陷。,拔出法,测定混凝土中锚固件的拔出力,精确度较高，操作方法和过程较钻芯法简单。,对结构有一定的损伤，检测后需进行修补。,86,第二节桥梁损伤缺陷及损伤程度检测,常见混凝土缺陷类型,混凝土裂缝形态及宽度观测,超声法检测混凝土各种缺陷的位置及大小,冲击回波法检测混凝土缺陷,红外成像法检测混凝土缺陷,雷达法检测混凝土缺陷,混凝土内部钢筋位置、直径及保护层厚度的检测,钢筋锈蚀程度的检测,钢材及焊缝检测,87,常见混凝土缺陷类型,1,混凝土裂缝：受力因素或非受力因素,2,混凝土内部缺陷,蜂窝状不密实或空洞,预应力管灌浆,灌注不满,结合面,3,混凝土表面损伤：火灾、冻伤，表面疏松,4,混凝土内部钢筋损伤,位置、直径、保护层厚度、锈蚀,5,钢材及焊缝缺陷：强度、缺陷,88,混凝土裂缝形态及宽度观测,裂缝检测的目的：,钢筋混凝土结构开裂后，对于桥梁结构的承载能力和耐久性的影响非常大：,降低了混凝土的有效截面；,宽度大,水分及酸性物质,构件内部,破坏了碱性状态,碳化速度加快,钢筋锈蚀,钢筋的有效截面也大大降低,体积膨胀,沿,(,主要是主筋,),方向的纵向裂缝,钢筋锈蚀更迅速地发展,混凝土保护层脱漏、掉角及露筋,根据裂缝的形式、分布、宽度、深度等现象推断产生裂缝的原因。,89,混凝土裂缝形态及宽度观测,受力裂缝：,设计方面：构件承载能力不足；细部承载能力不足；细部构造不合理；设计计算和实际构件受力不符；结构物差异沉降产生裂缝；结构物的温度变形产生的裂缝。,使用方面：发生超载现象；地震、爆炸等冲击作用。,90,混凝土裂缝形态及宽度观测,非受力裂缝：,材料方面：水泥非正常凝结或膨胀；水泥水化热产生的温升；配合比不当或外加剂使用不当或用量过多；骨料中用碱性骨料；混凝土干缩。,施工方面：掺和料拌和不均匀；搅拌和运输时间过长；配合比改变或振捣不充分；浇注速度太快或建筑顺序不合适；硬化前受到振动和加荷；初期养护时急剧干燥或初期冻害；施工缝处理不当；混凝土终凝前钢筋被扰动；保护层厚度不足或水泥将过多；模板漏浆、漏水、模板变形或过早拆模；预应力张拉时张拉力过大。,91,混凝土裂缝形态及宽度观测,非受力裂缝：,基础方面：地基不均匀沉降。,环境和使用方面：环境温湿度发生急剧变化；干湿循环作用；冻融循环；环境侵蚀使混凝土或钢筋腐蚀；撞击、磨损、冲蚀等作用；高温作用；钢筋锈蚀体积膨胀使混凝土保护层脱落开裂；灾害损伤等。,92,混凝土裂缝形态及宽度观测,受力,裂缝类型及产生的原因与裂缝形态的关系,受弯裂缝：形态特征为从受拉边缘开始，正弯段呈垂直,U,形，即下宽上窄，负弯段呈倒,U,形，即上宽下窄，一般出现在受弯最大处，且与梁近似垂直，其裂缝宽度及延伸高度与梁的配筋情况有关，一般来说，少筋梁通常只有一条裂缝，裂缝宽度较大，延伸较高；适筋梁裂缝数量较多，裂缝宽度较小，一般延伸至梁高的,0.60.8,处；超筋梁裂缝数量很多，裂缝宽度不大，延伸高度较小，裂缝密集。,剪拉裂缝：斜向裂缝，与弯起钢筋垂直，其裂缝宽度两端略小，中部较大。,93,混凝土裂缝形态及宽度观测,受力裂缝类型及产生的原因与裂缝形态的关系,剪压裂缝：一般位于集中荷载处，裂缝宽度为上宽下窄，混凝土呈柱状开裂。,受压裂缝：一般呈竖向，裂缝宽度上宽下窄，压力最大处有压碎迹象。,轴拉裂缝：的形态特征为沿截面四周出现贯通裂缝，宽度及间距均匀。,94,破坏形态,破坏形态,裂缝总体特征,条数,区域,位置,方向,裂缝特点,弯曲,裂缝,少筋破坏,一条,中部,梁中部,近似垂直,裂缝宽度较大，延伸较高。,适筋破坏,多条,中部,梁中部,近似垂直,裂缝宽度较小，延伸可达,0.60.8,梁高。,超筋破坏,很多,中部,梁中部,近似垂直,裂缝宽度不大，延伸高度较低，裂缝密集。,剪切,裂缝,斜拉破坏,一至数条,两端,梁腹部,斜向,有一条主要裂缝，一经出现，便很快向上延伸到梁顶面,(,集中荷载作用处,),，使梁斜向劈裂为两部分。,剪压破坏,多条,两端,梁腹部,斜向,由一条弯剪,(,或剪弯,),裂缝随荷载增大而发展成主要斜裂缝,(,临界斜裂缝,),，但裂缝延伸不到顶。,斜压破坏,很多,两端,梁腹部,斜向,裂缝因集中荷载距支座较近而发生；形态密集而近似平行，使梁腹被斜裂缝分割成受压短柱，沿斜向受压破坏。,撕裂,裂缝,黏结破坏,一至两条,支座,受拉纵向筋处,水平,出现于纵向筋与斜裂缝相交处或纵向筋位置，因纵向筋受力过大而与混凝土之间发生粘结破坏。,95,混凝土裂缝形态及宽度观测,非,受力裂缝类型及产生的原因与裂缝形态的关系,塑性收缩裂缝：,在在养护过程中没有及时补充足够的水分，特别是浇注底面不易进行养护，容易产生网状裂缝。,温度收缩裂缝：,当混凝土结构使用环境的温差过大,(,上、下表面温度或内、外部温度相差超过,25),，混凝土表面产生温度裂缝，其形态为上宽下窄，一般为贯通性裂缝。桥面通常出现该类裂缝。,混凝土收缩裂缝：,混凝土结硬过程中，混凝土产生体积收缩，内部出现拉力，产生收缩裂缝，裂缝形态特征为枣核形。产生的主要原因为混凝土的水灰比过大，水泥用量过多，加之养护条件差所致，特别是在冬季。,混凝土收缩裂缝,96,混凝土裂缝形态及宽度观测,非,受力裂缝类型及产生的原因与裂缝形态的关系,混凝土降温收缩裂缝：,突然降温,(,白天暴晒、晚上暴雨,),，沿构件长度均匀分布，裂缝宽度较均匀，一般为贯通性裂缝。,预应力结构的非受力裂缝：,预应力结构的非受力裂缝主要包括预应力反供裂缝、大型面板放张端肋裂缝等。,地基不均匀沉降变形裂缝：,受拉,受拉,97,混凝土裂缝形态及宽度观测,裂缝位置、延伸长度及走向的检查,裂缝位置及走向检查的主要内容就是绘制裂缝展开图，通过裂缝展开图上的裂缝分布情况及裂缝的发展情况，可以基本分析出裂缝的类型及产生的原因。检查裂缝位置、延伸长度及走向的工具主要为钢卷尺或钢直尺等。,无侵蚀介质，无防渗要求，允许最大裂缝宽度为,0.3mm,；,轻微侵蚀，无防渗要求，允许最大裂缝宽度为,0.2mm,；,严重侵蚀，有防渗要求，允许最大裂缝宽度为,0.1mm,；,裂缝宽度的检查,98,混凝土裂缝形态及宽度观测,裂缝宽度的评定,结构类别,裂缝部位,允许最大宽度（,mm,）,其它要求,钢筋混凝土梁,主筋附近竖向,0.25,腹板斜向,0.30,组合梁组合面,0.50,不允许贯通,横梁与梁端,0.30,支座垫石,0.50,预应力混凝土梁,梁体竖向,不允许,梁体纵向,0.20,砖石混凝土拱,拱圈横向,0.30,高度小于,1/2,截面,拱圈纵向,0.50,长度小于,L/8,跨,拱波与拱圈结合部,0.20,99,超声法检测混凝土各种缺陷的位置及大小,原理,混凝土缺陷的超声法检测的基本依据是利用超声脉冲波在技术条件相同,(,指混凝土原材料、配合比、龄期和测试距离一致,),的混凝土中传播的时间,(,或速度,),、接收波的波幅和频率等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷。,100,超声法检测混凝土各种缺陷的位置及大小,常见混凝土缺陷类型,101,S19-S20(4-6),跨，离,S19,4,约,6m,处，距外环侧底板边缘,20m,处，混凝土不密实、空洞、钢筋锈蚀严重情况,102,S2-S4(4-5),跨，离,S4,4,约,3m,处，外环侧底板边缘混凝土不密实、空洞情况,103,超声法检测混凝土各种缺陷的位置及大小,规范,超声法检测混凝土缺陷技术规程,CECS21:2000,。,104,混凝土表面裂缝深度的检查,浅裂缝：,500mm,的表面裂缝,平测法,h,c,不跨裂缝波形,t,i,跨裂缝波形,t,i,0,T,R,T,R,l(mm),l,1,t,4,l,4,t(,s),l,2,t,3,t,2,t,1,l,3,l,2,l,1,105,混凝土表面裂缝深度的检查,浅裂缝：,500mm,的表面裂缝,钻孔法,波幅,d,c,孔深,L,L,A,B,C,L,A,C,D,B,107,混凝土内部缺陷的检测,测试方法：,由于混凝土内部的隐蔽缺陷情况不是直观的，一般要根据现场施工记录和外观质量,(,如是否有蜂窝、麻面等,),情况，或者在结构的使用过程中出现了质量问题而怀疑混凝土内部可能存在的缺陷，其位置只是大致的，因此这类缺陷的测试区域，一般总要大于所怀疑的范围，或者首先作大范围的粗测，根据粗测情况再着重对可疑区域进行细测。,108,混凝土内部缺陷的检测,对测法,T,R,浇筑结合面检测图,T,R,平面图,立面图,T,R,混凝土内部空洞检测,T,3,钢管混凝土缺陷检测,R,4,R,3,R,2,R,1,T,1,T,2,T,4,109,混凝土内部缺陷的检测,斜测法,混凝土内部空洞斜测法示意图,T,R,混凝土结合面质量斜测法示意图,T,R,110,混凝土内部缺陷的检测,钻孔法,R,R,T,T,R,R,T,111,埋管法,1,2,1,3,2,1,3,2,4,D800mm,800mm,D2000mm,D,2000mm,北,T,T,R,R,R,T,R,T,R,R,R,T,(a),对测,(b),斜测,(c),交叉斜测,(d),扇形扫测,混凝土内部缺陷的检测,112,113,114,115,内部缺陷的判定方法,概率法,数据排序、确定可疑点、比较,确定异常点,116,内部缺陷的判定方法,声速低限值法,概率法的局限性：漏判、错判,当声速小于预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果并结合本地区实际经验确定的声速低限值时，可判为异常点,117,内部缺陷的判定方法,PSD,判据法,斜率法,缺陷边缘处,t,c,=f(z),不可导,t,c,(,s),z(m),118,内部缺陷的判定方法,波幅判据,波幅异常的临界值为同一检测区域各测点波幅平均值的一半，波幅可判定为异常。,主频判据,声波接收信号主频漂移越低，该测点的混凝土质量就越差。,(6)实测声波波形,记录正常波形及通过损伤区域混凝土的波形。,119,缺陷性质及大小的判定,夹层式缺陷,声速、波幅和频率均大幅下降，波形严重畸变，有时可能甚至无法采集到首波,T,夹层,R,120,缺陷性质及大小的判定,空洞情况,波速下降较大，波幅有一定程度的下降，但频率和波形变化不大。,l,t,h,2r,l,h,T,R,m,ta,121,缺陷性质及大小的判定,内部有蜂窝状不密实区的情况,绕过和穿透两种情况,。,l,2r,T,R,122,混凝土表面损伤检测,检测原理,b,2,h,f,b,1,l,1,A,B,1,l,2,B,2,l,3,B,3,l,4,B,4,l,5,B,5,l,6,B,6,t,1,t,2,l,0,t,3,t,4,t,5,t(,s),l,6,l,4,l,3,l,2,l,1,l(mm),l,5,t,6,a,2,a,1,123,6-3,混凝土缺陷的超声波检测,二、低应变反射波法检测桩基完整性,桩顶信号,桩底反射,基桩,t,A,缺陷反射,缺陷,2L/c,L,L,2L/c,(b),有缺陷桩的波形,桩顶信号,桩底反射,基桩,t,A,2L/c,L,(a),无缺陷桩的波形,124,125,126,127,冲击回波法检测混凝土缺陷,检测原理,缺陷区,信号放大,采样,频谱分析,时域信号,频域信号,冲击,接受,128,冲击回波法检测混凝土缺陷,数据分析,频率,(kHz),频率,(kHz),(a),合格板厚,(b),内部存在明显缺陷的板,129,红外成像法检测混凝土缺陷,基本原理,红外无损检测是测量通过物体的热量和热流来鉴定该物体质量的一种方法。当物体内部存在裂缝和缺陷时它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布产生差别。利用红外成像的检测仪测量它的不同辐射，可以检查混凝土的缺陷，进而监测其发展变化特征。,130,红外成像法检测混凝土缺陷,特点,适用于非接触、广视域的大面积无损检测,应用,(1),结构因火灾、冻融、侵蚀出现的缺陷评价,(2)裂缝检测,(3)渗漏水检测,131,132,雷达法检测混凝土缺陷,原理,雷达法检测技术是以电磁波作为传递信息的，而电磁波在介质中的传播速度、折射、反射等参数都与介质的电磁特性,(,相对介电常数、磁导率等,),有关，当介质中有异物如气孔、夹杂、裂隙等存在时，均会使电磁波传播速度、方向、能量等受到影响，产生反射、散射、衰减等，从而在电磁波接受信号上反应出来。这就是电磁波检测的依据。,依据：材料的导电性越强，介电常数越大,相对介电常数越小，则电磁波越容易穿透。,133,雷达法检测混凝土缺陷,原理,发射器,接收器,天线,移动,混凝土表面,孔洞,主机,混凝土,D,钢筋,134,雷达法检测混凝土缺陷,图片,135,雷达法检测混凝土缺陷,波形,空洞,波形的强弱对应的色条,零基线,缺陷区域处的一条波形,缺陷处波形产生反射,探测深度坐标,天线行程坐标,136,雷达法检测混凝土缺陷,波形,137,超声法,超声波传输时间、波形,平测,表面浅裂缝、表面损伤,一个测试面,对测,内部缺陷,两对测试面,斜测,裂缝 内部缺陷,一对测试面,钻孔,大体积混凝土内部裂缝,内部缺陷,一对测试面,冲击回波法,冲击波在混凝土底面及缺陷部位产生反射,内部裂缝、空洞,一个测试面,测试深度较小,地质雷达法,不同介质的导电性能不同使电磁波产生反射,内部空洞、钢筋、构件厚度、路面铺装质量、渗水、管道,一个测试面,测试深度大,(78,米,),红外成像法,不连续缺陷辐射的热能不同,内部裂缝、空洞,一个测试面,测试深度较小,各种混凝土缺陷检测方法的比较,138,混凝土内部钢筋位置、直径及保护层厚度的检测,原理,混凝土是带弱磁性的材料，而结构内配置的钢筋是带有强磁性的材料。当混凝土没有钢筋时，其中的磁场是均匀分布的，配置钢筋后，就会使磁力线集中于沿钢筋的方向。,利用电磁感应原理测定钢筋混凝土内的磁场分布情况，确定钢筋位置及尺寸。,混凝土,弱磁场 钢筋,强磁场,139,混凝土内部钢筋位置、直径及保护层厚度的检测,原理,1.,试件；,2.,探头；,3.,平衡电源；,4.,可变电阻；,5.,平衡整流器；,6.,电解电容；,7.,分档电阻；,8.,电流表；,9.,整流器,6,8,7,9,2,1,5,4,3,36V,-50V,A,B,140,混凝土内部钢筋位置、直径及保护层厚度的检测,实测,141,混凝土内部钢筋位置、直径及保护层厚度的检测,实测,钢筋距探头越近，钢筋直径越粗，磁感应强度越大，相位差也越大。,测试试件要求：配筋稀疏，保护层较薄，钢筋布置在同一平面或在不同平面内距离较大。,142,钢筋锈蚀程度的检测,原理,混凝土,碱性材料,钢筋不锈蚀,混凝土开裂、碳化,钢筋锈蚀,钢筋锈蚀,电化学过程,腐蚀电流,电位变化,钢筋锈蚀,钢筋有效截面积减小，混凝土剥落,mv,+,-,钢筋,硫酸铜饱和溶液,铜极电棒,多孔接头,毫伏表,143,144,钢筋锈蚀程度的检测,实测,145,钢筋锈蚀程度的检测,判定标准,电位水平,(mV),钢筋状态,-200,不发生锈蚀的概率,90%,-200-350,锈蚀性状不确定,-350,发生锈蚀的概率,90%,混凝土中钢筋检测技术规程,JGJ/T152-2008,146,钢材及焊缝检测,钢材强度,表面硬度法间接推断钢材强度。,布氏硬度计,用一定力将硬度计端部的钢珠压在待测钢材表面和已知硬度标准试样上，产生不同的凹痕直径。,147,钢材及焊缝检测,钢材及焊缝缺陷,超声脉冲反射法,超声波经脉冲换能器,(,也称探头,),发射后进入被测材料中传播，当通过材料不同介面,(,构件材料表面、内部缺陷和构件低面,),时，会产生部分反射。,发射波,缺陷反射波,底面反射波,直探头,缺陷,发射波,底面反射波,148,钢材及焊缝检测,钢材及焊缝缺陷,l,h,探头,试件,缺陷,l,L,标准试块,超声脉冲反射法,149,钢材及焊缝检测,钢材及焊缝缺陷,磁粉探伤,材料均匀,磁力线一致,裂纹、空洞和非磁性夹杂物,磁力线便产生偏转,磁粉撒向试件表面,磁力线即被局部磁场吸住,射线,探伤,(,X射线和射线,),物质吸收射线的程度，因物质本身的密实程度而异,密实,吸收强,衰减大,缺陷,不密实,透过试件的射线较强,150,第四章桥梁荷载试验及工作性能评定,第一节桥梁静载试验,第二节桥梁动载试验,151,桥梁静载试验,桥梁现状及历史资料的调查,加载方案与实施,检查架与仪表架的搭设,桥梁试验孔,(,墩、台,),的选择,桥梁静载试验工作状况评定,观测项目的确定,152,桥梁现状及历史资料的调查,桥梁的主要技术资料,桥梁现状的细部检查,材质及地基的检验,153,桥梁试验孔,(,墩、台,),的选择,选择一跨或几跨进行荷载试验,受力最不利、结构技术状况较差，或病害多而严重,便于搭设脚手架和设置测点以及加荷方便的桥孔,154,检查架与仪表架的搭设,方便观测仪表和裂缝,经济、方便、安全为原则,检查架与仪表架应完全脱离,155,加载方案与实施,加载试验项目的确定,桥梁形式,加载试验项目,简支梁桥,跨中、,L/4,截面正弯矩及挠度,连续梁桥,跨中最大正弯矩、支点最大负弯矩,悬臂梁桥,支点最大负弯矩、悬臂端最大挠度,锚跨跨中最大正弯矩,无铰拱桥,拱顶最大负弯矩、拱脚最大负弯矩,刚架桥,跨中最大正弯矩及挠度,结点截面最大负弯矩,斜拉桥与,悬索桥,主梁最大挠度、主梁控制截面最大内力,索塔塔顶水平变位,主缆、斜拉索最大拉力,156,D-D,G-G,157,对称加载,偏载,158,加载方案与实施,试验荷载的确定与布置,控制荷载的确定,标准汽车,挂车或履带车,需通行的超重车辆,静载试验效率系数,等效荷载,(0.81.05),人群荷载,等效荷载作用下控制断面内力计算值,评定荷载作用下控制断面内力计算值,动力系数,159,加载方案与实施,加载设备的选择,汽车、重物,试验荷载分级与加载方式,分级加载：方便时,45,级，困难时,23,级,加载时间选择与静力荷载持续时间,气温变化不大、外界天气条件较好,(,晚上,),持续时间：结构最大变位达到相对稳定,常用荷载等级：,60%,、,80%,、,90%,、,100%,160,161,观测项目的确定,结构的最大挠度、支座沉降、梁端转角、梁端纵向位移、墩顶横向和纵向位移、结构最大拉、压应力和中和轴位置、支座附近截面的主拉应力、活动支座的变化以及裂缝的出现和扩展状况。,截面应力,挠度,下沉,水平位移,简支梁桥,跨中、四分点、支点,跨中、四分点,支点,连续梁桥,跨中、四分点、支点,跨中、四分点,支点,悬臂梁桥,支点、牛腿,梁端、牛腿、跨中,梁端、支点,无铰拱桥,跨中、四分点、柱脚,跨中、四,(,八,),分点,墩台,墩台,刚架桥,跨中、结点、柱脚,跨中、结点,柱脚,斜拉桥与悬索桥,跨中、主缆、斜拉索,跨中、四分点,塔顶,塔顶,162,桥面板,测试截面,应变片,163,164,165,166,167,168,观测项目的确定,主要测点的布设,测点的布设不宜过多，但要保证观测质量。有条件时，同一测点可用不同的测试方法进行校对，一般情况下，对主要测点的布设应能控制结构的最大应力,(,应变,),和最大挠度,(,或位移,),。,169,桥梁动载试验,目的,桥梁结构动力特性的测定,桥梁动力系数测定,170,桥梁动载试验,目的,实测桥梁的自振频率决定桥梁的总体刚度和整体性。,实测阻尼大小直接影响桥梁动态响应大小，并可判断桥梁结构开裂状态。,实测桥梁模态振型决定桥梁振动形态，与结构动力计算分析结果进行比较，确定结构是否受到损伤。,桥梁振动的振幅表示桥梁振动的剧烈度，影响行车舒适和安全。,动载试验的实测冲击系数须小于设计规范采用值，否则应提高桥面平整度或对行车限速。,171,桥梁结构动力特性的测定,原理,进行结构动力特性测试时，采用一定的激振方法，使结构按照其固有频率进行振动，安装在结构各测点上的测振传感器可以感受到结构的振动，而与测振传感器连接的动态数据采集分析则记录下结构的振动曲线，并通过分析软件的计算分析即可得到结构的动力特性参数,(,自振频率、阻尼、振型,),。,自由振动时域波形示意图,m,实测结构脉动曲线,172,173,174,桥梁结构动力特性的测定,自振频率计算分析,T,nT,175,桥梁结构动力特性的测定,阻尼比计算分析,T,T,T,T,A,n,A,n+k,176,桥梁结构动力特性的测定,振型计算分析,177,桥梁结构动力特性的测定,计算分析,178,桥梁结构动力特性的测定,脉动法计算分析,a,A,b,A,max,A,max,179,桥梁动力系数测定,定义,桥梁结构动力系数即移动荷载在桥梁上引起的动力增大效应,挠度动力系数 应力动力系数,180,桥梁动力系数测定,试验方法,有轨动荷载,f,动,f,静,以各种速度通过结构物,以慢速通过结构物,181,桥梁动力系数测定,试验方法,无轨动荷载,f,动,f,静,有障碍行车冲击系数,182,183,184,铁路桥梁检定评定参考标准,1,中国铁路桥梁检定规范（,2004,）,铁路桥梁刚度的参考限值表。,1.1,当列车静活载（换算至中,活载）作用时，实测桥梁跨中竖向挠跨比通常值见表,1.1,。,表,1.1,竖向挠跨比通常值,梁别,结构类型,竖向挠跨比,钢梁,板梁,普通桥梁钢,1/1200,低合金钢,1/950,桁梁,普通桥梁钢,1/1500,低合金钢,1/1250,钢筋混凝土梁,普通高度（,h/L=1/71/9,）,1/4000,低高度（,h/L=1/131/15,）,1/1900,型钢混凝土梁,1/1250,预应力混凝土梁,普通高度（,h/L=1/111/13,）,1/1800,低高度（,h/L=1/141/16,）,1/1300,注：,h,为梁高；,L,为跨度。,185,1.2,采用橡胶支座的中小跨度钢筋混凝土或预应力混凝土桥梁，列车通过时，支座横向位移不应超过,2mm,。,1.3,桥跨结构横向刚度的检验标准。,(1),列车通过时，各类简支桥跨结构在荷载平面处跨中横向振幅行车安全限值,A,max,5%,见表,1.3-1,。,类别,结构类型,跨中横向振幅行车安全限值,A,max,5%,钢梁,无桥面系的板梁或桁梁,L/5500,有桥面系,板梁,L/6000,桁梁,（,L40m,）,L/6500,（,40m,L96m,L/,（,75L+3500,）,钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁,L/9000,注：,L,为跨度（,m,）。,表,1.3-1,桥跨结构横向振幅行车安全限值,Amax5%,186,(2),当列车通过时，桥跨结构在荷载平面的横向振动加速度,amax,不应超过,1.4m/s,2,。,(3),客货列车正常运行时，各类简支桥跨结构在荷载平面处跨中最大横向振幅和最低横向自振频率的通常值见表,1.3-2,。,1.3-2,桥跨结构横向刚度的通常值,类别,结构类型,货列重车实测跨中横向最大振幅通常值,v80km/h,(A,max,),5%,(mm),客车实测跨中横向最大振幅通常值,（,A,max,）,5%,(mm),实测横向最低自振频率通常值,f(Hz),v120km/h,120,v160km/h,*160,v200km/h,有缝线路,无缝线路,钢梁,无桥面系的板梁、桁染,普通桥梁钢,L/3.8B,L/9.9B,L/11.4B,L/9.4B,L/8.0B,100/L,低合金钢,L/3.2B,L/8.3B,L/9.6B,L/7.9B,L/6.7B,90/L,有桥面系的板梁、桁梁,普通桥梁钢,L/2.6B,L/6.8B,L/7.8B,L/6.4B,L/5.4B,100/L,低合金钢,L/2.2B,L/5.7B,L/6.6B,L/5.4B,L/4.6B,90/L,预应力混凝土梁,L/7.0B,L/18.2B,L/20.9B,L/17.2B,L/14.7B,90/L,注：,L,为跨度,(m),；,B,：钢梁为主梁中心距,(m),，预应力混凝土梁为支座中心距（,m,）。,187,1.4,为了保证空载货车（或混编货车）通过时车轮抗脱轨的安全度，适应不同车速条件的桥跨结构横向自振频率,f,不宜小于表,1.4,所列的值。,表,1.4,适应不同车速条件的桥跨结构横向自振频率,f,值,类别,结构类型,桥跨结构横向自振频率,f(Hz),v60km/h,v70km/h,v80km/h,钢梁,无桥面系的板梁,50/L,0.8,55/L,0.8,60/L,0.8,有桥面系,板梁,45/L,0.8,52/L,0.8,55/L,0.8,桁梁,上承,H/L=1/6,70/L,0.8,75/L,0.8,80/L,0.8,H/L=1/8,65/L,0.8,70/L,0.8,75/L,0.8,半穿,48/L,0.8,55/L,0.8,60/L,0.8,穿式,50/L,0.8,60/L,0.8,65/L,0.8,预应力混凝土梁,40/L,0.8,50/L,0.8,55/L,0.8,注：,L,为跨度（,m,）；,H,为桁梁高（,m,）。,188,1.5,铁路桥梁墩顶横向振幅及桥墩横向自振频率通常值见表,1.5-1,。,表,1.5-1,墩顶横向振幅及桥墩横向自振频率通常值,墩身构成,墩身尺寸特征,基础与地基土,墩顶横向振幅（,A,max,）,5%,(mm),横向自振频率,f(Hz),基础类型,地基土,v60km/h,v,60km/h,混凝土或石砌墩身,低墩：,H1/B,2.5,扩大基础,岩石,H/30,H/25+0.1,-,沉井基础,桩基础,H/30+0.2,H/25+0.4,扩大基础,黏土或砂、砾,中高墩：,H1/B2.5,扩大基础,岩石,H,2,1,/100B+0.2,沉井基础,桩基础,(H+h),2,/100B+0.2,扩大基础,黏土或砂、砾,a,2,(H,2,1,/100B+0.2),注：,H,为墩全高（自基底或桩承台底至墩顶）（,m,）；,H1,为墩高（自基顶或桩承台顶至墩顶）（,m,）；,B,为墩身横向平均宽度（,m,）。,189,1.6,各类桥梁结构当按平面理论分析、桥道纵梁按简支计算时，其结构校验系数通常值一般符合表,1.6,的规定。当不符合时，应分析其原因。,由车辆活载或中,活载引起的跨中竖向挠度理论计算值可按附录,U,推荐的公式或按相应的结构力学计算得出。,表,1.6,结构校验系数通常值,梁 别,项 目,结构校验系数,上承板梁,上翼缘应力,0.750.85,下翼缘应力,0.850.95,挠度,0.750.85,下承板梁,主梁上翼缘应力,0.900.95,主梁下翼缘应力,0.750.80,纵梁下翼缘应力,0.800.85,横梁下翼缘应力,0.900.95,挠度,0.700.80,上承桁梁,上弦应力,0.750.85,下弦应力,0.850.95,腹杆应力,0.900.95,纵梁下翼缘应力,0.800.85,横梁下翼缘应力,0.900.95,挠度,0.750.85,190,下承桁梁,上弦应力,0.900.95,下弦应力,0.700.80,除吊杆外腹杆应力,0.900.95,吊杆应力,0.951.00,纵梁下翼缘应力,0.800.85,横梁下翼缘应力,0.900.95,挠度,0.700.80,钢筋混凝土梁,钢筋应力,0.550.65,混凝土上翼缘应力,0.450.55,挠度,0.550.65,预应力混凝土梁,钢丝应力,0.901.00,混凝土翼缘应力,0.901.00,挠度,0.700.80,191,2,中国铁路桥涵设计规范（,TBJ2-96,）,第四章钢结构中提出：,“,在一般情况下，主桁（主梁）的中心距不宜小于跨度的,1/20,，使具有必要的横向刚度。,”,3,前苏联,（,1,）公路、铁路、城市道路桥涵设计规范,CHUII2.05.03-842,在第一章总则，,“,结构的变形、位移和纵断面线形,”,节中，提出：铁路桥中钢及结合梁简支上部结构的横向计算自振周期不应大于,0.01l,，并不超过,1.5,秒。,（,2,）对於,“,旅客列车车速,160km/h,，货车车速,100km/h,”,铁路线上桥梁设计和养护的建议（附录,3,）中，,1.3,节关于,“,容许变形,”,中提到：在高速铁路上，应当采用足够刚性的结构，当桥跨结构有比较大的挠度时，将增加竖向及横向不平顺，使车厢在桥上的振动加大。,横向振动是由于车厢的随机冲击作用及风荷载所引起，桥跨结构的容许横向挠度建议取,l/5000,。,竖向挠度限制值（前苏联）：,fnl/,（,800-1.25l,）,l/600,192,日本,（,1,）日本铁路结构设计标准（,1992,）,第,7,章使用极限状态检算中，关于桥梁结构横向刚度检算中提出：,“,通常，结构在水平方向是有足够的刚度，所以本标准对水平方向的挠度限制值未作特别规定。如认为水平方向刚度较小时，一般可按不超过垂直方向挠度限制值的,1/2,进行设计,”,。,为了表示具体数值，因此在附录取中将日本铁路结构设计标准中有关于竖向挠度限制列出。当车速在,130km/h,至,160km/h,间时，多孔桥梁的竖向挠度限值为：,（,2,）日本国铁研究所 对于列车在线路上脱轨的临界情况进行了一系列研究。通过模型试验，认为当列车的水平加速度达到,0.1g0.2g,时，容易脱轨。根据近似的简化的推导，提出桥梁跨中横向振幅,Amax,应小于下式：,式中,V,车速（,km/h,）,L,桥梁跨度,m f,桥梁横向自振频率（,Hz,）,Amax,跨中横向最大振幅（,mm,）,20,L,50,L50,0,L20,20,L,50,L50,0,L20,相应的横向挠度限值为：,193,下表中表示代入相应车速,v,及,f,时，上式的表达型式：,日本国铁研究所限值公式,车种,车速（,km/h,）,桥梁横向自振频率,f(Hz),A,max,(mm),货车,80,110/l,A,max,0.00203l,2,