桥梁静载试验数据分析与结构性能评定

试验数据的分析

静载试验数据的分析是对试验数据进一步处理与分析,在理论上探求其内在规律,使原始数据系统化、条理化、图表化的过程。现场原始数据、原始记录、文字和图形等资料是结构性能评价的重要依据。原始数据是桥梁结构工作性能的客观反映,但这些资料庞杂、不直观和缺乏条理性,同时还存在难以避免的误差,不能直接用于结构性能的评定。在数据处理分析过程中,应充分利用原始数据中的有效信息,保持原始数据的严肃性和完整性。对某些可以确认和量化的系统误差,可进行有依据的修正。

1）数据修正

①测值修正：是根据各类仪表的参数进行测试结果偏差修正的工作,这类偏差多属系统误差。如根据应变片的灵敏系数、测试回路的线缆电阻,对应变测试结果进行修正。

②支点沉降影响的修正：当支点沉降较大，特别是在临时墩台上进行构件试验时,应对挠量值进行插值修正。当支点有沉降发生时,支点沉降修正量可按下式计算。

③温度影响修正:温度变化对测试结果的影响比较复杂,一般不宜进行该项修正。如能通过特定的技术手段对温度变化及温度影响进行准确量化,则也可对测试结果进行有依据的进行修正。

被测构件表面温度与内部温度的差异、贴片位置与非贴片位置的温差、局部贴片与整体贴片间的温差、贴片与补偿片间的温差等，构成了温度影响的复杂性。通常采取缩短加载时间，选择温度变化较稳定的时间段进行试验等办法，尽量减小温度对测试精度的影响。必要时，可利用加载试验前进行的温度稳定性观测数据,建立温度变化和测点测值变化的关系曲线进行温度修正。

温度对测试结果的影响修正可按下式进行计算：

2）测点应变、变位计算

根据结构性能评定的需要,静载试验测试参数应进行总变位(应变)、弹性变位(应变)和残余变位(应变)的计算:

3）应力的计算

对于梁式构件或杆式构件采用单轴应变计或应变片的数据可利用胡克定律由实测应变和材料的弹性模量来计算应力；对于应力比较复杂受力区域采用应变花测试的数据可利用相关计算公式计算主拉应力、剪力等参数。

4）横向分配系数计算

对于装配式桥梁，通过测定各构件控制截面的挠度值，可计算任一构件的荷载横向分配系数。

静载试验曲线的绘制

对于静载试验数据分析时，需要绘制试验曲线以直观形象的表征结构在加载工作过程中结构的工作性能。对于桥梁静载试验在试验数据分析时，通常绘制的试验曲线如下所述。

1）荷载-变形曲线。

根据各种变形如挠度、转角,应变实测结果,绘制控制测点的荷载(内力)-变形曲线,以表示荷载(内力)与变形之间的关系。荷载-变形关系能反映结构的基本状态和工作性质,说明结构处于的工作阶段,有时还能反映混凝土开裂等局部信息。

2）结构位置-实测变形曲线。根据实测结果绘制结构纵向和横向变形曲线,反映桥梁的刚度、整体工作性能及荷载横向分布规律,同时也可验证计算模型的合理性。

3）截面应变分布曲线。

根据沿截面高度布置的应变测点的测试结果,绘制截面应变分布曲线.可以确定实际中性轴的位置,检验应变是否符合平截面假定,判断试验结构是否处于弹性工作状态。

4）理论值-实测值关系曲线。

将前述的几种实测值曲线与理论计算值绘制在一起,进行实测值与理论值的比较可以检验实际结构与设计要求的符合程度。

5）对于钢筋混凝土结构,应绘制裂缝分布图,并注明裂缝宽度、长度等信息。

桥梁结构性能评定

根据桥梁静载试验的实测结果、理论计算以及规范的相关规定对桥梁静力性能进行综合评价。静载试验静力性能评价的主要指标包括两个方面：一是将静力性能主要参数如应力、应标和挠度等参数的实测值与理论计算值进行比较，该指标反映了实际结构与设计状态或目标状态的符合程度，说明结构的工作性能及安全储备；二是控制测点的实测值与规范值的比较，说明结构所处的工作状态。

1）校验系数

校验系数是控制测点的实测值与理论值的比值,实测值可以是挠度、应变或应力,其计算结果分别为挠度、应变或应力校验系数,其表达式如下:

当检验系数等于1时，说明实测值与理论值完全相符；检验系数小于1时,说明结构工作性能较好,承载力有一定的富裕,结构有一定的储备；校验系数大于1时,说明结构工作性能不理想,可能存在设计强度不足等问题，承载能力不能满足要求。

公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）中对于常见桥梁结构试验的应变（或应力）、挠度的校验系数给出了推荐的常值范围，见下表。

常见桥梁结构试验校验系数常值表

同类桥型校验系数越小，结构的安全储备越大。校验系数过大或过小应从多方面分析原因。过大可能因为组成结构的材料强度或弹性模量较低，结构各部分连接性能较差，刚度较低等;过小可能因为材料的强度或弹性模量较高，桥面铺装及人行道等与主梁（肋）共同受力，拱上建筑与拱圈共同作用，计算理论或简化图式的影响等。试验时加载物的称量误差、仪表的观测误差等也对校验系数有一定影响。一般来说，新建桥梁的校验系数较小，旧桥的校验系数较大。校验系数超出常值范围时，通常结合动载试验成果进行综合分析判断。

2)残余变形

为评价桥梁结构承载能力，利用相对残余位移（应变）分析结构的弹性工作性能。测点的相对位移变位（应变）计算见下式：

《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）中对于相对残余变形的限制也做了明确的规定，见下表。表中取值：对于预应力混凝土桥与组合结构，其值为0.20，即20%；对于钢筋混凝土结构与圬工结构，其值为0.25，即25%。如果试验中采用逐级递增的循环加载方式,的值乘以1.33取用。

相对残余变形取值规定表

当第一次试验相对残余变形不满足表中要求时，需进行第二次重复试验,如第二次试验结果仍不满足，则需进行第三次重复试验试验。如果第三次试验满足表中的限值，为了最后确定结构的可靠性，还必须进行动载试验。

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