一种桥梁现场静载试验评定方法技术

本发明专利技术涉及一种桥梁现场静载试验评定方法，其主要是一种通过现场静载试验来评定桥梁承载能力及适用性能的方法；包括如下步骤：(1)确定收集相关资料前期准备工作具体内容与方法；(2)根据收集来的资料，建立合理准确的桥梁结构有限元模型；(3)根据恒、活载下桥梁内力及应力计算分析结果，明确桥梁的理论受力安全性及活载受力特点；(4)结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面，完成静载试验方案设计；(5)桥梁现场静载试验并处理数据(6)研究设定试验评定指标对应的评定区间；(7)对桥梁结构性能做出合理全面评价。本发明专利技术评定方法与指标能够更有效并细化指示出桥梁的实际承载能力及适用性，提高评定结果的合理性与准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁现场静载试验评定方法
本专利技术涉及桥梁承载能力试验领域，尤其是涉及一种桥梁现场静载试验评定方法。
技术介绍
目前，各类交通线路上的病害桥梁数量庞大，桥梁检测评定任务日益繁重。目前既有桥梁管养现状堪忧，国内外运营中桥梁突然垮塌事故不断发生。2011年7月14日，福建武夷山公馆大桥北端一跨桥面突然断裂垮塌；2011年7月15日，钱江三桥引桥部分桥面突然塌落；2007年8月1日，美国明尼苏达州一座桥梁垮塌等等。运营中一旦发生垮塌事故会造成巨大的财产损伤，并可能导致人员伤亡及线路阻断，也会造成恶劣的社会影响。除极端的桥梁垮塌之外，运营中桥梁损伤导致使用功能不足甚至丧失使用功能而被迫维修、加固的情况则更为普遍，造成的经济损失巨大。到2010年底全国公路网中有各式桥梁30多万座，铁路桥8万余座，其中存在病害的桥梁约占总桥梁数量的10％～20％之间。桥梁的病害问题在国外同样严重存在，美国联邦公路局(FHWA)的统计数据表明，截止到2006年，美国桥梁建造总数为596808座，病害桥梁总数为153879座，约占25.8％。桥梁结构运营过程中的桥梁检测，由于桥梁数量巨大，传统检测方法手段日益难以胜任，新的科学全面高效便捷高效检测方法已是迫在眉睫。与此同时，地震后、洪水灾害、碰撞、火灾等灾后损伤桥梁的迅速、合理高效检测评定理论与方法，并为损伤的处治与加固提供依据资料同样十分迫切。目前，对于病害桥梁的检测评定主要依靠人工表观等检测及荷载试验评定，而其中静载试验评定则是最直观也最为有效的手段，也是目前最为常用的一种评定方法。然而在目前的静载试验评定中，仅考虑活载效应而没有恒载的影响，因此评定不全面且不够合理，在评定中仅依靠校验系数(实测值/计算值)这单一指标是否在“合理范围”内而给出单一的评判结论，具有显著的局限性。
技术实现思路
(一)专利技术目的为克服现有桥梁现场静载试验评定方法的不足，提出一种新的桥梁现场静载试验评定方法，根据计算分析及试验数据构建3种评价指标及其评判限值体系，克服现有评定方法中评定不尽合理、不全面且评定结论具有局限性的技术问题。克服目前现有桥梁静载试验不能合理评定桥梁承载能力及适用性能的技术问题。(二)技术方案一种桥梁现场静载试验评定方法，是一种通过现场静载试验来评定桥梁承载能力及适用性能的方法；其具体步骤如下：(1)确定收集相关资料前期准备工作具体内容与方法：a.相关资料收集：针对将要做荷载试验的桥梁，广泛收集相关资料，包括该桥的设计图纸、竣工图、施工记录、监理日志，竣工资料以及养护维修的既有资料；桥梁历次检测试验、加固维修的资料；b.桥梁现场考察：到桥梁现场考察桥梁结构表观状况、桥梁周围环境状况如交通、水文状况，获取桥梁表观技术状况及收集相关桥址环境条件的信息；在有必要的情况下还需要走访桥梁施工人员、周围居民及经常通行桥梁的司机，综合了解桥梁施工及使用情况；(2)根据收集来的资料，建立合理准确的桥梁结构有限元模型：根据所收集的设计图纸、竣工图及现场结构调研状况的资料，采用桥梁专业分析软件建立桥梁结构的有限元模型，所建立计算模型需尽可能与桥梁实际情况相符；建好模型后进行桥梁恒载、活载的计算分析，其中恒载计算需要考虑施工工况对成桥内力的影响；参照规范验算桥梁结构承载能力状况，并将其作为现场静载试验控制参考资料；并分析出桥梁结构在恒载、活载下桥梁结构构件的轴力、弯矩的内力分布，并进一步分析出受力构件上下缘应力的分布状况，相关计算分析结果存储备用；(3)根据活载下桥梁内力及应力计算分析结果，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面；特别要注意的是经计算发现承载能力显著不足且现场检测定位“五类”桥梁的不得进行静载试验；在具体的桥梁静载试验测试截面选择中，需要考虑到桥梁截面的局部构造，试验截面要尽量避开在桥轴向有倒角、梗腋以及类似变截面处，并距离变截面为20cm～50cm，以保证测点避开应力集中处；(4)在确定试验截面后，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验方案：在确定桥梁试验截面后，针对各个试验截面，采用在有限元模型上或提取相应截面影响线上加载的方法来设计试验荷载；加载的荷载采用标准车辆，并结合实际可供试验的车辆情况及加载需要来调整，各个试验截面的加载等效系数如式(1)所示：式中：St---静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；Sc---控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值；μ---按规范取用的冲击系数值；η为试验加载的效率系数，应介于0.80～1.05之间，对于新桥取高值，旧桥或病害严重桥梁取低值，对于某些特定桥型部分截面加载容易导致其他截面超载的，或考虑工况合并的情况，η取值不低于0.70；在确定好各试验截面的对应加载荷载工况后，对每一个试验工况下结构受力进行检算，检查试验工况下桥梁各截面的受力是否超出设计荷载效应，以确保桥梁结构其他截面或构件的受力安全，如发现存在其他截面或构件超载的情况应调整加载荷载大小及布置位置或间距，使得加载工况既满足加载等效的要求同时避免其他截面或构件超载；经检算无超载后整理完成静载试验方案，试验方案包含各工况的计算分析过程，静载加载布置图，测点布置图以及测试仪器设备的选择；(5)桥梁现场静载试验并处理数据：在完成试验方案后，进入桥梁现场，进行静载试验的各项准备工作，准备就绪后进行静载试验，静载试验在晚上气温稳定后，在21:00以后进行；静载试验进行预载、正式加载时需分级加载、先轻后重的工况顺序进行，每个工况需要重复一次；试验过程中应特别注意监控实测值并与理论计算值进行对比，以确保试验安全进行；(6)研究设定试验评定指标对应的评定区间：完成现场静载试验后，针对所有实测数据进行分析处理，得到各工况下各测试截面的应力值、挠度值的参数；在数据处理过程中要注意实测数据的回零情况分析，并剔除异常数据；根据实测数据研究设定试验评定指标对应的评定区间如下：①根据静载试验结果处理数据并结合计算分析结果，构建校验系数ξ＝St/Sc，即试验静荷载下结构实测应力或挠度结果St同对应试验荷载下理论计算应力或挠度的结果Sc的比值；校验系数ξ表征桥梁结构在设计活荷载下的实际受力与变形效应与理论状况下的差异情况，用以评定桥梁结构活载承载能力劣化程度；在校验系数ξ值的具体评定过程中，构建多区间的评判体系，根据校验系数ξ值评判区间划分为较小、合理、较大、过大、危险五个评判等级；②根据静载试验结果处理数据并结合计算分析结果，构建承载系数即试验静荷载下结构实测应力或挠度等换算为最不利值结果实测应力或挠度的本身即为最不利值则不需要换算，除以静载加载等效系数η换算为设计最不利活载下结构效应，再除以结构材料规定的结构标准应力或挠度的规范标准值或限值[S]扣除恒载效应Sg的结果，承载系数C表征桥梁结构扣除恒载效应后承受活荷载能力，用以评定桥梁结构承受活荷载安全性能；在承载系数C值的具体评定过程中，构建多区间的评判体系，根据承载系数C值评判区间划分为较小、合理、较大、过大、危险五个评判等级；③根据静载试验结果处理数据并结合计算分析结果，构建安全系数即试验静荷载下结构实测应力或挠度换算为最不利值结果除以静载加载等效系数η换算为设计最不利活载下结构效应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥梁现场静载试验评定方法，其主要是一种通过现场静载试验来评定桥梁承载能力及适用性能的方法；其具体步骤如下：(1)确定收集相关资料前期准备工作具体内容与方法：a.相关资料收集：针对将要做荷载试验的桥梁，广泛收集相关资料，主要包括该桥的设计图纸、竣工图、施工记录、监理日志，竣工资料以及养护维修的既有资料；桥梁历次检测试验、加固维修的资料；b.桥梁现场考察：到桥梁现场考察桥梁结构表观状况、桥梁周围环境状况如交通、水文状况，获取桥梁表观技术状况及收集相关桥址环境条件的信息；在有必要的情况下还需要走访桥梁桥梁施工人员、周围居民及经常通行桥梁的司机，综合了解桥梁施工及使用情况；(2)根据收集来的资料，建立合理准确的桥梁结构有限元模型：根据所收集的设计图纸、竣工图及现场结构调研状况的主要资料，采用桥梁专业分析软件建立桥梁结构的有限元模型，所建立计算模型需尽可能与桥梁实际情况相符；建好模型后进行桥梁恒载、活载的计算分析，其中恒载计算需要考虑施工工况对成桥内力的影响；参照规范验算桥梁结构承载能力状况，并将其作为现场静载试验控制参考资料；并分析出桥梁结构在恒载、活载下桥梁结构构件的轴力、弯矩等内力分布，并进一步分析出主要受力构件上下缘应力的分布状况，相关计算分析结果存储备用；(3)根据活载下桥梁内力及应力计算分析结果，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面；特别要注意的是经计算发现承载能力显著不足且现场检测定位“五类”桥梁的不得进行静载试验；在具体的桥梁静载试验测试截面选择中，需要考虑到桥梁截面的局部构造，试验截面要尽量避开在桥轴向有倒角、梗腋以及类似变截面处，并距离变截面为20cm～50cm，以保证测点避开应力集中处；(4)在确定试验截面后，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面：在确定试验截面后，针对各个试验截面，采用在有限元模型上或提取相应截面影响线上加载的方法来设计试验荷载；加载的荷载通常优先采用标准车辆，并结合实际可供试验的车辆情况及加载需要来调整，各个试验截面的加载等效系数如式(1)所示：η=StSc·(1+μ)---(1)]]>式中：St‑‑‑静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；Sc‑‑‑控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值；μ一按规范取用的冲击系数值；η为试验加载的效率系数，应介于0.80～1.05之间，对于新桥取高值，旧桥或病害严重桥梁取低值，对于某些特定桥型部分截面加载容易导致其他截面超载的，或考虑工况合并的情况，η取值不低于0.70；在确定好各试验截面的对应加载荷载工况后，对每一个试验工况下结构受力进行检算，检查试验工况下桥梁各截面的受力是否超出设计荷载效应，以确保桥梁结构其他截面或构件的受力安全，如发现存在其他截面或构件超载的情况应调整加载荷载大小及布置位置或间距，使得加载工况既满足加载等效的要求同时避免其他截面或构件超载；经检算无超载后整理完成静载试验方案，试验方案包含各工况的计算分析过程，静载加载布置图，测点布置图以及测试仪器设备的选择；(5)桥梁现场静载试验并处理数据：在完成试验方案后，进入桥梁现场，进行静载试验的各项准备工作，准备就绪后进行静载试验，静载试验一般在晚上气温稳定后，一般在21:00以后进行；静载试验进行预载、正式加载时需分级加载、先轻后重的工况顺序进行，每个工况一般需要重复一次；试验过程中应特别注意监控实测值并与理论计算值进行对比，以确保试验安全进行；(6)研究设定试验评定指标对应的评定区间：完成现场静载试验后，针对所有实测数据进行分析处理，得到各工况下各测试截面的应力值、挠度值的参数；在数据处理过程中要注意实测数据的回零情况分析，并剔除异常数据；根据实测数据研究设定试验评定指标对应的评定区间如下：①根据静载试验结果处理数据并结合计算分析结果，构建校验系数ξ＝St/Sc，即试验静荷载下结构实测应力或挠度结果St同对应试验荷载下理论计算应力或挠度的结果Sc的比值；校验系数ξ表征桥梁结构在设计活荷载下的实际受力与变形效应与理论状况下的差异情况，用以评定桥梁结构活载承载能力劣化程度；在校验系数ξ值的具体评定过程中，构建多区间的评判体系，根据校验系数ξ值评判区间划分为较小、合理、较大、过大、危险五个评判等级；②根据静载试验结果处理数据并结合计算分析结果，构建承载系数即试验静荷载下结构实测应力或挠度等换算为最不利值结果若实测应力或挠度的本身即为最不利值则不需要换算，除以静载加载等效系数η换算为设计最不利活载下结构效应，再除以结构材料规定的结构标准应力或挠度的规范标准值或限值[S]扣除恒载效应Sg的结果。承载系数C表征桥梁结构扣除恒载效应后承受活荷载能力，用以评定桥梁结构承受活荷载安全性能；在承载系数C值...

【技术特征摘要】
1.一种桥梁现场静载试验评定方法，是一种通过现场静载试验来评定桥梁承载能力及适用性能的方法；其具体步骤如下：(1)确定收集相关资料前期准备工作具体内容与方法：a.相关资料收集：针对将要做荷载试验的桥梁，广泛收集相关资料，包括该桥的设计图纸、竣工图、施工记录、监理日志，竣工资料以及养护维修的既有资料；桥梁历次检测试验、加固维修的资料；b.桥梁现场考察：到桥梁现场考察桥梁结构表观状况、桥梁周围环境状况如交通、水文状况，获取桥梁表观技术状况及收集相关桥址环境条件的信息；在有必要的情况下还需要走访桥梁施工人员、周围居民及经常通行桥梁的司机，综合了解桥梁施工及使用情况；(2)根据收集来的资料，建立合理准确的桥梁结构有限元模型：根据所收集的设计图纸、竣工图及现场结构调研状况的资料，采用桥梁专业分析软件建立桥梁结构的有限元模型，所建立计算模型需尽可能与桥梁实际情况相符；建好模型后进行桥梁恒载、活载的计算分析，其中恒载计算需要考虑施工工况对成桥内力的影响；参照规范验算桥梁结构承载能力状况，并将其作为现场静载试验控制参考资料；并分析出桥梁结构在恒载、活载下桥梁结构构件的轴力、弯矩的内力分布，并进一步分析出受力构件上下缘应力的分布状况，相关计算分析结果存储备用；(3)根据活载下桥梁内力及应力计算分析结果，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验截面；特别要注意的是经计算发现承载能力显著不足且现场检测定位“五类”桥梁的不得进行静载试验；在具体的桥梁静载试验测试截面选择中，需要考虑到桥梁截面的局部构造，试验截面要尽量避开在桥轴向有倒角、梗腋以及类似变截面处，并距离变截面为20cm～50cm，以保证测点避开应力集中处；(4)在确定试验截面后，结合桥梁传统的关键截面，确定桥梁试验方案：在确定桥梁试验截面后，针对各个试验截面，采用在有限元模型上或提取相应截面影响线上加载的方法来设计试验荷载；加载的荷载采用标准车辆，并结合实际可供试验的车辆情况及加载需要来调整，各个试验截面的加载等效系数如式(1)所示：式中：St---静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；Sc---控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值；μ---按规范取用的冲击系数值；η为试验加载的效率系数，应介于0.80～1.05之间，对于新桥取高值，旧桥或病害严重桥梁取低值，对于某些特定桥型部分截面加载容易导致其他截面超载的，或考虑工况合并的情况，η取值不低于0.70；在确定好各试验截面的对应加载荷载工况后，对每一个试验工况下结构受力进行检算，检查试验工况下桥梁各截面的受力是否超出设计荷载效应，以确保桥梁结构其他截面或构件的受力安全，如发现存在其他截面或构件超载的情况应调整加载荷载大小及布置位置或间距，使得加载工况既满足加载等效的要求同时避...

【专利技术属性】
技术研发人员：施洲，蒲黔辉，杨永清，夏招广，李晓斌，高玉峰，张婷，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51