桥梁检测与加固实验报告.docx

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桥梁检测与加固实验报告

桥梁检测与加固实验报告

学生：

施宏侣

学生学号：

U201215572

所在班级：

道桥1202班

华中科技大学土木工程与力学学院

2016年01月

实验一　混凝土块无损实验

实验二悬索桥缩尺模型实验

实验三钢筋混凝土梁正截面受弯性能实验

实验四连续梁荷载横向分布实验

实验五、钢框架动载试验

实验一、混凝土块无损实验

【实验时间】

2015年12月18日上午

【实验说明】

一、无损实验包括混凝土完整性、裂缝深度、钢筋保护层厚度和钢筋分布实验。

试验模型试验仪器

如图，在混凝土块的右侧划线交点处作为节点来通过超声波测时间来检测混凝土块中是否有损伤。

裂缝深度是通过将仪器对准一条侧线测超声波的速度来反映是否有裂缝，如有裂缝则速度会发生改变。

【实验数据】

混凝土完整性实验数据

图一

图二

混凝土裂缝深度实验数据

图三

钢筋保护层厚度和钢筋分布实验由于实验仪器故障，故未做。

【实验分析】

根据图一完整性实验数据分析，我们知道速度均在4.2km/s和3.9km/s附近变化，说明其混凝土块还是有损伤的，不然在同样距离的情况下，超声波传播的速度应该是一样的，

有图可知，b方向应该是完整性较好，其他线都或有损伤。

图二为另一方向的完整性测试，速度在4.0km/s和3.6km/s附近变化，也发现其有损伤。

有无裂缝对超声波传播的速度也是有影响的，在无裂缝情况下，超声波会沿着最短的路径传播，而如果有裂缝的话那超声波的传播速度就会变化，图三就反映了这种变化。

实验二、悬索桥缩尺模型实验

【实验时间】

2015年12月18日下午

【实验说明】

（一）静载试验

1、贴应变片；

2、安装位移计；

3、预加载：

预加载一级荷载（在主跨L/2、L/4、3L/4，边跨L/2上同时加载），每加载点15kN，每级停歇5分钟后读取数据。

同时检查试验装置，试件和仪表工作是否正常，然后卸载，发现问题及时排除；

4、正式加载：

仪表重新调零后，重新加载试验，共加载三种荷载工况，具体如下：

1）主跨满载：

在主跨L/2、L/4、3L/4的加载点上分两级加载，每级加载点15kN，每级停歇5分钟后读取试验数据；

2）边跨满载：

在边跨L/2加载点上分两级加载，每级每加载点15kN，每级停歇5分钟后读取试验数据；

3）全桥满载：

在边跨L/2和主跨L/2上分两级加载，每级每加载点15kN，每级停歇5分钟后读取试验数据；

4）卸载：

在以上各加载工况下分两级卸载，每级15kN，并停歇5分钟读取试验数据；

5）重复一次加载、卸载，读取试验数据。

（二）动载试验

1、结构模型上传感器与动态应变仪连接，设置好位移计，将全部仪器调零；

2、加载车按一定的速度在桥梁模型上运动，测量各测点的应变和跨中的动挠度；

3、改变加载车的运动速度，重复以上步骤。

【实验数据及分析】

一、测点布置、试验装置和测试系统图

二、数据

静载实验数据一、

静载实验数据二、

三、悬索桥缆索变化计算与分析（图中，S代表索力，B代表位移，Y代表应变）

a、主跨满载时

1、主梁力—荷载曲线图

左半桥

右半桥

2、主塔力—荷载曲线图

3、索力—荷载曲线图

左半桥

右半桥

4、位移—荷载曲线图

b、边跨满载时

1、主梁力—荷载曲线图

左半桥

右半桥

2、主塔力—荷载曲线图

3、索力—荷载曲线图

左半桥

右半桥

4、位移—荷载曲线图

c、全桥满载时

1、主梁力—荷载曲线图

左半桥

右半桥

2、主塔力—荷载曲线图

3、索力—荷载曲线图

左半桥

右半桥

4、位移—荷载曲线图

四、动载试验

固有频率

加速度与时间

实验三、钢筋混凝土梁正截面受弯性能实验

【实验时间】

2015年12月25日上午

【实验说明】

试件尺寸

据上述试验梁，完成实验设计（加载设计和观测设计）。

主要确定实验加载装置、加载制度；进行测点布置和仪器选择。

1、加载系统设计

2、加载程序

根据开裂荷载、标准荷载和破坏荷载进行加载制度设计，采用分级加载，在标志荷载时细分2-4级，并给出加载程序表。

（1）开裂荷载确定

为准确测定开裂荷载值，实验过程中应注意观察第一条裂缝的出现。

在此之前应把荷载级取为标准荷载的5%。

（2）破坏荷载确定

当试件进行到破坏时，注意观察试件的破坏特征并确定其破坏荷载值。

当发现下列情况之一时，即认为该构件已经达到破坏，并以此时的荷载作为试件的破坏荷载值。

●正截面强度破坏：

①受压混凝土破坏;

②纵向受拉钢筋被拉断;

③纵向受拉钢筋达到或超过屈服强度后致使构件挠度达到跨度的1/50；或构件纵向受拉钢筋处的最大裂缝宽度达到1.5毫米。

●斜截面强度破坏

①受压区混凝土剪压或斜拉破坏；

②箍筋达到或超过屈服强度后致使斜裂缝宽度达到1.5毫米；

③混凝土斜压破坏。

●受力筋在端部滑脱或其它锚固破坏。

【实验结果及分析】

应变与挠度记录表

测点

荷载

钢筋

应变

混凝土应变

με

挠度

mm

荷载

级数

荷载值

1

2

1

2

3

4

1

2

3

4

5

预载

0

-1

1

0

1

0

0

0.003

0

0

0

0.003

4

13

13

21

6

-3

-12

0.003

0.177

0.007

-0.23

0.017

8

41

41

64

19

-8

-32

-0.06

0.363

0.007

-0.06

0

12

98

83

141

46

-10

-59

-0.153

0.557

0.007

0.1

0.017

标准加载

14

129

107

190

65

-9

-72

-0.197

0.68

0.007

0.2

0.013

16

162

130

224

89

-5

-83

-0.237

0.8

0.007

0.31

0.023

18

195

156

289

116

-3

-98

-0.253

0.92

0.007

0.427

0.023

20

232

183

351

144

2

-112

-0.273

1.04

0.013

0.527

0.023

22

270

214

417

179

9

-127

-0.283

1.163

0.013

0.767

0.017

24

311

245

497

224

19

-147

-0.31

1.3

0.09

0.787

0.02

26

349

275

570

263

30

-155

-0.333

1.437

0.217

0.973

0.023

28

386

305

643

300

37

-169

-0.36

1.557

0.34

1.027

0.017

32

450

368

769

361

51

-198

-0.38

1.82

0.583

1.27

0.017

34

487

401

838

395

56

-215

-0.37

1.94

0.727

1.407

-0.007

破坏加载

38

552

475

964

459

68

-245

-0.38

2.217

1.043

1.68

-0.013

42

618

540

1078

524

80

-275

-0.383

2.547

1.327

1.937

-0.01

46

685

584

1208

610

96

-306

-0.38

2.783

1.637

2.237

-0.007

50

750

655

1386

687

115

-335

-0.38

3.393

1.943

2.543

-0.007

54

817

714

1510

776

139

-367

-0.38

3.403

2.273

2.88

0

58

886

783

1645

853

153

-405

-0.38

4.2

2.74

3.413

-0.003

62

949

864

1781

928

164

-439

-0.39

4.757

3.42

3.973

-0.003

66

1011

914

1895

991

172

-475

-0.397

9.373

3.913

4.503

-0.003

70

1180

2487

2113

1133

273

-500

-0.403

7.057

4.51

5.23

0.003

实验现象描述及裂缝分布图

如图，随着荷载的逐渐增大，梁逐渐出现裂缝并变大，且裂缝成斜向分布。

当最终梁被破坏是，斜裂缝贯穿整个梁。

1、荷载挠度曲线、荷载应变曲线

1、钢筋荷载—应变曲线图

2、混凝土荷载—应变曲线图

2、梁荷载—挠度曲线图

四、实验值与理论值对比分析

钢筋混凝土梁在荷载为66KN的时候遭到破坏，为破坏荷载。

受力截面积S=2*0.12=0.24平米

破坏强度=66000/0.24=275MP与理论值相差不多，所以为合格梁

但是从破坏裂缝来看，主要为斜裂缝，其斜筋配筋不够，应当加强。

实验四、连续梁荷载横向分布实验

【实验时间】

2015年12月25日下午

【实验说明】

一、实验目的

1.增强对刚接板（梁）桥基本构造特征，以及肋、板、横向联系构造和支座功能与作用的感性认识；

2.深化理解荷载作用下，刚接板（梁）桥结构构件中的传力过程，该桥型的受力特性及力分布情况；

3.计算荷载作用下的横向分布系数，验证荷载横向分布原理的合理性；

4.培养学生进行结构实验与量测的动手能力和科学研究的分析能力。

二、实验设备及仪器

1.试件

　　横向由7片T梁组成的连续梁。

如图1-1所示。

２.主要仪表及用途

（1）静态电阻应变仪KD7024：

测量应变值。

（2）千分表或位移计：

测量主梁线位移。

　　（3）应变计：

测量主梁应变。

（4）静态数据采集系统：

采集实验数据

３.加载设备

液压同步加载系统。

三、实验方法及步骤

（一）加载方案

（1）荷载工况Ⅰ，横向均布线荷载作用在单跨跨中L/2处；

（2）荷载工况Ⅱ，单个集中力作用在单跨1号梁跨中L/2处；

（3）荷载工况Ⅲ，单个集中力作用在单跨2号梁跨中L/2处；

（4）荷载工况Ⅳ，单个集中力作用在单跨3号梁跨中L/2处；

（5）荷载工况Ⅴ，单个集中力作用在单跨4号梁跨中L/2处；

（6）荷载工况Ⅵ，单个集中力作用在单跨4号梁跨中L/4处；

（7）荷载工况Ⅶ，单个集中力作用在单跨4号梁跨中L/8处；

（8）荷载工况Ⅷ，单个集中力作用在单跨4号梁支点处。

（二）测点布置

（1）应变片顺桥向粘贴于每片梁肋跨中底面、腹板侧面或顶板面处；

（2）千分表或位移计，在单跨每片梁底的支点、L/8、L/4和L/2处各设一个；

（3）压力传感器或机械测力计，在梁端支承处，于1号、3号、5号、7号梁下各布设一个。

图1-1加载位置和测点布置

（三）实验步骤

1、量测模型各部几何尺寸，标出荷载和测点位置；

2、确定模型材料的容重、弹性模量、剪切模量、泊松比，以及材料的力学指标，如比例极限、屈服强度、极限强度、标准强度和设计强度等；

3、选择并粘贴应变片，选择并安设千分表（或位移计）、力（或荷重）传感器或机械测力计；

4、安设加载系统，并进行调试和标定；

5、调试和标定仪器、仪表，检查线路；

6、预载后进行正式试验。

（1）施加初荷载，待稳定后读取荷载、应变、挠度和反力等初读数；

（2）继续加载，待稳定后读取荷载、应变、挠度和反力等读数值。

继续加载须按同一标准量值重复进行两次，如两次加载的试验量测值相差10%及以上时，应再加载一次，直至满足要求。

四、实验报告容

1.两次继续加载的平均值与初始加载之差作为计算荷载，与之相应的应变、挠度、反力的平均值与初始值之差，分别作为计算荷载作用下的应变、挠度和反力。

2.相应于每一种荷载工况，分别根据应变、挠度及反力，计算肋板梁桥的荷载横向分布系数，并与理论计算值进行对比分析。

3、按荷载工况所计算的荷载横向分布系数，绘制横向分布系数沿桥跨方向的变化曲线，并与实用计算方法对比分析。

【实验数据及分析】

应变片位置

实验数据

实验五、钢框架动载试验

【实验时间】

2016年1月8日上午

【实验说明】

本实验采用初位移法、初速度法、脉动法测结构动力特性和动力反应。

其中初位移法分为模式一和模式二。

模式一为前后有横撑，左右无横撑，模式二为前后有横撑，左右第一层加横撑。

实验采用一个五层钢框架进行，其中柱脚贴应变片测柱动应变，第四层装上加速度传感器，顶层中部有位移计。

【实验数据】

初位移法（模式一）用一根绳子前后向拉钢框架使其震动并通过DH-5956动态信号测试分析系统获得其实时动态图。

其道一接加速度传感器、通道二接应变传感器、通道三接位移传感器。

图一

图二

图三

图四

图五

图六

图一、二、三分别为加速度、位移、应变的动态图；图四、五、六分别为其对应的频谱分析图。

初速度法是用锤子轻轻敲击（以防传感器受损）钢框架使其震动，再通过DH-5956动态信号测试分析系统获得其实时动态图。

其道一接加速度传感器、通道二接应变传感器、通道三接位移传感器。

图七

图八

图七为加速度的动态图，图八为其对应的频谱分析图。

脉动法是不需要任何加载或处位移，只需通过自然界的声音，并将DH-5956动态信号测试分析系统的灵敏度调到最大，测其动态图。

此时需要周围保持安静。

图九

图十

图九为加速的的动态图，图十为其对应的频谱分析图。

模式二下的初位移法如之前所述，是在钢框架的第一层加左右方向的横撑，试验方法如模式一一样。

图十一

图十二

图十一为位移的动态图，图十二为其对应的频谱分析图。

【实验分析】

模式一与模式二的对比：

模式一与模式二均采用初位移法，所不同的在于模式二中钢框架的底层加有左右方向的横撑。

根据图六与图十二的对比，我们发现模式一中的频谱分析曲线中有一个主峰，频率为2.54HZ，模式二中有三个峰（分别为前三个振型），频率分别为2.83HZ、8.59HZ、14.31HZ。

此处我们对比分析第一个峰，发现模式二下的固有频率比模式一的高，这也符合实际情况，毕竟模式二增加横撑使结构整体刚度加大，固有频率增大。

初位移法、初速度法和脉动法的对比

初位移法中根据加速度频谱分析曲线得到频率为2.59HZ，根据应变频谱分析曲线得到频率为2.59HZ，根据位移频谱分析曲线得到频率为2.54HZ.基本相同，符合要求。

初速度法中根据加速度频谱分析曲线得到的三个峰的频率分别为2.69HZ、8.40HZ、17.18HZ。

其中第一个峰的频率与初位移法差不多。

脉动法中根据根据加速度频谱分析曲线得到的三个峰的频率分别为2.93HZ、8.45HZ、16.60HZ。

其中第一个峰与初位移法的频率相差较大，原因在于做脉动试验时，实验室中同时有其他试验在进行，发出的声音影响到脉动法。

综合以上三种方法，我们发现其测固有频率的结果还是很接近的。

但实际桥梁检测中，测固有频率采用较多的方法还是脉动法和初速度法，毕竟没有那么大的力个一个大的结构物一个初始位移。

综合别叫脉动法和初速度法，脉动法通常用于风载和大跨度的桥梁中，而初速度法通常是使用跳车试验来进行。