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1、,*,,,出版社,道路與橋梁工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù),單擊此處編輯母版文本樣,,第,3,章 橋梁荷載試驗(yàn),3.1荷載試驗(yàn)的目的及主要內(nèi)容荷載試驗(yàn)的目的進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)橋梁整體受力性能和承載力是否到達(dá)設(shè)計(jì)文件和標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)于新橋型及橋梁中運(yùn)用新材料、新工藝的，應(yīng)驗(yàn)證橋梁的計(jì)算模式，為完善結(jié)構(gòu)分析理論積累資料。荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容為：①荷載試驗(yàn)的目的；②試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作；③加載方案設(shè)計(jì)；④測(cè)點(diǎn)設(shè)置與測(cè)試；⑤加載控制與平安措施；,⑥試驗(yàn)結(jié)果分析與承載力評(píng)定；⑦試驗(yàn)報(bào)告編寫(xiě)。荷載試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作荷載試驗(yàn)正式進(jìn)行前應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：1〕試驗(yàn)孔〔或墩〕的選擇

2、。選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮以下因素：①該孔〔或墩〕計(jì)算受力最不利；②該孔〔或墩〕施工質(zhì)量較差、缺陷較多或病害較嚴(yán)重；③該孔〔或墩〕便于塔設(shè)腳手架，便于設(shè)置測(cè)點(diǎn)或便于實(shí)施加載。2〕搭設(shè)腳手架和測(cè)試支架。3〕靜載試驗(yàn)加載位置的放樣和加載位置的安排。4〕試驗(yàn)人員組織及分工。5〕其他準(zhǔn)備工作。,3.2加載方案和測(cè)點(diǎn)布置加載方案與實(shí)施〔1〕試驗(yàn)荷載工況確實(shí)定1〕簡(jiǎn)支梁橋：2〕連續(xù)梁橋：3〕懸臂梁橋〔T型剛構(gòu)橋〕：4〕無(wú)鉸拱橋：〔2〕試驗(yàn)荷載等級(jí)確實(shí)定1〕控制荷載確實(shí)定控制橋梁設(shè)計(jì)的荷載有以下幾種：①汽車(chē)和人群〔標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載〕；②掛車(chē)或履帶車(chē)〔標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載〕；,③需通行的特殊重

3、型車(chē)輛。2〕靜載試驗(yàn)效率靜載試驗(yàn)效率為 式中：Ss——靜載試驗(yàn)荷載作用下控制截面內(nèi)力計(jì)算值； S——控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計(jì)算值； μ——按標(biāo)準(zhǔn)采用的沖擊系數(shù)，平板掛車(chē)、重型車(chē)輛，取μ=0。ηq——該值可采用0.8~1.05。3〕動(dòng)載試驗(yàn)效率動(dòng)載試驗(yàn)效率為,式中：Sd——?jiǎng)虞d試驗(yàn)荷載作用下控制截面最大計(jì)算內(nèi)力值； S——標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)荷載作用下控制截面最大計(jì)算內(nèi)力值 ηd值一般采用1。〔3〕靜載加載分級(jí)與控制為了加載平安和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變位隨試驗(yàn)荷載增加的變化關(guān)系，對(duì)橋梁荷載試驗(yàn)的各荷載工況的加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行。1〕分級(jí)控制的

4、原那么①當(dāng)加載分級(jí)較為方便時(shí)，可按最大控制截面內(nèi)力荷載工況均分為4~5級(jí)。②當(dāng)使用載重車(chē)加載，車(chē)輛稱重有困難時(shí)也可分成3級(jí)加載。③當(dāng)橋梁的調(diào)查和驗(yàn)算工作不充分，或橋況較差，應(yīng)盡量增多加載分級(jí)。④在安排加載分級(jí)時(shí)，應(yīng)注意加載過(guò)程中其他截面內(nèi)力亦應(yīng)逐漸增加，且最大內(nèi)力不應(yīng)超過(guò)控制荷載作用下的最不利內(nèi)力。,2〕車(chē)輛荷載加載分級(jí)的方法①逐漸增加加載車(chē)數(shù)量；②先上輕車(chē)后上重車(chē)；③加載車(chē)位于內(nèi)力影響線的不同部位；④加載車(chē)分次裝載重物；3〕加卸載的時(shí)間選擇。4〕加載分級(jí)的計(jì)算。〔4〕加載設(shè)備的選擇靜載試驗(yàn)加載設(shè)備可根據(jù)加載要求及具體條件選用，一般有以下兩種加載方式：1〕可行式車(chē)輛。

5、2〕重物直接加載。,〔5〕加載重物的稱量可根據(jù)不同的加載方法和具體條件選用以下方法，對(duì)所加載進(jìn)行稱量。1〕稱重法。2〕體積法。3〕綜合計(jì)算法。測(cè)點(diǎn)設(shè)置〔1〕測(cè)點(diǎn)布設(shè)1〕主要測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。幾種常用橋梁體系的主要測(cè)點(diǎn)布設(shè)如下：①簡(jiǎn)支梁橋：跨中撓度，支點(diǎn)沉降，跨中截面應(yīng)變；②連續(xù)梁橋：跨中撓度，支點(diǎn)沉降，跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變；③懸臂梁橋：懸臂端部撓度，支點(diǎn)沉降，支點(diǎn)截面應(yīng)變；④拱橋：跨中，l4處撓度，拱頂l4和拱腳截面應(yīng)變。,2〕其他測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。根據(jù)橋梁調(diào)查和檢算工作的深度，綜合考慮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和橋梁目前狀況等可適當(dāng)加設(shè)以下測(cè)點(diǎn)：①撓度沿橋長(zhǎng)或沿控制截面橋?qū)挿较蚍植迹?②應(yīng)變沿控制

6、截面橋?qū)挿较蚍植迹?③應(yīng)變沿截面高分布；④組合構(gòu)件的結(jié)合面上、下緣應(yīng)變；⑤墩臺(tái)的沉降、水平位移與轉(zhuǎn)角，連拱橋多個(gè)墩臺(tái)的水平位移；⑥剪切應(yīng)變；⑦其他結(jié)構(gòu)薄弱部位的應(yīng)變；⑧裂縫的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。3〕溫度測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。,3.3靜載試驗(yàn)儀器設(shè)備常用的儀器有百分表、千分表、位移計(jì)、應(yīng)變儀、應(yīng)變計(jì)〔應(yīng)變片〕、精密水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、傾角儀、刻度放大鏡等。機(jī)械式位移計(jì)機(jī)械式位移計(jì)包括百分表、千分表及張線式位移計(jì)和撓度計(jì)等，其構(gòu)造和工作原理根本相同，主要區(qū)別在于精度和量程不同。〔1〕百分表的根本構(gòu)造圖是百分表的構(gòu)造圖。千分表和百分表相似，只不過(guò)增加了一對(duì)放大齒輪。〔2〕使用方法使用時(shí)，百分表裝在表

7、座上〔目前大都采用磁性表座〕，表架安裝在臨時(shí)專門(mén)搭設(shè)的支架上，支架應(yīng)具有一定的剛度，并與被測(cè)結(jié)構(gòu)物分開(kāi)。,〔3〕使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1)使用時(shí)，只能拿取外殼，不得任意推動(dòng)測(cè)桿，防止磨損機(jī)件，影響放大倍數(shù)。注意保護(hù)觸頭，觸頭上不得有傷痕。2〕安裝時(shí)，要使測(cè)桿與欲測(cè)的位移的方向一致，或者與被測(cè)物體外表保持垂直。3)百分表架要安設(shè)穩(wěn)妥，表架上各個(gè)螺絲要擰緊，但當(dāng)頸箍夾住百分表的軸頸時(shí)，不可夾得過(guò)緊，否那么會(huì)影響測(cè)桿移動(dòng)。4〕百分表安裝好，可用鉛筆頭在表盤(pán)上輕輕敲擊，看指針擺動(dòng)情況。假設(shè)指針不動(dòng)或繞某一固定值在小范圍內(nèi)左右擺動(dòng)，說(shuō)明安裝正常。5〕百分表使用日久或經(jīng)過(guò)拆洗修理后，必須進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)

8、定可在專門(mén)的百分表、千分表校正儀上進(jìn)行。千分表與百分表的使用方法完全相同。〔4〕用位移計(jì)測(cè)撓度與變位,,應(yīng)用位移計(jì)量撓度與變位時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：1〕作為固定位移計(jì)的不動(dòng)點(diǎn)支架必須有足夠的剛性。2〕位移計(jì)測(cè)桿與所量測(cè)的位移方向完全一致。3〕位移計(jì)使用前后要仔細(xì)檢查測(cè)桿上下活動(dòng)是否靈活。〔5〕用位移計(jì)測(cè)應(yīng)變應(yīng)變，就是結(jié)構(gòu)上某區(qū)段纖維長(zhǎng)度的相對(duì)變化〔ε=ΔL/L〕。應(yīng)變儀就是用來(lái)測(cè)定這個(gè)長(zhǎng)度變化的儀器。圖所示為位移計(jì)應(yīng)變量測(cè)裝置。固定位移計(jì)和頂桿的夾具，可用鋼、銅或鋁合金等制成，按照選定的標(biāo)距以粘貼或預(yù)埋的方式固定在結(jié)構(gòu)需量測(cè)應(yīng)變的部位上。,手持式應(yīng)變儀當(dāng)需要在現(xiàn)場(chǎng)較長(zhǎng)期連續(xù)地觀測(cè)

9、結(jié)構(gòu)的應(yīng)變時(shí)，一般的應(yīng)變儀不適用，手持式應(yīng)變儀那么比較適用。此儀器的外形見(jiàn)圖，構(gòu)造原理見(jiàn)圖。,圖,2.3.4,手持式應(yīng)變儀外形,關(guān)于測(cè)孔的制作方法建議如下：1〕鋼結(jié)構(gòu)要順桿件上直接鉆孔。2〕圬工或木質(zhì)構(gòu)件那么可粘貼特制的鋼腳標(biāo)〔用環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑粘貼〕，腳標(biāo)尺寸如下圖。無(wú)論鋼材上所鉆的孔眼還是特制腳標(biāo)上的孔眼均應(yīng)按圖制作。使用此種儀器，尚有一溫度影響問(wèn)題，即在長(zhǎng)期量測(cè)過(guò)程中，初讀數(shù)和加載數(shù)可能不在同一溫度條件下讀取，因此在量測(cè)讀數(shù)中不僅包含了受載應(yīng)變?chǔ)?。而且還包含了溫度應(yīng)變?chǔ)舤，為了從讀數(shù)中扣除溫度局部的影響，就要在量測(cè)過(guò)程中進(jìn)行“溫度補(bǔ)償〞。為了到達(dá)補(bǔ)償目的，根據(jù)量測(cè)的實(shí)踐，建議采取“橫

10、向溫度補(bǔ)償法〞。在布置測(cè)應(yīng)變的測(cè)點(diǎn)的同時(shí)，在垂直方向布置測(cè)點(diǎn)，如下圖。,圖2.3.6 腳標(biāo)尺寸〔單位：mm〕 圖2.3.7 孔眼尺寸〔單位：mm〕,,圖,2.3.8,橫向溫度補(bǔ)償測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)a-a，b-b，c-c等分別為桿件應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，d-d為溫度補(bǔ)償測(cè)點(diǎn)，它垂直于應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，且在桿件中部。當(dāng)對(duì)測(cè)點(diǎn)a-a，b-b，c-c進(jìn)行讀數(shù)時(shí)，也對(duì)測(cè)點(diǎn)d-d進(jìn)行讀數(shù)。那么 式中：μ——材料泊桑比； εt——溫度應(yīng)變； 聯(lián)解上述四式得,,水準(zhǔn)管式傾角儀,圖所示為水準(zhǔn)管式傾角儀的構(gòu)造，其原理是利用高靈敏度的水準(zhǔn)管來(lái)測(cè)定結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、截面或支座處轉(zhuǎn)角。,圖,2

11、.3.9,水準(zhǔn)管式傾角儀,電阻應(yīng)變儀用電阻式應(yīng)變儀測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變時(shí)需用應(yīng)變儀和電阻應(yīng)變片〔應(yīng)變計(jì)〕配合使用。〔1〕電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片又稱電阻應(yīng)變計(jì)，簡(jiǎn)稱應(yīng)變片或電阻片，有如下的一些優(yōu)點(diǎn)。①靈敏度高。②電阻片尺寸小且粘貼牢固。③電阻片質(zhì)量小。④可以在高溫〔800~100 ℃〕、低溫〔-100~-70 ℃〕、高壓〔上萬(wàn)個(gè)大氣壓〕、高速旋轉(zhuǎn)〔幾千轉(zhuǎn)/mm~幾萬(wàn)轉(zhuǎn)/mm〕、核幅射等特殊條件下成功的使用。①敏感絲柵是應(yīng)變片的主要元件，一般由康酮、鎳鉻合金制成。,②基底和覆蓋層起定位和保護(hù)應(yīng)變片幾何形狀的作用，也起到與被測(cè)試試件之間電絕緣作用。③引出線是用以連接導(dǎo)線的過(guò)渡局部，一般用

12、直徑約為0.15~0.30 mm的金屬絲。④粘結(jié)劑把絲柵基底和覆蓋層牢固地粘結(jié)成一個(gè)整體。2)電阻應(yīng)變片的分類(lèi)。根據(jù)不同的方法，有如下的分類(lèi)：①金屬絲式應(yīng)變片。②箔式應(yīng)變片。,圖,2.3.11,金屬絲式應(yīng)變片 圖,2.3.12,金屬箔式應(yīng)變片,③應(yīng)變花。④半導(dǎo)體應(yīng)變片。,圖,2.3.13,應(yīng)變花,3〕金屬應(yīng)變片的工作原理。金屬應(yīng)變片的工作原理在于導(dǎo)體的“電阻應(yīng)變效應(yīng)〞。,圖,2.3.15,金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng),如果一根細(xì)長(zhǎng)的金屬導(dǎo)體長(zhǎng)度為L(zhǎng)，截面積為A，電阻率為ρ，那么它的電阻值R可以用下式示： 當(dāng)電阻絲受到拉伸或壓縮后，ρ，L，A都產(chǎn)生了

13、變化。為了求得三個(gè)參數(shù)變化對(duì)電阻的影響，可對(duì)式〔〕進(jìn)行全微分，經(jīng)整理后并用相對(duì)變化率表示時(shí)，那么有：一般電阻絲的橫截面呈圓形，式中 ，D為電阻絲的直徑，顯然 由材料力學(xué)中知道，軸向應(yīng)變與橫向應(yīng)變的關(guān)系為：,式中：ν——泊松比。所以有將式〔〕代入式〔〕，整理得：令有,式中K0為常數(shù)，其物理意義是每單位應(yīng)變所造成的相對(duì)電阻變化率。常用的公式可改寫(xiě)為： 式中K稱為應(yīng)變片靈敏系數(shù)。4〕電阻應(yīng)變片的選用。選用應(yīng)變片時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)變片的初始參數(shù)及試件的受力狀態(tài)、應(yīng)變梯度、應(yīng)變性質(zhì)、工作條件、測(cè)試精度要求等綜合考慮。5〕電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)①粘結(jié)劑。常

14、規(guī)橋梁試驗(yàn)粘貼應(yīng)變片的應(yīng)變膠一般為快干膠和熱固性樹(shù)脂膠等。②應(yīng)變片的粘貼技術(shù)。粘貼時(shí)應(yīng)掌握以下技術(shù)環(huán)節(jié):a.選片。b.定位。,c.貼片。d.枯燥固化。e.應(yīng)變片的防護(hù)。,圖,2.3.16,應(yīng)變片防護(hù)構(gòu)造,〔2〕應(yīng)變儀1〕測(cè)量電阻測(cè)量電路是應(yīng)變儀的重要組成局部，其作用是將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓〔或電流〕的變化。橋式電路也稱應(yīng)變電橋，其測(cè)量電路能精確地測(cè)量極其微小的電阻變化。例如我們假設(shè)用阻值R=120 Ω、靈敏系數(shù)K=2的應(yīng)變片測(cè)量某一網(wǎng)結(jié)構(gòu)，假設(shè)鋼材的彈模E=2×105 MPa，當(dāng)某點(diǎn)應(yīng)力為100 MPa時(shí)，根據(jù)電阻應(yīng)變片的阻值與應(yīng)變的關(guān)系即,圖,2.3.17,電橋,為了分

15、析電橋中電阻的變化與輸出端E的變化規(guī)律，假設(shè)電橋的四根橋臂上的電阻R1，R2，R3和R4為四個(gè)電阻片，把電橋分為DAC和DBC兩局部。從DAC這半個(gè)電橋來(lái)看，由D經(jīng)過(guò)A到C的電壓〔即DC間的電壓〕降為u，R2上的電壓降為uAC，那么同樣DBC這半個(gè)橋電壓降也是u〔因?yàn)镽1，R2和R3，R4為并聯(lián)在電壓u上〕，R3上的電壓降為uBC，那么整個(gè)電橋的輸出電就是uAC和uBC之間的差,為了使測(cè)量前的輸出為零〔即保持電橋平衡〕應(yīng)滿足 根據(jù)分析，在符合該關(guān)系條件下，輸出電壓的增量與電阻片阻值變化可由下式計(jì)算： 根據(jù)電橋平衡的條件，上式可寫(xiě)為,根據(jù)電橋的測(cè)量電路，對(duì)應(yīng)變電橋的測(cè)量方法

16、有以下幾種：①單點(diǎn)測(cè)量。單點(diǎn)測(cè)量時(shí)，組成測(cè)量電橋的四個(gè)電阻中，R1為電阻片電阻，其余三個(gè)為精密電阻〔無(wú)電阻變化〕，那么 半橋測(cè)量。其方法是將半橋接電阻片，另半橋?yàn)榫茈娮琛拨3=ΔR4=0〕那么全橋測(cè)量。其方法是組成測(cè)量電橋的四個(gè)電阻全由電阻片組成，即,2〕電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀按使用內(nèi)容不同，分靜態(tài)應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。①國(guó)產(chǎn)YJS—14型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀。YJS—14型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀是一種靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)測(cè)量裝置，能自動(dòng)平衡〔或不需平衡〕、自動(dòng)換點(diǎn)、自動(dòng)測(cè)量、數(shù)字顯示和自動(dòng)打印，并可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。主要由五個(gè)局部組成：a.轉(zhuǎn)換器。b.電阻應(yīng)變儀。c.運(yùn)

17、算器。d.控制器。e.輸出裝置。YJS—14型數(shù)字應(yīng)變測(cè)量裝置的工作過(guò)程就是把應(yīng)變測(cè)點(diǎn)組成惠斯登橋路。,,圖,2.3.18 YJS—14,型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀原理框圖,②日本產(chǎn)7V08型數(shù)據(jù)采集儀。該儀器是單板機(jī)組成的一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可由鍵盤(pán)或面板觸摸功能鍵直接輸出數(shù)據(jù)或程序，主要通過(guò)接口來(lái)輸出模擬信號(hào)〔電壓、電流、應(yīng)變、溫度等〕，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換來(lái)完成存儲(chǔ)、記錄、轉(zhuǎn)換、運(yùn)算和輸出。〔3〕電阻應(yīng)變測(cè)量的溫度補(bǔ)償用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變時(shí)，它除了能感受試件受力后的變形外，同樣也能感受環(huán)境溫度變化，并引起電阻應(yīng)變儀指示局部的示值變動(dòng)，這稱為溫度效應(yīng)。溫度變化從兩方面使應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化

18、。第一是電阻絲溫度改變?chǔ)〔℃〕，其電阻將會(huì)隨之而改變?chǔ)β。式中:β1——電阻絲的電阻溫度系數(shù)(1/℃)； R——應(yīng)變片的原始電阻值〔Ω〕。,第二是因?yàn)椴牧吓c應(yīng)變片電阻絲的線膨脹系數(shù)不相等。但兩者又粘合一起。這樣溫度改變?chǔ)〔℃〕時(shí)，應(yīng)變片中產(chǎn)生了溫度應(yīng)變，引起一附加的電阻的變化ΔRa。 式中：Kt——貼好的應(yīng)變絲對(duì)溫度應(yīng)力的靈敏系數(shù)，Kt=K0； αj——試件材料的線膨脹系數(shù)〔1/℃〕； α——電阻絲的線膨脹系數(shù)〔1/℃〕。因此，總的溫度效應(yīng)是兩者之和： 令 β=Kt(αj-α)+β1那么 式中:β——貼好的

19、應(yīng)變片總的電阻溫度系數(shù)。,溫度效應(yīng)的應(yīng)變值為：如下圖，在電橋的BC臂上接一個(gè)與測(cè)量片R1同樣阻值的溫度補(bǔ)償變片R2〔簡(jiǎn)稱補(bǔ)償片〕。測(cè)量應(yīng)變片R1〔簡(jiǎn)稱工作片〕貼在受力構(gòu)件上，它既受應(yīng)變作用又受溫度作用，故R1是由兩局部組成。即： 在實(shí)際工作中，為保證補(bǔ)償效果，對(duì)補(bǔ)償片的設(shè)置應(yīng)考慮如下因素：①補(bǔ)償片與工作片應(yīng)該是同批產(chǎn)品，有相同電阻值、靈敏系數(shù)和幾何尺寸。②貼補(bǔ)償片的試塊材料應(yīng)與試件的材料一致，并應(yīng)做到熱容量根本相等。③補(bǔ)償片的貼片、枯燥、防潮等處理工藝必須與工作片完全一致。④連接補(bǔ)償片的導(dǎo)線應(yīng)與連接工作片的導(dǎo)線同一規(guī)格、同一長(zhǎng)度，并且相互平列靠近布置或捆扎成束。,⑤補(bǔ)償片與工作

20、片的位置應(yīng)盡量接近，使兩者處于同樣溫度場(chǎng)條件下，以防不均勻熱源的影響。⑥補(bǔ)償片的數(shù)量多少，根據(jù)試驗(yàn)材料特性、測(cè)點(diǎn)位置、試驗(yàn)條件等決定。電阻應(yīng)變?cè)淼耐茝V——傳感器〔1〕應(yīng)變式測(cè)力傳感器,圖,2.3.19,應(yīng)變式測(cè)力傳感器構(gòu)造及全橋式接線方法,〔2〕電子式位移傳感器1)電阻式位移計(jì)。,YHD型位移計(jì)的工作原理也是利用應(yīng)變電橋進(jìn)行測(cè)量的。在儀器內(nèi)部設(shè)置四個(gè)無(wú)感電阻R1，R2，R3和R4，在R1和R2之間用一根電阻絲串聯(lián)起來(lái)組成應(yīng)變電橋。如觸點(diǎn)向右移動(dòng)時(shí)，AB橋臂的電阻增為R1+ΔR；BC橋臂的電阻那么減為R2-ΔR，那么輸出,2〕應(yīng)變式位移傳感器。,3.4靜載試驗(yàn)試驗(yàn)觀測(cè)與記錄(1)溫

21、度穩(wěn)定觀測(cè)儀表安裝完畢后，一般在加載試驗(yàn)之前應(yīng)對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一段時(shí)間的溫度穩(wěn)定觀測(cè)，中間可每隔10 min讀數(shù)一次。〔2〕儀表的測(cè)讀與記錄人工讀表時(shí)，儀表的測(cè)讀應(yīng)準(zhǔn)確、迅速、并記錄在專門(mén)的表格上〔表，表〕，以便于資料的整理和計(jì)算。〔3〕裂縫觀測(cè)加載試驗(yàn)中裂縫觀測(cè)的重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)承受拉力較大部位及舊橋原有裂縫較長(zhǎng)、較寬的部位。在這些部位應(yīng)測(cè)量裂縫長(zhǎng)度、寬度，并在混凝土外表沿裂縫走向進(jìn)行描繪。,加載實(shí)施與控制〔1〕加載程序加載應(yīng)在指揮人員指揮下嚴(yán)格按方案程序進(jìn)行。采用重物加載時(shí)按荷載分級(jí)逐級(jí)施加，每級(jí)荷載堆放位置準(zhǔn)確、整齊穩(wěn)定。荷載施加完畢后，逐級(jí)卸載。〔2〕加載穩(wěn)定時(shí)間控制為控制加

22、卸載穩(wěn)定時(shí)間，應(yīng)選擇一個(gè)控制觀測(cè)點(diǎn)〔如簡(jiǎn)支梁的跨中撓度或應(yīng)變測(cè)點(diǎn)〕，在每級(jí)加載〔或卸載〕后立即測(cè)讀一次，計(jì)算其與加載前〔或卸載前〕測(cè)讀值之差值Sg，然后每隔2 min測(cè)讀一次，計(jì)算2 min前后讀數(shù)的差值ΔS，并按下式計(jì)算相對(duì)讀數(shù)差值m：,〔3〕加載過(guò)程的觀察加載試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)位移〔或應(yīng)變〕、結(jié)構(gòu)整體行為和薄弱部位破損實(shí)行監(jiān)控，并將結(jié)果隨時(shí)匯報(bào)給指揮人員作為控制加載的依據(jù)。(4)終止加載控制條件發(fā)生以下情況應(yīng)中途終止加載：①控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值已到達(dá)或超過(guò)用彈性理論按標(biāo)準(zhǔn)平安條件反算的控制應(yīng)力值時(shí)；②控制測(cè)點(diǎn)變位〔或撓度〕超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許值時(shí)；③由于加載，使結(jié)構(gòu)裂縫的長(zhǎng)度、縫寬急劇

23、增加，新裂縫大量出現(xiàn)，縫寬超過(guò)允許值的裂縫大量增多，對(duì)結(jié)構(gòu)使用壽命造成較大的影響時(shí)；④拱橋加載時(shí)沿跨長(zhǎng)方向的實(shí)測(cè)撓度曲線分布規(guī)律與計(jì)算相差過(guò)大或?qū)崪y(cè)撓度超過(guò)計(jì)算值過(guò)多時(shí)；⑤發(fā)生其他損壞，影響橋梁承載能力或正常使用時(shí)。,3.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及橋梁承載能力評(píng)定通過(guò)靜載試驗(yàn)得到的原始數(shù)據(jù)、文字和圖像描述材料是荷載試驗(yàn)最重要的資料。進(jìn)行承載力評(píng)定之前必須對(duì)它進(jìn)行處理分析，得出直接進(jìn)行承載能力評(píng)定的指標(biāo)，以滿足承載力評(píng)定的需要。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析〔1〕試驗(yàn)資料的修正1〕測(cè)值修正。2)溫度影響修正。溫度對(duì)測(cè)試的影響比較復(fù)雜。一般可采用綜合分析的方法來(lái)進(jìn)行溫度影響修正，即利用加載試驗(yàn)前進(jìn)行的溫度穩(wěn)定觀

24、測(cè)數(shù)據(jù)，建立溫度變化〔測(cè)點(diǎn)處外表溫度或空氣溫度〕和測(cè)點(diǎn)測(cè)值〔應(yīng)變和撓度〕變化的線性關(guān)系，然后按下式進(jìn)行溫度修正計(jì)算：,式中：S——溫度修正后的測(cè)點(diǎn)加載測(cè)值變化； S′——溫度修正前的測(cè)點(diǎn)加載測(cè)值變化； Δt——相應(yīng)于S′觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)的溫度變化〔℃〕； Kt——空載時(shí)溫度上升1 ℃，測(cè)點(diǎn)測(cè)值變化量。 式中：ΔS——空載時(shí)某一時(shí)間區(qū)段內(nèi)測(cè)點(diǎn)測(cè)值變化量； Δt1——相應(yīng)于ΔS同一時(shí)間區(qū)段內(nèi)溫度變化量。3〕支點(diǎn)沉降影響的修正。當(dāng)支點(diǎn)沉降量較大時(shí)，應(yīng)修正其對(duì)撓度值的影響，修正量C可按下式計(jì)算：,式中：C——測(cè)點(diǎn)的支點(diǎn)沉降影響修正量； l——

25、A支點(diǎn)到B支點(diǎn)的距離； x——撓度測(cè)點(diǎn)到A支點(diǎn)的距離； a——A支點(diǎn)沉降量； b——B支點(diǎn)沉降量。〔2〕各測(cè)點(diǎn)變化〔撓度、位移、沉降〕與應(yīng)變的計(jì)算根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)作以下計(jì)算：總變位〔或總應(yīng)變〕 St=S1-Si彈性變位〔或彈性應(yīng)變〕 Se=S1-Su剩余變位〔或剩余應(yīng)變〕 Sp=St-Se=Su-Si式中：Si——加載前測(cè)值；,S1——加載到達(dá)穩(wěn)定時(shí)測(cè)值； Su——卸載后到達(dá)穩(wěn)定時(shí)測(cè)值。相對(duì)剩余變位〔或應(yīng)變〕按下式計(jì)算： 式中：S′p——相對(duì)剩余變位〔或應(yīng)變〕，Sp，St意義同前。〔3〕應(yīng)力計(jì)算根據(jù)測(cè)量到的測(cè)點(diǎn)應(yīng)變，當(dāng)

26、結(jié)構(gòu)處于線彈性工作狀態(tài)時(shí)可以利用應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系計(jì)算測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力。單向應(yīng)力狀態(tài)：,2〕平面應(yīng)力狀態(tài)：①當(dāng)主應(yīng)力方向時(shí)：式中：E——構(gòu)件材料彈性模量； ν——構(gòu)件材料泊松比； ε1，ε2——方向相互垂直的主應(yīng)變； σ1，σ2——方向相互垂直的主應(yīng)力。②主應(yīng)力方向未知時(shí)需用應(yīng)變花測(cè)量其應(yīng)變計(jì)算主應(yīng)力。應(yīng)變花的常見(jiàn)形式為直角形或等邊形，如圖2.3.23(a)、〔b〕、〔c〕所示，由三個(gè)應(yīng)變片組成；也可以增加校核片布置為扇形和傘形，如圖2.3.23(d)、(e)所示。采用圖中的五種應(yīng)變花時(shí)測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力可以表示為,,,其中參數(shù),A,B,C,由應(yīng)變花的形式而定,,,上

27、面五種形式應(yīng)變花的參數(shù)見(jiàn)表。,,,圖,2.3.23,常用應(yīng)變花的形式,(4)試驗(yàn)結(jié)果與理論分析的比較為了評(píng)定結(jié)構(gòu)整體受力性能,需對(duì)橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)果與理論分析值比較,以檢驗(yàn)新建橋是否到達(dá)設(shè)計(jì)要求的荷載標(biāo)準(zhǔn)，或判斷舊橋的承載能力。為了量化，以及描述試驗(yàn)值與理論分析值比較的結(jié)果，此處引入結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)： 式中：Se——試驗(yàn)荷載作用下量測(cè)的彈性變位〔或應(yīng)變〕值； Ss——試驗(yàn)荷載作用下的理論計(jì)算變位〔或應(yīng)變〕值。荷載試驗(yàn)成果分析與承載能力評(píng)定一般進(jìn)行以下分析評(píng)定工作：〔1〕結(jié)構(gòu)工作狀況1〕校驗(yàn)系數(shù)η。校驗(yàn)系數(shù)η是評(píng)定結(jié)構(gòu)工作狀況、確定橋梁承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)。不同結(jié)構(gòu)形式的橋

28、梁，其η值常不相同，η值常見(jiàn)的范圍可,參考表，一般要求,η,值不大于,1,。,2〕實(shí)測(cè)值與理論值的關(guān)系曲線。3〕相對(duì)剩余變位〔或應(yīng)變〕。4)動(dòng)載性能。〔2〕結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性當(dāng)荷載試驗(yàn)工程比較全面時(shí)，可采用荷載試驗(yàn)主要撓度測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)η來(lái)評(píng)定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。磚石和混凝土橋 鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋,根據(jù)η值由表查取Z2的限值范圍，再根據(jù)以下條件確定Z2值。符合以下條件時(shí)，Z2值可取高限；否那么應(yīng)酌減，直至取低限。1〕加載內(nèi)力與總內(nèi)力〔加載內(nèi)力+恒載內(nèi)力〕的比值較大，荷載試驗(yàn)效果較好。2〕實(shí)測(cè)值與理論值線性關(guān)系較好，相對(duì)剩余變位〔或應(yīng)變〕較小。表經(jīng)過(guò)荷載試驗(yàn)的橋梁檢

29、算系數(shù)Z2值表3〕橋梁結(jié)構(gòu)各局部無(wú)損傷，風(fēng)化、銹蝕裂縫等較輕微。η值應(yīng)取控制截面內(nèi)力最不利荷載工況時(shí)最大撓度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。〔3〕地基與根底當(dāng)試驗(yàn)荷載作用下墩臺(tái)沉降、水平位移及傾角較小，符合上部結(jié)構(gòu)檢算要求，卸載后變位根本回復(fù)時(shí)，認(rèn)為地基與根底在檢算荷載作用下能正常工作。,〔4〕結(jié)構(gòu)的剛度要求試驗(yàn)荷載作用下，主要測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)η應(yīng)不大于1。各點(diǎn)的撓度不超過(guò)“橋規(guī)〞〔JTJ022—85第條和JTG D62—2004第條〕規(guī)定的允許值。即〔5〕裂縫對(duì)于新建橋試驗(yàn)荷載作用下預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)裂縫，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫不超“橋規(guī)〞允許值：,對(duì)于舊橋試驗(yàn)荷載作用下大局部裂縫寬度應(yīng)小于表

30、規(guī)定的允許值，荷載試驗(yàn)后所有裂縫應(yīng)不大于表規(guī)定的允許值。靜載試驗(yàn)報(bào)告編寫(xiě)在全部試驗(yàn)資料整理與分析的根底上，提出橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)報(bào)告，其內(nèi)容應(yīng)該包括以下各項(xiàng)：①試驗(yàn)概況。②試驗(yàn)的目的。③試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。④試驗(yàn)日期及試驗(yàn)的過(guò)程。⑤各項(xiàng)試驗(yàn)到達(dá)的精度。⑥試驗(yàn)成果與分析。⑦試驗(yàn)記錄摘錄。,⑧技術(shù)結(jié)論。⑨經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。⑩有關(guān)圖表、照片。3.6橋梁動(dòng)載測(cè)試范圍結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題涉及振源〔輸入〕、結(jié)構(gòu)〔系統(tǒng)〕和響應(yīng)〔輸出〕，它們的關(guān)系為：橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)可以劃分為三類(lèi)根本問(wèn)題：①測(cè)定橋梁荷載的動(dòng)力特性〔數(shù)值、方向、頻率等〕。②測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性〔自振頻率、阻尼、振型等〕。③測(cè)定橋

31、梁在動(dòng)荷載作用下的響應(yīng)〔動(dòng)位移、動(dòng)應(yīng)力等〕。,3.7動(dòng)載試驗(yàn)的常用儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)振動(dòng)的測(cè)試儀器包括：測(cè)振傳感器、信號(hào)放大器、光線示波器、磁帶記錄儀和數(shù)字信號(hào)處理機(jī)。測(cè)振傳感器〔拾振器〕〔1〕根本原理振動(dòng)參數(shù)有位移、速度和加速度。通過(guò)測(cè)量慣性質(zhì)量相對(duì)于傳感器外殼的運(yùn)動(dòng)，就可以得到振動(dòng)體的振動(dòng)參量〔圖〕。設(shè)被測(cè)振動(dòng)體的振動(dòng)規(guī)律如下： 式中：x——振動(dòng)體相對(duì)固定參考坐標(biāo)的位移； X0——振動(dòng)體振動(dòng)的振幅； ω——振動(dòng)體振動(dòng)的圓頻率。,傳感器外殼隨振動(dòng)體一起運(yùn)動(dòng)。以,y,表示質(zhì)量塊,m,相對(duì)于傳感器外殼的位移，由圖可知，質(zhì)量塊,m,的總位移為,x+y,，它的運(yùn)動(dòng)方程

32、為,,或,,上式為一單自由度有阻尼的強(qiáng)迫振動(dòng)的方程，它的通解為,,其中，,上式中第一項(xiàng)為自由振動(dòng)解，由于阻尼作用而很快衰減；第二項(xiàng)為強(qiáng)迫振動(dòng)解，其中式中：ξ——阻尼比，ξ= ωn——傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的固有頻率， 由式〔〕可知，傳感器動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)如下：,〔2〕傳感器的頻率特性將式〔〕與式〔〕相比較，可以看出傳感器中的質(zhì)量塊相對(duì)外殼的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與振動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致，但兩者相差一個(gè)相位角φ。質(zhì)量塊的振幅Y0與振動(dòng)體的振幅X0之比為式〔〕和式〔〕分別為測(cè)振傳感器的幅頻特性和相頻特性，相應(yīng)的曲線稱為幅頻特性曲線和相頻特性曲線〔如圖、圖所示〕。,,圖,2.3.25,幅

33、頻特性曲線 圖,2.3.26,相頻特性曲線,以上討論是關(guān)于測(cè)量位移的傳感器，如果使傳感器的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所測(cè)振動(dòng)的頻率，可以得到關(guān)于慣性式加速度傳感器的頻率特性。當(dāng)ωn≥ω時(shí)，由式〔〕、式〔〕可得：所測(cè)振動(dòng)的加速度為：令am=X0ω2，由式〔〕可知：,上式表示傳感器的位移幅值與被測(cè)振動(dòng)的加速度值成正比，這就是慣性式加速度傳感器的工作原理。以ωωn為橫坐標(biāo)，以Y0ω2nam為縱坐標(biāo)，可得加速度傳感器的幅頻特性曲線〔如下圖〕。,圖,2.3.27,加速度傳感器的幅頻特性曲線,〔3〕磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理制成的，其特點(diǎn)是

34、靈敏度高，性能穩(wěn)定，輸出阻抗低，頻率響應(yīng)有一定寬度。圖為一磁電式速度傳感器，其中磁鋼和殼體相固連，并通過(guò)殼體安裝在振動(dòng)體上，與振動(dòng)體一起振動(dòng)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小為 式中：B——線圈所在磁鋼間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度； l——每匝線圈的平均長(zhǎng)度； n——線圈匝數(shù)； v——線圈相對(duì)于磁鋼的運(yùn)動(dòng)速度，即系統(tǒng)質(zhì)量相對(duì)于傳感器殼體  的運(yùn)動(dòng)速度。,圖為一擺式測(cè)振傳感器。它的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，因而可以獲得更低的儀器固有頻率。擺式傳感器可以測(cè)垂直方向和水平方向的振動(dòng)；它也是磁電式傳感器，輸出電壓與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比。磁電式

35、測(cè)振傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：①傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的固有頻率。②靈敏度。③頻率響應(yīng)。當(dāng)④阻尼。,(4),壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器就是利用晶體的壓電效應(yīng)而制成的，其特點(diǎn)是穩(wěn)定性高、機(jī)械強(qiáng)度高，并能在很寬的溫度范圍內(nèi)使用，但靈敏度較低。,,壓電式加速度傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：①靈敏度。②安裝諧振頻率f安。③頻率響應(yīng)。④橫向靈敏度比。⑤幅值范圍。〔5〕拾振器的選用①靈敏度。②線性度。③穩(wěn)定性。④精度。⑤工作方式。,此外，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的特殊性，提出以下要求：①擺式拾振器性能穩(wěn)定、靈敏度高、使用方便可靠，它的缺乏是下限可測(cè)頻率有限制〔幅頻率特性下落〕，所以

36、不適合測(cè)大跨徑柔性橋跨結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。②加速度計(jì)是振動(dòng)測(cè)試中用得最多的拾振器，從原理上講利用它頻帶寬體積小的優(yōu)勢(shì)可滿足各種振動(dòng)測(cè)試對(duì)象的要求。測(cè)振放大器測(cè)振放大器的種類(lèi)很多，它們之間的輸入和輸出特性、頻響特性等往往都是根據(jù)所配拾振器而定。濾波器濾波器是一種選擇裝置，可以使信號(hào)中有用成分通過(guò)，濾去不需要的成分，根據(jù)它的選頻特點(diǎn)，濾波器有低通〔通帶0~fc〕、高通〔通帶fc~∞〕、帶通〔通帶fc1~fc2〕、帶阻〔通帶0~fc1，fc2~∞〕四種。,濾波器根據(jù)處理信號(hào)的不同，分成模擬和數(shù)字式兩類(lèi)。顯示記錄儀器〔1〕光線示波器光線示波器是利用細(xì)光束〔包括紫外線光束〕在感光膠卷、相紙上記錄

37、、顯示被測(cè)信號(hào)的。〔2〕磁帶記錄儀磁帶記錄儀是一種常用的較理想的記錄器，可以用于振動(dòng)測(cè)量和靜力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄，它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成磁信號(hào)并記錄在磁帶上，得到的是試驗(yàn)變量與時(shí)間的變化關(guān)系。磁帶記錄儀由磁帶、磁頭、磁帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、放大器和調(diào)制器等組成。,,(3),信號(hào)處理機(jī)動(dòng)態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)處理，一般在專用信號(hào)處理機(jī)或利用數(shù)據(jù)處理軟件在通用計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。,圖,2.3.32,直接記錄式磁帶記錄儀原理圖,,圖,2.3.33,數(shù)字信號(hào)處理機(jī)的組成,測(cè)試系統(tǒng)的選配根據(jù)常用的一些測(cè)振儀器的性能，一般可構(gòu)成電磁式測(cè)試系統(tǒng)、壓電式測(cè)試系統(tǒng)和電阻應(yīng)變式測(cè)試系統(tǒng)等三種測(cè)試系統(tǒng)。電磁式測(cè)試系統(tǒng)在橋梁的動(dòng)力測(cè)試中應(yīng)用較

38、為普遍，這類(lèi)系統(tǒng)通過(guò)儀器的組合變換可測(cè)位移、速度和加速度。壓電式測(cè)試系統(tǒng)一般用于測(cè)量加速度。電荷放大器不受輸出電纜分布電容的影響，低頻特性也很少受輸入電阻的影響，使用頻率可到達(dá)零，它適用低頻或超低頻長(zhǎng)距離的動(dòng)力測(cè)試。電阻應(yīng)變式測(cè)試系統(tǒng)中傳感器的種類(lèi)較多，記錄裝置為常用的光線振子示波器或磁帶機(jī)等。電阻應(yīng)變式測(cè)試系統(tǒng)中各局部?jī)x器具有通用性強(qiáng)、應(yīng)用方便等特點(diǎn)，在橋梁動(dòng)載試驗(yàn)中的應(yīng)用很普遍。,3.8橋梁動(dòng)載試驗(yàn)在進(jìn)行橋梁動(dòng)載試驗(yàn)時(shí)，首先要設(shè)法使橋梁產(chǎn)生一定的振動(dòng)，然后應(yīng)用測(cè)振儀器加以測(cè)試和記錄，通過(guò)對(duì)記錄的振動(dòng)信號(hào)分析得到橋梁的動(dòng)力特性和響應(yīng)。自振動(dòng)〔瞬態(tài)激振法〕自振動(dòng)的特點(diǎn)是使橋梁產(chǎn)生有阻

39、尼的自由衰減振動(dòng)，記錄到的振動(dòng)圖形是橋梁的衰減振動(dòng)曲線。〔1〕突然加荷載法〔沖擊法〕在被測(cè)結(jié)構(gòu)上急速地施加一個(gè)沖擊作用力,由于施加沖擊作用的時(shí)間短促,因此,施加于結(jié)構(gòu)的作用實(shí)際上是一個(gè)沖擊脈沖作用。近年來(lái)，在橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)中，還采用了爆炸和發(fā)射小型火箭產(chǎn)生脈沖荷載等方法來(lái)進(jìn)行激振，但還不普及。,圖,2.3.34,落錘激振器構(gòu)造圖,圖,2.3.35,跳車(chē)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)圖形,〔2〕突然卸載法〔位移激振法〕采用突然卸載法時(shí)，在結(jié)構(gòu)上預(yù)先施加一個(gè)荷載作用，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)初位移，然后突然卸去荷載，利用結(jié)構(gòu)的彈性性質(zhì)使其產(chǎn)生自由振動(dòng)。共振法〔強(qiáng)迫振諧法〕激振設(shè)備有機(jī)械式激振器、電磁式激振器和電

40、氣液壓式振動(dòng)臺(tái)。共振法是利用激振器，對(duì)結(jié)構(gòu)施加激振力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，改變激振力的頻率而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振現(xiàn)象并借助共振現(xiàn)象來(lái)確定結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。在橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)中，常用載重車(chē)隊(duì)由低到高的不同速度駛過(guò)橋梁，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的強(qiáng)迫振動(dòng)。,圖,2.3.36,卸載法試驗(yàn)裝置,圖,2.3.37,頻率掃描時(shí)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)圖,圖,2.3.38,車(chē)速為,21 km/h,時(shí)跨中撓度時(shí)歷曲線,脈動(dòng)法對(duì)于大跨度懸吊結(jié)構(gòu)，可利用結(jié)構(gòu)由于外界各種因素所引起的微小而不規(guī)那么的振動(dòng)來(lái)確定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性。這種微振動(dòng)通常稱為“脈動(dòng)〞，它是由附近的車(chē)輛、機(jī)器等振動(dòng)或附近地殼的微小破裂和遠(yuǎn)處的地震傳來(lái)的脈動(dòng)所產(chǎn)生。,圖,2.3

41、.39,結(jié)構(gòu)脈動(dòng)曲線,3.9試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)的根本特性，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析所必需的參數(shù)。結(jié)構(gòu)固有頻率的測(cè)定,圖,2.3.40,由衰減振動(dòng)曲線求固有頻率,按照前面表達(dá)的激振方法，使橋梁產(chǎn)生的自由振動(dòng)，通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)測(cè)記錄結(jié)構(gòu)的衰減振動(dòng)波形，如下圖。在記錄振動(dòng)波形曲線上，可根據(jù)時(shí)標(biāo)符號(hào)直接計(jì)算出結(jié)構(gòu)的固有頻率式中：L——兩個(gè)時(shí)標(biāo)符號(hào)間的距離，mm； n——波數(shù)； S——n個(gè)波長(zhǎng)的距離，mm； t1——時(shí)標(biāo)的間隔〔常用1 s，0.1 s,0.01 s這三種標(biāo)定值〕。當(dāng)使用激振器時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生連續(xù)的周期性強(qiáng)迫振動(dòng)，在激振器振動(dòng)

42、頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率一致時(shí)，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，振幅到達(dá)最大值，共振波峰處的頻率即為結(jié)構(gòu)的固有頻率，如下圖。,,圖,2.3.41,共振曲線,,結(jié)構(gòu)阻尼的測(cè)定,,圖,2.3.42,由衰減振動(dòng)曲線求阻尼特性,橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼特性，一般用對(duì)數(shù)衰減率δ或阻尼比D來(lái)表示。實(shí)測(cè)的振動(dòng)衰減曲線如下圖，由振動(dòng)理論知，對(duì)數(shù)衰減率為式中：Ai，Ai+1——相鄰兩個(gè)波的振幅值，可直接從衰減曲線上量取。實(shí)踐中，常從衰減曲線上量取m個(gè)波形，求得平均的衰減率：由振動(dòng)理論知，對(duì)數(shù)衰減率δ與阻尼比D的關(guān)系為,對(duì)于一般材料的阻尼比都很小，因此,,在結(jié)構(gòu)作自由衰減振動(dòng)這一段記錄上，仍可按上述方法求出結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，但此

43、時(shí)沒(méi)有載重汽車(chē)的附加質(zhì)量的影響。仍用上述方法求出結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性：固有頻率,f,0,=4.63 Hz,對(duì)數(shù)衰減率,δ=0.062,阻尼比,D=0.096,在實(shí)測(cè)的共振曲線上也可推算阻尼比，如圖。具體作法是取,Y,max,/2,值作一水平線，同曲線相交于,A,，,B,兩點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為,ω,1,，,ω,2,，即阻尼系數(shù),,阻尼比式中：ω0——結(jié)構(gòu)的固有頻率。振型的測(cè)定結(jié)構(gòu)的振型是結(jié)構(gòu)相應(yīng)于各階固有頻率的振動(dòng)形式，一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)振型的數(shù)目與其自由度數(shù)目相等。采用共振法測(cè)定振型時(shí)，將假設(shè)干傳感器安裝在結(jié)構(gòu)各有關(guān)部位，當(dāng)激振裝置激發(fā)結(jié)構(gòu)共振時(shí)，同時(shí)記錄結(jié)構(gòu)各部位的振幅和相比，比較各測(cè)點(diǎn)

44、的振幅及相位便可繪出振型曲線。傳感器的測(cè)點(diǎn)布置視結(jié)構(gòu)型式而定，一般要根據(jù)理論分析，估計(jì)振型的大致形狀，然后在變位較大的部位布點(diǎn)，以便能較好地連接出振型曲線。,圖,2.3.43,橋梁動(dòng)載試驗(yàn)實(shí)測(cè)記錄曲線,圖,2.3.44,具有分布質(zhì)量的各種梁的振型,振型的測(cè)定一般采用兩種方法。一是在結(jié)構(gòu)上同時(shí)安裝許多傳感器；另一種方法只用一個(gè)傳感器，測(cè)試時(shí)要不斷改變它的位置，以便測(cè)出各點(diǎn)的振幅。結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的測(cè)定在動(dòng)力荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)某些部位的振動(dòng)參數(shù)如振幅、頻率、位移、應(yīng)力等的測(cè)定，可根據(jù)試驗(yàn)的具體要求和結(jié)構(gòu)的型式布置測(cè)點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)膬x表進(jìn)行測(cè)試。為了測(cè)定沖擊系數(shù)，應(yīng)使車(chē)輛荷載以不同的速度駛過(guò)橋梁，并逐次記錄跨中撓度的時(shí)歷曲線，如下圖。按沖擊系數(shù)的定義有：,式中：,Y,dmax,——,最大動(dòng)撓度值；,Y,smax,——,最大靜撓度值。,圖,2.3.45,移動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)變形曲線,在圖中，可從光線示波器所記錄的曲線上直接量取Yd值和Ys值，那么活荷載的沖擊系數(shù)〔1+μ〕值為：,圖,2.3.46,汽車(chē)過(guò)橋時(shí)結(jié)構(gòu)振動(dòng)圖形,,習(xí)題,3.19,圖示,習(xí)題,3.20,圖示,習(xí)題,3.21,圖示,習(xí)題,3.22,圖示,習(xí)題,3.23,圖示,習(xí)題,3.39,圖示,,習(xí)題,3.40,圖示,