这个εt 称视应变。当采用镍铬合金丝做成的应变片进行测量时,温度变动1℃,会在钢材(E=2.1 x l05MPa)中产生相当于1.5MPa左右的应力示值变动,这是不能忽视的,必须加以消除。消除温度效应的应变值主要是利用惠斯登电桥桥路的特性进行,称为温度补偿。
如图5-17所示,在电桥的BC臂上接一个与测量片R1同样阻值的温度补偿应变片R2(简称补偿片)。测量应变片R1(简称工作片)贴在受力构件上,它既受应变作用又受温度作用,故R1是由两部分组成。即:ΔR1=ΔRε+ΔRt 补偿片R2贴在一个与试件材料相同并置于试件附近,具有同样温度变化条件但不承受
外力作用的小试块上,它只有ΔR2=ΔRt的变化。此时,电桥对角线上的电流计的反应 为ΔR1-ΔR2=ΔRε,测得结果仅是试件受力后产生应变值,而温度效应所产生的视应变就消除了。 在实际工作中,为保证补偿效果,对补偿片的设置应考虑如下因素。
(1)补偿片与工作片应该是同批产品,具有相同电阻值、灵敏系数和几何尺寸。
(2)贴补偿片的试块材料应与试件的材料一致,并应做到热容量基本相等。如是混凝土材料,则需同样配合比和在同样条件下养护。
(3)补偿片的贴片、干燥、防潮等处理工艺必须与工作片完全一致。
(4)连接补偿片的导线应与连接工作片的导线同一规格。同一长度,并且相互平列靠近布置或捆扎成束。 (5)补偿片与工作片的位置应尽量接近,使二者处于同样温度场条件下,以防不均匀热源的影响。
(6)补偿片的数量多少,根据试验材料特性、测点位置、试验条件等决定。一般情况下,钢结构可用一个补偿片同时补偿10个工作片。对混凝土材料或木材可用一个补偿片补偿5-10个工作片。如果要求严格或者是某些测点所处条件特殊时,应单独补偿,以尽量减少因补偿片连续工作而工作片间断工作所造成的温差影响。 六、加载过程的观察
加载试验过程应对结构控制点位移(或应变)、结构整体行为和薄弱部位破损实行监控,并将结果随时汇报给指挥人员作为控制加载的依据。随时将控制点位移与计算结果比较,如实测值超过计算值较多,则应暂停加载,待查明原因再决定是否继续加载。试验人员如发现其他测点的测值有较大的反常变化也应查找原因,并及时向试验指挥人员报告。加载过程中应指定人员随时观察结构各部位可能产生的新裂缝,注意观察:构件薄弱部位是否有开裂、破损,组合构件的结合面是否有开裂错位,支座附近混凝土是否开裂,横隔板的接头是否拉裂,结构是否产生不正常的响声,加载时墩台是否发生摇晃现象等等。如发生这些情况应报告试验指挥人员,以便采取相应的措施。 七、终止加载控制条件
发生下列情况应中途终止加载:
(1)控制测点应力值已达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时; (2)控制测点变位(或挠度)超过规范允许值时;
(3)由于加载,使结构裂缝的长度、缝宽急剧增加,新裂缝大量出现,缝宽超过允许值的裂缝大量增多,对结构使用寿命造成较大的影响时;
(4)拱桥加载时沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测挠度超过计算值过多时;
(5)发生其他损坏,影响桥梁承载能力或正常使用时。 八、试验资料的修正 (1)测值修正
根据各类仪表的标定结果进行测试数据的修正,如考虑机械式仪表较正系数、电测仪表率定系数、灵敏系数、电阻应变观测的导线电阻影响等等。当这类因素对测值的影响小于1%时可不予修正。 (2)温度影响修正
温度对测试的影响比较复杂。结构构件的各部位不同的温度变化、结构的受力特性、测试仪表或元件的温度变化、电测元件的温度敏感性。自补性等等均对测试精度造成一定的影响。逐项分析这些影响是困难的。一般可采用综合分析的方法来进行温度影响修正,即利用加载试验前进行的温度稳定观测数据,建立温度变化(测点处构件表面温度或空气温度)和测点测值(应变和挠度)变化的线性关系,然后按下式进行温度修正计算: S=S’-Δt·Kt
式中, S一一温度修正后的测点加载测值变化;
S’——温度修正前的测点加载测值变化; Δt一一相应于y观测时间段内的温度变化(℃); Kt一一空载时温度上升1℃时测点测值变化量。
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式中: ΔS一一空载时某一时间区段内测点测伍变化量; Δt1一一相应于ΔS同一时间区段内温度变化量。
温度变化量的观测对应变宜采用构件表面温度,对挠度宜采用气温。温度修正系数尺应采用多次观测的平均值,如测值变化与温度变化关系不明显时则不能采用。
由于温度影响修正比较困难,一般不进行这项工作,而采取缩短加载时间、选择温度稳定性较好的时间进行试验等办法尽量减小温度对测试精度的影响。 (3)支点沉降影响的修正
当支点沉降量较大时,应修正其对挠度值的影响,修正量C可按下式计算:
式中:C——测点的支点沉降影响修正量 l一一A支点到日支点的距离; x——挠度测点到A支点的距离; a——A支点沉降量; b——B支点沉降量。 九、桥梁承载能力评定
1.结构工作状况 (1)校验系数η
(2)实测值与理论值的关系曲线
由于理论的变位(或应变)一般系按线性关系计算,所以如测点实测弹性变位(或应变)与理论计算值成正比,其关系曲线接近于直线,说明结构处于良好的弹性工作状况。 (3)相对残余变位(或应变)
测点在控制荷载工况作用下的相对残余变位(或应变)SP/St越小说明结构越接近弹性工作状况。一般要求SP/St值不大于20%,当SP/St大于20%时,应查明原因。如确系桥梁强度不足,应在评定时,酌情降低桥梁的承载能力。
(4)动载性能。 2.结构的强度及稳定性。
当荷载试验项目比较全面时,可采用荷载试验主要挠度测点的校验系数η来评定结构的 强度和稳定性。检算时用荷载试验后的梁桥检算系数Z2代替《公路旧桥承载能力鉴定方法》 中旧桥检算系数Z1,对桥梁结构抗力效应予以提高或折减。 3.地基与基础
当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移及倾角较小,符合上部结构检算要求,卸载后变位基本回复时。认为地某与基础在检算荷载作用下能正常工作。
当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移、倾角较大或不稳定,卸载后变位不能回复时,应进一步对地基、基础进行探查、检算,必要时应对地基基础进行加固处理。 4.结构的刚度要求: 试验荷载作用下,主要测点挠度校验系数 应不大于1。各点的挠度不超过“桥规”(JTJ 022-85第4.2.13条和JTJ 023-85第4.2.3条)规定的允许值。 5.裂缝
对于新建桥试验荷载作用下预应力结构不应出现裂缝、钢筋混凝土结构裂缝不超“桥规” 容许值:
对于旧桥试验荷载作用下绝大部分裂缝宽度应不大于规定的允许值,荷载试验后 所有裂缝应不大于规范中规定的允许值。
十、桥梁的动载试验可以划分为三类基本问题:
1.测定桥梁荷载的动力特性(数值、方向、频率等)。 2.测定桥梁结构的动力特性(自振频率、阻尼、振型等)。
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3.测定桥梁在动荷载作用下的响应(动位移、动应力等)。 十一、桥梁动载结构固有频率的测定
按照前面叙述的激振方法,使桥梁产生自由振动,通过测试系统实测记录结构的衰减振动波形。在记录的振动波形曲线上,可根据时标符号直接计算出结构的固有频 率f0:
式中:L——两个时标符号间的距离,mm; n——波数;
S——n个波长的距离,mm;
t1——时标的间隔(常用1s、0.1s、0.01s三种标定值)。
在计算频率时,为消除冲击荷载的影响,开始的一、二个波形应舍弃,从第三个波形开始计算分析。
应的频当使用激振器时,结构产生连续的周期性强迫振动,在激振器振动频率与结构的固有频率一致时,结构出现共振现象,振幅达到最大值,共振波峰处的频率即为结构的固有频率。
采用偏心式激振器时,由于激振力的大小与激振器转速的平方成正比,激振器转数不同,激振力大小不一样。为便于比较,应将振幅折算成单位激振力作用下的振幅,即振幅除以相应的激振力,或者将振幅换算为在相同激振力作,用下的振幅,即A/ω2,其中A为振幅,ω为激振器的频率。以A/ω2为纵坐标,ω为横坐标出共振曲线 十二、桥梁动载结构阻尼的测定
桥梁结构的阻尼特性,一般用对数衰减率 或阻尼比D来表示。由振动理论知,对数衰减率为
式中:Ai,Ai+1一一相邻两个波的振幅值,可直接从衰减曲线上量取。 实践中,常在衰减曲线上量取m个波形,求得平均的 衰减率:
由振动理论知,对数衰减率δ与阻尼比D的关系为:
对于一般材料的阻尼比都很小,因此
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