超荷载试验（精选7篇）
超荷载试验 篇1
关键词：飞轮齿圈,冲击,超荷载试验
齿圈冲击疲劳试验
1.试验目的
自动挡/手动挡飞轮总成通常由驱动幅板 (飞轮铸件) 和齿圈组成, 驱动幅板 (飞轮铸件) 一端与发动机曲轴端面连接在一起, 另一端则与变扭器端面连接在一起。发动机起动时, 由起动发动机齿轮带动飞轮总成, 从而起动发动机。齿轮冲击疲劳试验台架用于模拟起动发动机齿轮对于飞轮总成齿圈齿的冲击, 完成飞轮总成的齿圈冲击疲劳试验, 考核飞轮总成齿圈的疲劳寿命和设计质量。
2.试验台架
对于各种产品, 设计台架 (见图1) 必须同时具备两个功能:冲击载荷的可调性和冲击次数的可设性。
1.夹具定位立板2.定位齿3.飞轮总成4.气缸5.压力传感器6.齿条7.定位圆柱
3.工作原理
将飞轮总成固定在夹具定位立板上, 装好定位齿和齿条, 由可调压力气缸往复施予预定载荷冲击, 通过传感器传到齿条, 再作用于飞轮总成齿圈的某个单齿上, 历经一定的循环次数, 观察轮齿是否存在裂纹、裂缝或断裂等失效。
4.主要部件工作特性
1) 夹具定位立板可沿预调好的水平导向调节移动, 以适应不同尺寸的各型产品。定位齿座同样可沿水平方向移动, 作用同前。台架可以根据不同形状的产品进行调节, 有良好的通用性。
2) 往复冲击装置采用SMC气缸, 通过空压阀调节设定气缸冲击荷载的大小, 读数直观, 操作方便。
3) 在气缸和齿条之间安装压力传感器, 能随时检测出所受冲击力的大小, 还能与气缸调压阀的调压数据做出对照, 可相互监督比对数据可靠性, 在试验中不易出错。
4) 设有接近开关, 在程序中设置好所需的冲击数值后, 到时即可自动关机, 无须人员看守。
5.其他部件
设备的主要结构形式, 加强型钢板要能够承受冲击振动影响。精度按照设备图样标注要求, 冲击齿的强度要求足够牢固, 以能够承受循环30万次的冲击疲劳。
罗孚1.8T总成超荷载试验
1.试验目的
各型产品在设计阶段都会被考虑到其在日后实际工作条件下的失效状况及模式, 这就需要样品实体失效来验证产品设计结构、工艺及所选材料的合理性。以罗孚1.8T齿圈为例, 疲劳寿命通过标准为:冲击荷载3500N, 冲击次数50 000次循环。在此标准下, 齿圈完成试验后经磁粉探伤未发现存在裂纹、裂缝或断裂等损失, 则视为通过验证。而上述几种失效模式是该型产品在实际工况下最可能发生的几种失效形式, 也是设计工程师在设计阶段之初亟需极力规避的风险。
2.超荷载破坏性试验
由于齿圈冲击实验的特殊性, 其试验频率通常为0.5Hz, 试验次数也在数万次以上, 试验周期较长, 使用标准冲击荷载无法在短时间内测试出结果, 故而超荷载试验对考核总成具备重要意义, 从3500N的标准冲击荷载提高到4500N, 能大幅缩短试验周期, 通过数据比对, 完成对总成的考核。
通过对罗孚1.8T同一齿圈上120°均布1、2、3三齿分别进行冲击试验, 试验载荷均为4500N, 测得数据如下:1齿处外径293.28mm, 厚度8.78mm, 于第23 102次断裂;2齿处外径292.8mm, 厚度8.76mm, 于第29 224次断裂;3齿处外径292.96 mm, 厚度8.74mm, 于第38 324次断裂。
通过在断齿附近齿上分别选取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处测量点进行硬度测量, 测得数据如下:Ⅰ号测量点为齿根圆下方3mm处, Ⅱ号测量点为齿根圆中心处, Ⅲ号测量点为齿表面硬度, 位于齿根圆上方2~3mm处 (见图2) 。
测得硬度:1齿附近Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处硬度分别为20.5HRC、48.7HRC、51.1HRC;2齿附近Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处硬度分别为21.2HRC、50.0HRC、51.1HRC;3齿附近Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处硬度分别为19.3HRC、50.1HRC和50.6HRC。
通过在断齿左右临近齿上分别选取Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ处测量点进行硬度测量, 测得数据如下:Ⅳ号齿顶硬度为齿根圆上方3mm处, Ⅴ号齿根圆硬度为齿根圆处, Ⅵ号硬度为左齿齿谷齿根圆下方0.3mm处, Ⅶ号硬度为左齿齿峰齿根圆下方0.3mm处, Ⅷ号硬度为右齿齿谷齿根圆下方0.3mm处, Ⅸ号硬度为断齿齿根圆下方0.3mm处 (见图3) 。测得硬度见附表。
由附表可以看出, 齿耐冲击次数伴随着齿顶硬度的提高而提高, 而齿根圆及齿根圆下方硬度与齿耐冲击次数无明显规律特性。
结语
本文通过样品实体, 分析了飞轮总成在实际使用中可能出现的失效模式, 再通过罗孚1.8T超荷载实例, 分析了齿耐冲击次数与各项参数间的关系, 希望能为今后的飞轮总成设计、试验台架设计及检测提供参考。
桥梁荷载试验分析 篇2
关键词：荷载试验,静载试验,动载试验
随着高速公路的快速发展, 桥梁建设技术也迈入了一个新的台阶, 目前我国有不同结构的桥梁, 如斜拉桥、悬索桥、拱桥、连续刚构桥等等, 这些桥梁建设完成之后, 最重要的一步就是要做荷载试验, 以确保桥梁的安全使用, 下面对荷载试验进行详述分析。
试验工作主要包含前期准备及现场实施两部分, 前期准备包括结构计算、测试截面和加载方式的确定等, 现场实施内容为荷载试验。
1 荷载试验的目的
通过本次桥梁荷载试验, 主要达到以下目的:
(1) 通过静载试验, 确定结构测试截面的应变分布情况 (包括应变沿截面高度的分布情况) 、截面下缘或上缘的抗裂性等, 并评估桥梁结构实际受力状况;
(2) 通过分析在试验荷载作用下桥梁测试截面的挠度情况, 评估桥梁上部结构刚度及整体性;
(3) 通过动载试验, 掌握桥梁结构的动力特性。
通过以上工作, 掌握桥梁的整体工作状况, 对桥梁承载能力做出综合评价。
2 荷载试验依据
本次荷载试验工作依据或参照以下规范和资料进行:
《公路桥涵养护规范》 (JTG H11-2004) ;
《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (征求意见稿) ;
《大跨径混凝土桥梁的试验方法》 (1982) ;
《混凝土结构试验方法标准》 (GB50152—92) ;
《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) ;
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004) 。
3 计算分析
下面拿一个具体桥梁进行计算分析。结构的计算分析采用桥梁博士软件。上部结构主要参数取自南运河大桥施工图, 桥梁博士计算模型见图1、图2。本桥动载试验分析计算过程中按实际结构建立模型, 并以全真有限元模型来模拟全桥受力情况。试验跨跨中及支点截面尺寸大样见图3。
4 试验思路及内容
4.1 试验思路
根据桥梁的结构特点, 参考以往同类桥梁荷载试验工作的检测经验, 总结出荷载试验的基本思路和方法为:
(1) 依据预应力混凝土连续梁桥的结构及受力特点, 确定荷载试验方案, 主要为控制截面、控制内力、加载方式的确定等。
(2) 荷载试验。根据试验方案, 在结构控制截面有针对性地布置测点, 测试桥梁的实际受力、变形状态。
(3) 综合评定。根据荷载试验的实测数据, 与计算结果进行综合对比分析, 对桥梁的工作状况和承载能力进行综合评定, 确定结构的成桥工作状态。
4.2 试验内容
试验主要包括以下两方面的内容:
(1) 静载试验
根据连续梁桥受力特点及既有同类桥梁的病害特征, 选择结构主要控制截面进行静载试验, 了解测试截面在试验荷载下的应变分布及挠度, 评定桥梁结构的工作状态和承载能力。鉴于本桥上部为变截面预应力混凝土连续箱梁结构, 测试截面按如下选取:A截面 (应变、挠度) 、B截面 (挠度) 、梁端截面 (支点沉降) 。
(2) 动载试验
动载试验主要用于综合了解桥梁结构自身的动力特性, 以评价结构的现有工作状态。
动载试验主要用于综合了解结构自身的动力特性以及结构抵抗受迫振动 (行车) 的能力。试验内容包括脉动试验和行车试验。
5 静载试验测试
5.1 试验加载原则
(1) 试验荷载效率η=Sstat/S×δ应满足:0.8<η≤1.05, 其中:Sstat为试验荷载作用下检测部位变位或力的计算值;S为设计标准荷载作用下变位或力的计算值;δ为设计取用的动力系数。
(2) 试验加载采用分级加载的方式, 共分四级加载, 1级卸载。
(3) 为保证测试数据的可靠性, 每一加载工况稳定约10 min读数。
5.2 试验加载安全监测
试验加载过程中, 实时观测结构控制截面的变位、应力, 如果在未加到预计的最大试验荷载前, 应力或变位提前达到或超过设计标准的容许值, 应立即停止继续加载。
5.3 试验加载方式
试验加载采用42t左右的重车, 根据控制截面的内力影响线, 用加载车布载, 每一测试截面通过移动不同的加载车达到试验目标值, 使控制截面的弯矩与标准活载作用下的设计弯矩之比达到试验荷载效率的要求。
5.4 加载图示
静载试验加载位置经结构分析软件—桥梁博士计算确定, 设计荷载按照公路-I级 (考虑相应的折减系数) 考虑, 按照弯矩等效的原则, 同时要符合对荷载效率在0.8～1.05之间的要求。
5.5 加载工序
本桥静载试验各截面各加载工况实施程序如下:
初始状态 (静载试验加载开始) →预加载→预加载卸零→读取测点初读数
移动加载车至一级加载位置→读取试验数据
移动加载车至二级加载位置→读取试验数据
移动加载车至三级加载位置→读取试验数据
加载车开出主桥桥面, 卸零→读取测点卸载读数 (一个截面静载试验测试结束, 根据各测点的残余情况决定是否进行第二循环加载) 。
6 动载试验测试
桥梁动载试验内容包括脉动试验和行车试验。
6.1 脉动试验
脉动试验主要是在桥面无动荷载以及桥址附近无规则振源的情况下, 测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动等随机荷载激振而引起的桥跨结构微幅振动响应, 进而测定桥跨结构固有振动特性 (自振频率、振型和临界阻尼比) 。
(1) 测试方法:
在封闭交通的情况下, 采用超低频振动传感器测量桥跨结构天然脉动作用下的微小振动响应, 并通过数据采集和信号处理系统对信号进行采集和分析, 获得结构自振频率、振型和阻尼比等桥梁自振特征参数, 以确定桥梁自身的动力特征。
(2) 测试时段:
原则上测试时段选择夜间进行。
(3) 测试时间:
在测记桥跨结构振动响应要注意保证信号完整, 信号测记长度应足够, 并需照顾到各测记通道的动态范围, 小信号足够灵敏, 大信号不饱和, 测记时应配有示波器监视振动响应信号的质量。实测每次测试时间为30min。
6.2 行车试验
在桥面无任何障碍的情况下, 用一辆载重汽车 (总重约42t) 按对称情形, 分别以20km/h、40km/h、60km/h的速度驶过桥跨结构, 测定其截面A (跨中附近) 在行车车辆荷载作用下的动力反应。
7 结论
(1) 通过对桥梁试验跨静载试验应变数据的分析可知, 现浇箱梁强度及抗裂性是否满足设计要求。
(2) 通过对桥梁试验跨静载试验挠度数据的分析可知, 现浇箱梁刚度是否满足设计要求, 并且可以存在一定安全储备。
(3) 桥梁试验跨的各项动力性能指标是否满足设计要求, 同时可以说明试验跨动力性能是否正常。
由于桥梁受各种不利因素的影响, 结构性能在使用过程中发生着不同的变化, 同时也出现了不同程度的损伤, 并且承载能力也逐渐降低, 使本来安全的桥梁演变成为危桥, 所以对现役桥梁结构进行荷载试验是对承载能力评定最有效最直接的方法。
参考文献
[1]胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[2]王国鼎, 袁海庆, 陈开利.桥梁检测与加固[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[3]徐犇.桥梁检测与维修加固百问[M].北京:人民交通出版社, 2002.
[4]张俊平.桥梁检测[M].北京:人民交通出版社, 2002.
清水桥荷载试验研究 篇3
关键词：桥梁结构,荷载试验,承载能力
1 概述
清水桥位于浙江省临海市境内104国道上,主桥为3跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥,引桥为7跨预应力混凝土简支梁桥。桥梁于1994年建成通车。桥梁全长359.00 m,共10跨,跨径组合为(7×25.00+52.00+80.00+52.00)m。桥梁宽度15.5 m(净14.00 m+2×0.75 m护栏)。桥梁设计荷载:汽—20级,挂—100,人群—3.5 kN/m2。桥梁通航标准:五级航道。
通过静力荷载试验,测定桥梁结构在静力试验荷载作用下控制截面的挠度与应变,并通过对试验观测数据和试验现象的综合分析,检验结构控制截面的挠度值和应变值等主要试验测试指标能否符合设计及有关规范、规定的要求,从而掌握桥梁结构在试验荷载作用下的工作性能,对桥梁结构承载能力状况与使用条件做出总体评价[1]。
2 试验方案
2.1 试验内容
荷载试验采用内力等效原则。即用等代荷载在测试截面产生的内力与标准车在测试截面产生的内力等效对加载孔进行测试[2]。
2.2 试验荷载
本次荷载试验以对跨中截面产生的最不利荷载组合(汽车和人群)作为试验的控制荷载。
本次荷载试验取主桥中跨跨中截面为测试截面,为了加载安全、防止结构意外损伤和了解结构应变和变位随试验荷载增加的变化关系,对桥梁荷载试验的加载应分级进行。试验时三级逐级加载和一次卸载,分级方法采用改变加载车的数量来实现。
2.3 加载车位及测点布置
加载车的布置见图1,图2。
本次荷载试验挠度和应变测试截面:第9跨(主桥中跨)跨中截面见图3。
3 试验测试结果及分析
3.1 挠度分析
各级试验荷载作用下实测主桥中跨跨中截面挠度值见表1,同时表1中亦列出了卸载后的相对残余变形。
各级试验荷载作用下各挠度测点挠度实测值与理论计算值对比曲线见图4,满载时挠度校验系数见表2。
从表1中可知,卸载后相对残余变形为3.5%,满足《公路旧桥承载能力鉴定办法》中规定的小于20%的要求,说明结构处于弹性工作状态。
从图4可以看出,在各级试验荷载作用下各挠度测点的挠度变化线性关系良好,说明结构处于弹性工作状态。
从图4,表2可以看出,实测挠度值均小于理论计算挠度值,满载时挠度校验系数最大值为0.78,平均值为0.77,可以满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》小于1的规定[3],说明主桥中跨结构刚度可以满足试验荷载要求。
3.2 应变分析
各级试验荷载作用下实测主桥中跨跨中截面应变测点应变实测值见表3。
从表3中可以看出,主要应变测点的相对残余应变最大值为9.1%,均小于20%,满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》的规定[3],说明结构弹性工作状态良好。
根据各应变测点实测应变值,绘制满载时主桥中跨跨中截面沿梁高应变分布曲线(见图5)。
从图5中可以看出:满载时主桥中跨跨中截面沿梁高应变基本呈线性分布,基本符合平截面假定,说明结构在试验荷载作用下处于弹性工作状态。
根据应变测点实测应变值,计算主要应变测点校验系数见表4。
从表4中可以看出:主要应变测点实测值均小于理论计算值,计算相应的校验系数最大值为0.62,平均校验系数为0.62,小于1,满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》的规定[3]。
4 试验结论
本次荷载试验加载试验荷载效率在0.85～1.05之间,满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》的规定。
满载时实测挠度值均小于理论计算值,挠度平均校验系数均小于1,结构刚度可以满足试验荷载要求。
满载时实测应变值均小于理论计算值,应变平均校验系数均小于1,结构抗弯强度可以满足试验荷载要求。
满载时沿梁高应变基本呈线性分布,试验荷载作用下各种线性关系良好,卸载后相对残余变形(应变)均小于20%,试验荷载作用下结构处于弹性工作状态。
荷载试验结果表明,桥梁刚度和主要控制截面抗弯强度可以满足汽—20荷载要求。
参考文献
[1]张俊平,周建宾.桥梁检测与维修加固[M].北京:人民交通出版社,2006.
[2]崔爱民.银滩黄河大桥静动载实验研究[J].桥梁建设,2002(5):23-25.
动荷载测试试验研究 篇4
对某平衡式振动输送机正常使用阶段 (启动时工况、稳定运行时工况、关机时工况) 进行支点频率、动荷载以及静荷载测试, 得出运行状态下支点的振动频率、动载及静载情况, 分析其对下部主体结构的作用效应 (图1) 。
2 测试方案
2.1 试验整体方案
测试装置主要由轮辐式力传感器、动态应变仪等组成。将力传感器置于测试位置以下, 通过支座板与支腿可靠连接;再将活动支座置于力传感器下方, 通过活动垫板将力传感器调节至设备支腿标高处 (图2) ;将力传感器与动态应变仪通过数据线连接, 并与电脑连接后进行动态采集程序设定, 通过力-时间曲线即可采集其振动频率及动载情况, 输送设备关机起吊后, 可通过传感器测出静载荷。
2.2 测点布置方案
平衡式振动输送机总共有46个支腿, 下设300 mm高的H型钢梁整体式底盘。测试时将活动支腿放置于下部H型整体底盘之上, 将输送机支腿整体架高, 测试支点下设力传感器, 每4个支腿一组, 分12组进行测试。测点布置图如图3所示。
3 测试步骤
(1) 对每个弹簧支点进行编号。共两部分, 第一部分为1~12支点, 第二部分为13~23支点, 共46个支点, 每4个支点为一组进行测试采集。支座5A实物见图4。
(2) 将准备好的活动支座及传感器支座一一对应放置于各弹簧支座边, 调试好仪器设备, 按对应的编号连接好每个传感器。
(3) 将待测的振动设备吊起, 将各活动支座及传感器支座置于对应弹簧支座下, 确保整个振动设备处于同一高度, 支点中心与支撑块中心在同一轴线上。
(4) 将振动设备慢慢降至活动支座和传感器支座上, 待此过程完成后1 min, 对测试采集程序进行清零、平衡。
(5) 点击测试开始, 工人启动振动传输带, 首先采集设备启动时最大动载;继续运行机器, 采集设备稳定运行时的动载;待此阶段测试完成后, 关闭设备, 采集设备关机时的最大动载;再用吊车将振动设备掉起, 采集振动设备的静载, 至此, 一组支点测试完毕。支座23A启动时动载采集见图5。
(6) 重复以上2~5测试过程, 依次对每个支点进行测试, 待测试全部做完后, 关闭仪器, 将振动设备复位。
(7) 待测试完成后, 对实验数据进行初步整理。
4 数据处理
对测试数据进行整理, 每个弹簧支点对应的启动时的最大动载、稳定运行时的动载、关机时的最大动载、静载及振动频率如表1、表2所示。
5 数据分析
5.1 启动时最大动载
由表1、表2得知, 在23组支点中, 启动时的最大动载值在0.35~1.09 k N之间, 其中启动时1~12支点最大动载平均值为0.55 k N, 13~23支点最大动载平均值为0.63 k N;1~12支点中动载最大为支点1B (0.89 k N) , 最小为支点2A (0.38 k N) , 13~23支点中动载最大为支点23A (1.09 k N) , 最小为支点14A (0.35 k N) 与14B (0.35 k N) 。
从启动时最大动载折线图6中可以看出, 在1~12支点中, 处于两端位置的支点启动时动载最大, 中部支点动载测试值都处于中间状态。
如图7所示, 在端点位置23时, 启动的最大动载达到最大, 为1.09 k N。总体呈现的趋势和图6一致。而图7与图6相比, 启动时的动载整体高于前12个支点的。
5.2 设备平稳运行时动载
由汇总表1、表2中的统计可以得到, 设备平稳运行时1~12支点的动载均值为0.21 k N, 最小动载的支点位置是2B支点, 最小值为0.07 k N, 最大支点为5A, 最大值为0.31 k N;13~23支点的动载均值为0.25 k N, 最小动载的支点位置是14B支点, 最小值为0.09 k N, 最大支点为20A, 最大值为0.40 k N。对于同一编号支点的不同A/B侧, 设备平稳运行时的动载基本接近。
图8与图9的曲线图都呈现出“波浪”形状的规律, 两端附近2A/B、11A/B、14A/B、22A/B支点, 动载较低, 而在整段设备的中间部位, 如7A/B与18A/B, 动载值也较低。
5.3 设备关机时最大动载
图10、图11为振动设备关机时的最大动载, 可以看出, 在振动设备端头部分的支点关机时的最大动载都大于中间位置的, 而在设备中间部位5A/B-7A/B、17A/B-19A/B支点在停止关机时的最大动载都远高于3A/B、10A/B、15A/B、21A/B支点。整体的曲线图呈现出字母“W”形状。而与启动时的最大动载图6、图7相比, 也都呈现出两头动载力值大的特点。
5.4 设备静载
图12、图13为支点编号与振动设备的静载力值图。1~12支点中最大值为7.17 k N, 支点位置为8A, 最小为2.36 k N, 支点位置为12B;13~23支点中最大为6.60 k N, 支点位置为15A, 最小为2.24 k N, 支点位置为23A。可以看出, 在端头位置的静载力值都较小。
5.5 支点频率
通过频谱分析, 在第一部分 (1~12支点) 的振动设备振动时, 包括从开始到结束时的平均频率为9.13 Hz, 而第二部分 (13~23) 的振动设备振动时, 包括从开始到结束时的平均频率为9.20 Hz, 如图14、图15所示。
6 测试总结
6.1 启动时动载
(1) 在1~12支点中最大动载为支点0.89 k N, 支点位置为1B, 均值为0.55 k N;
(2) 在13~23支点中最大动载为1.09 k N, 支点位置为23A, 均值为0.63 k N, 整体高于前12个支点的动载;
(3) 处于两端位置的支点启动时动载较大。
6.2 平稳运行时动载
(1) 1~12支点中最大动载为0.31 k N, 支点位置为5A, 均值为0.21 k N;
(2) 13~23支点中最大动载为0.40 k N, 支点位置为20A, 均值为0.25 k N;
(3) 整体的曲线图呈现出“波浪”形状, 对于同一编号支点的不同A/B侧, 设备平稳运行时的动载基本接近。
6.3 关机时动载
(1) 1~12支点中最大动载为2.11 k N, 支点位置为12B, 均值为1.23 k N;
(2) 13~23支点中关机时最大动载为1.88 k N, 支点位置为23A, 均值为1.09 k N;
(3) 整体的曲线图呈现出字母“W”形状。而与启动时的最大动载相比, 也都呈现出两头动载力值大的特点。
6.4 静载
(1) 1~12支点中最大静载为7.17 k N, 支点位置为8A, 均值为4.66 k N;
(2) 13~23支点中最大静载为6.60 k N, 支点位置为15A, 均值为4.67 k N;
(3) 在端头位置的静载的力值都较小。
6.5 支点频率
(1) 1~12支点中频率均值为9.13 Hz;
(2) 13~23支点中频率均值为9.20 Hz。
7 结论
(1) 设备的技术参数中动载为0.16 k N, 实测稳定运行动载均值为0.21~0.25 k N, 基本相符;但设备开关机时最大动载均超过稳定运行时动载数倍之多, 且关机时的瞬时动载最大值达最高, 实际结构设计时应将各支点的此力值作为动载控制值, 否则偏于不安全。
(2) 技术参数中设备频率为7.7~10.8 Hz, 实测频率为9.13~9.20 Hz, 基本相符。结构设计时应考虑钢框架的自振周期, 以免引起共振。
(3) 各支点静载实测平均值约4.66 k N, 按设备技术参数算得平均每个支点约8.5 k N的静载, 此值差距较大, 结构设计时过于保守。
(4) 设备在启动时处于两端位置的支点启动时动载较大, 运行时整体的曲线图呈现出“波浪”形状, 关闭时整体的曲线图呈现出字母“W”形状, 与启动时的最大动载相比, 也都呈现出两头动载力值大的特点。
(5) 此测试为现场测试, 在测试中, 可能由于地面及底盘架不平, 环境温度影响, 支撑垫块高度不齐, 振动设备架置方式等原因, 会对测试结果造成一定的影响, 但是这种影响都在一定的允许误差范围内。
参考文献
[1]GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.
[2]周明华.土木工程结构试验与检测 (第二版) [M].南京:东南大学出版社, 2010.
[3]周健斌, 魏金霞, 李国强.交通动荷载模拟试验成果分析[J].公路与汽运, 2005 (4) :32-34.
[4]方合雪.运营桥梁检测动荷载试验应用综述[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2007 (3) :132-134.
单跨拱桥荷载试验研究 篇5
某桥为跨径88m的下承式无横撑钢管混凝土系杆拱桥。两片拱肋均为哑铃型截面, 均由两根Φ1000×14mm钢管与14mm厚的钢板焊接而成。系梁设在机动车道和非机动车道之间, 箱形截面, 截面高2.0m, 宽3.0m。系梁内配有预应力钢束。吊杆间距4.0m, 由73Φ7镀锌高强钢丝组成。桥面系由预应力混凝土横梁、钢筋混凝土加劲纵梁和槽形板组成。桥面布置为:0.25m (栏杆) +2.5m (人行道) +3m (拱系梁) +21m (机动车道) +3m (拱系梁) +2.5m (人行道) +0.25m (栏杆) 。设计荷载等级为城-A级, 人群荷载集度为3.5kN/m2。
实施成桥静动载试验目的在于检验设计与施工质量, 确定工程的可靠性, 了解桥跨结构的实际工作状态, 判断实际承载能力, 评价其在设计使用荷载下的工作性能。通过动力试验了解桥跨结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力性能, 论证其抗风、抗震性能。
2 荷载试验设计与实施方法
2.1 静载加载设计
试验加载位置与加载工况的确定主要根据设计控制荷载在拱肋、系梁上产生的最不利弯矩效应值, 按0.8～1.05的效率系数等效换算而得[1]。尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率, 同时应考虑简化加载工况, 缩短试验时间, 每一加载工况依据某一检验项目为主, 兼顾其他检验项目。理论计算采用平面专用有限元程序作分析, 根据分析结果该桥主要针对拱肋的拱脚截面、1/4截面、拱顶截面与系梁的正、负最大弯矩以及横梁最大弯矩作等效加载。静载加载过程中采用分级加载, 既可以确保结构的安全, 同时可以测试偏载工况下结构的受力状况。
2.2 静载测试内容与方法
静载加载工况下主要测试拱肋、系梁应力, 吊杆的拉力, 拱肋挠度与系梁挠度。应力测试采用粘贴箔式应变计, 由电阻应变测量系统测量, 温度补偿用搁置在测点附近事先贴好应变花的混凝土块实现补偿。拱肋应力测点布置见图1。
吊杆拉力测定法采用人工激振, 测定时用索夹将传感器固定在拉索上进行激振和信号采集, 可得到索的自振频率, 再由索力和自振频率关系推求索力。
由索的振动微分方程可知[2]:
式中:fn——索的第n阶自振频率;
l——索的计算长度;
n——振动阶数;
g——重力加速度;
W——单位索长的重量。
由索力和自振频率的关系可求得索力T的值。
2.3 动载测试内容与方法
动力测试主要包括自振特性测试、跑车试验跳车试验。自振特性测试方法是测试环境随机荷载激振而引起的桥跨结构微幅振动响应, 通过计算机记录并实施FFT信号处理分析出频域响应结果。行车试验采用车辆以特定速度往返通过桥跨结构, 测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动力反应。障碍行车时在截面处桥面上设置障碍物模拟桥面铺装局部损伤状态, 以测定桥跨结构在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动力反应。由动态应变仪测试主梁的动态应变。
3 静载试验结果与分析
3.1 吊杆拉力测试分析
在工况A和B下, 吊杆拉力见表1。由表1可知吊杆拉力校验系数介于0.76～0.89之间。吊杆拉力结构校验系数处于合理范围内, 吊杆拉力的实测值与计算值相符较好, 表明吊杆受力合理, 符合设计要求。
3.2 拱肋和系梁应力分析
拱肋与系梁的应变在工况A、B、C下实测值和理论值见表2, 其中工况A为跨中最大弯矩工况, 工况B为1/4跨最大弯矩工况, 工况C为拱脚最大弯矩工况。
可见在工况A下, 跨中断面拱肋和系梁的校验系数在0.567～0.891之间 (通常校验系数在0.5～1.1之间) , 均在合理范围之内, 拱肋最大应力介于-7.70～11.424MPa (钢的应力) 之间, 可见应力水平相对较低。
在工况B下, 1/4跨断面拱肋和系梁的校验系数在0.5 5 8～0.8 0 1之间, 均在合理范围之内。拱肋最大应力介于-13.08～15.75MPa (钢的应力) 之间, 可见应力水平并不高。
在工况B下, 拱脚断面拱肋的校验系数在0.613～0.621之间, 均在合理范围之内。实测最大应力介于为-4.158～2.478 MPa (钢的应力) 之间, 可见应力水平较低。
在三种工况下, 应力测试值的绝对量值并不大, 因此可见主梁处于弹性工作状态, 并具有足够的强度。
3.3 拱肋及横梁梁挠度分析
在工况A和工况B下, 各个测点挠度见表3。表3中数据表明挠度的实测值均小于理论值, 并且校验系数介于0.548～0.730之间, 均小于1.00, 满载时, 跨中横梁的实测挠度与理论挠度吻合的较好, 由此可见该桥的实际刚度比理论刚度大, 同时卸载后残余变形较小, 说明结构在弹性工作范围内。
4 动载试验结果与分析
4.1 行车激振结果与分析
无障碍行车是采用一辆30t的重车以5、10、20、30、40、50km/h的速度通过桥面, 测试跨中拱肋上翼缘截面处的动态应变。有障碍行车是重车以5、15、20、25、30km/h的速度通过设置障碍的桥面, 测试跨中拱肋上翼缘截面处的动态应变。测点的冲击系数和行车速度的关系见图1和图2。
由图1可见, 冲击系数随速度增大先增大再降低再增大的趋势, 在10km/h速度时达到第一峰值, 在50km/h速度时达到第二峰值。冲击系数数值介于1.108～1.208之间, 可见无障碍行车对拱肋的冲击系数很小, 说明当桥面平整时, 桥面行车对桥跨结构的冲击作用很小。
图2表明, 冲击系数随速度先增大再降低再增大的趋势, 在10km/h速度附近达到第一峰值, 在30km/h速度附近达到第二峰值。跳车的冲击系数相对较大, 介于1.555～2.707之间, 跳车对桥跨结构的冲击作用显著。可见当桥面不平整时, 通行车辆对桥跨结构冲击作用显著, 不利于桥跨结构受力。因此在桥梁的运营过程中, 应保持桥面的平整性。
4.2 自振特性测试结果与分析
桥跨结构的实测基频为1.768 Hz (一阶面内竖向) , 二阶振动频率为2.951Hz (面内竖向振动) , 可见桥梁振动频率相对较高, 说明桥梁结构整体刚度较好。
5 结语
静力荷载试验和动载试验表明:
(1) 桥跨处于弹性受力状态, 拱肋、系梁受力状况合理, 符合设计要求;
(2) 吊杆拉力合理, 拱肋和系梁有较好的强度;
(3) 桥跨结构具有良好的动力性能, 符合设计要求;
(4) 无障碍行车对桥跨结构的冲击作用很小, 有障碍行车时冲击作用较为明显。建议应尽力保持桥面平整, 以减小行车对桥跨结构的冲击作用。
参考文献
[1]施洲, 曹发辉, 蒲黔辉.大跨度独塔斜拉桥静动载试验研究[J].铁道建筑, 2005 (1) , 16-19
某连续刚构桥荷载试验 篇6
1 工程概况
江西省南昌县金沙大道南延工程K9+355桥为跨友谊渠而建, 上部结构为三跨15m+20m+15m钢筋混凝土连续刚构桥, 砼强度等级为C30。桥面宽30m, 横向共分为等宽的2幅桥, 每幅桥宽15m, 其主跨支点梁高为1.8m, 跨中梁高为0.7m, 梁底曲线为圆曲线。
下部结构为桩接盖梁桥台、薄壁墩, 基础为钻孔灌注桩, 桥台盖梁高1.5m, 宽1.7m, 台下采用单排钻孔灌注桩基础, 桩径为1.5m;薄壁墩厚0.8m, 墩下采用刚筋混凝土承台, 承台厚度1.5m, 台下采用单排钻孔灌注桩基础, 桩径为1.2m。所有基桩均要求进入弱风化泥质粉砂岩不小于1m。
桥梁按照双幅进行设计, 半幅桥面横断面布置形式为:1.5m人行道+2.25m非机动车道+11.25m车行道, 非机动车道和车行道之间未设置永久性分隔带。
2 试验目的及内容
荷载试验的目的是检验桥梁结构的整体受力性能和承载力。主要包括静载试验和动载试验。
静载试验主要包括:应力、应变、挠度、裂缝测试, 其主要目的是掌握结构现有工作状况, 判断桥梁的实际工作状况是否处于正常受力状态。
动载试验主要包括振动波形和动应变测量, 其目的是通过测量的数据和纪录的波形, 得到桥梁结构的冲击系数、自振频率、阵型与阻尼比等动力特性, 以检验桥梁的承载能力、整体刚度, 评定桥梁的整体动力特性。
1) 静载试验
根据设计标准, 利用等效荷载的原则, 考虑沥青混凝土桥面铺装层恒载及设计活载叠加作用, 计算出试验等效荷载。理论计算采用现行的有限元分析软件, 为真实模拟车辆行驶状态及不利情况, 加载工况分为对称布载与偏载工况, 偏载工况车位偏向人行道侧。
测试内容及仪器
(1) 应变测试:采用由弦式数码应变计、集线箱、JMZX-2006综合测试仪组成的采集系统, 测定混凝土结构的静应变值;
(2) 挠度测试:采用精密水准仪测定结构的静挠度和支座沉降;
(3) 裂缝观测:采用裂缝测宽仪对跨中截面梁底、墩顶截面进行观测。
2) 动载试验
动载试验的具体测试项目有:模态试验;跳车试验;跑车试验。
(1) 模态试验 (自振频率测试)
模态试验测试桥跨为右幅桥梁每跨1/4点处均布设测点, 通过在固定点激励 (中跨1/4处) , 移动传感器的方式进行测试, 一共26个测点。见图2。
跳车试验是在桥面无任何障碍的情况下, 用1辆350kN试验车在试验跨越过跳车板以激发桥梁振动, 同时测量桥梁结构的振动响应, 并通过采用高灵敏度的拾振器和放大器测量结构在激励下的振动, 测量桥梁结构的振动响应, 然后进行谱分析, 求出结构自振特性。
跑车试验主要是为了测试冲击系数。动力荷载作用于结构上, 会在结构上产生应变与挠度, 相应的可用测试仪器采集控制断面的动应变或动挠度, 动应变 (挠度) 一般较同样的静荷载所产生的相应静应变 (挠度) 大。动应变 (挠度) 与静应变 (挠度) 的比值称为活荷载的冲击系数。由于应变 (挠度) 反映了桥跨结构在荷载作用下的受力情况, 是衡量结构性能的主要依据, 因此活载冲击系数综合地反映了动力荷载对桥梁结构的动力作用, 它与结构型式, 车辆运行速度和桥面的平整度等有关。
3 试验结果分析
1) 静荷载试验结果评定
(1) 试验荷载下实测值与理论计算值的比值评定
通过分析试验结果可以看出:对于刚筋混凝土桥梁, 在试验荷载作用下, 试验桥跨控制截面最大实测挠度和应变的校验系数均小于1.10, 说明试验跨段主要控制截面的实际强度和刚度满足设计要求。
(2) 实测残余变形值与实测总变形值的比值评定
从试验结果可知, 实测残余变形值与实测总变形值的比值均满足《试验方法》中第3.19条Sp/Stot≤0.20要求, 说明试验跨段结构的弹性工作性能较好, 具有良好的弹性恢复能力。
(3) 裂缝情况的评定
从裂缝检查情况可知, 在加载前、加载后, 试验跨段箱梁跨中截面梁底、墩柱顶等主要受力构件未出现肉眼可见裂缝, 说明结构处于正常工作状态。
(4) 沿梁高应变分布情况的评定
从试验结果数据分析可知, 试验跨梁沿梁高应变测点的实测值基本呈线性变化, 与理论值相关性较好, 符合平截面假定, 说明试验跨段结构处于良好的弹性工作阶段。
2) 动荷载试验结果评定
根据K9+355跨友谊河桥动荷载试验实测数据与理论计算分析如下:
1) 跑车试验实测冲击系数最大为1.25, 小于设计规范理论计算值1.30。
2) 模态试验和跳车试验所得到的桥梁竖向自振特性基本是一致的;实测一阶基本频率6.13Hz略大于理论模型计算值5.87Hz, 表明该桥的动力性能和整体刚度满足设计荷载要求。
4 结论
在试验荷载作用下, 南昌县金沙大道南延工程K9+355跨友谊河桥试验跨段结构的应变、挠度校验系数均小于1.10, 实测残余变形值与实测总变形值的比值满足《试验方法》要求, 主要受力构件未发现肉眼可见的裂缝, 结构处于工作正常状态, 满足设计荷载下的使用要求。
在试验荷载作用下, 桥梁实测一阶基本频率大于理论模型计算值, 实测冲击系数小于设计规范理论计算值, 说明结构处于正常工作状态, 满足设计荷载下的使用要求。
摘要：通过对江西省南昌县某连续刚构桥进行静、动力荷载试验, 测试其在最不利荷载作用下对应位置的应变、应力、挠度。采用DH5923动态信号采集分析系统, 了解结构体系在试验荷载作用下的实际工作状态和受力性能, 综合评价结构的强度、刚度以及整体的工作性能。
关键词：荷载试验,应力,应变,挠度,强度,刚度
参考文献
[1]金中凡, 罗昌红.大跨度连续钢构桥的荷载试验[J].中外公路, 2010, 30 (5) :166-168.
[2]王靖波.小湾大桥荷载试验[J].重庆工商大学学报, 2012, 29 (6) :67-70.
[3]王红囡, 刘华.某钢管混凝土系杆拱桥静荷载试验[J].公路交通科技, 2005, 22 (5) :100-103.
[4]李万恒.西塘大桥主桥静、动荷载试验[J].公路交通科技, 2004, 21 (9) :60-63.
古蔺河特大桥荷载试验分析 篇7
古蔺河特大桥位于四川省泸州市叙永至古蔺高速公路, 桥面宽度:0.5m防撞护栏+11.25m桥梁净宽+0.5m防撞护栏=12.25m。主桥上部结构为三跨预应力混凝土连续刚构, 跨径组合为95+180+95m (见图1) 。分幅设计, 左、右幅主桥采用单箱单室箱形截面, 主要材料:现浇连续刚构主梁采用C60混凝土, 空心薄壁墩采用C40混凝土。设计车速:80km/h, 设计汽车荷载:公路-I级。
2 试验内容
2.1 静载试验
(1) 应变测试。根据各控制截面的控制内力, 在影响线上按各工况依次加载, 在箱梁各控制截面顶板、底板及腹板布置应变测点, 测量各测试截面应变值大小, 并计算其相应的应力及主拉应力。采用在试验截面粘贴混凝土应变片 (阻值120Ω) 测试混凝土应变 (应力) , 并通过不同位置补偿点实现对环境温度等因素的补偿, 应变采用静态数据记录系统自动采集存储; (2) 挠度测试。采用高精密水准仪对挠度测点进行测量。以试验跨外无沉降变形点作为后视点, 以加载前后两次实测高程差作为挠度测试值; (3) 外观检查。试验前后及过程中对各控制截面进行外观检查, 主要检查裂缝的出现和扩展情况。
2.2 动载试验
动载试验包括振动波形和动应变测量, 其目的是通过测量数据和波形, 得到桥梁结构的冲击系数、自振频率、振型和阻尼比等动力特性, 以检验桥梁的承载能力、整体刚度, 并评价桥梁的整体动力特性。
(1) 脉动试验。在桥面无交通荷载、桥梁附近无规则振源的情况下, 测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动或水流等随机荷载激振引起的桥跨结构微幅振动响应, 脉动试验主要测定桥跨结构的模态参数 (包括频率、振型、阻尼比) ; (2) 无障碍行车试验。在桥面无任何障碍的情况下, 用1辆或2辆载重汽车沿桥梁中线, 以10km/h、20km/h、……、60km/h的速度往返通过桥跨结构, 测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动力响应; (3) 跳车试验。模拟桥面铺装局部损伤状态下, 桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动力响应。其基本荷载及作用方法与无障碍行车试验相同;而模拟桥面铺装局部损伤的方法, 是在桥跨结构桥面适当位置设置横断面为高7.5cm、底宽30cm的三角形木板制作的障碍物, 实现对桥面损伤后凹凸起伏的典型化模拟; (4) 刹车制动试验。用1辆载重汽车沿桥梁中线, 以30km/h、40km/h的速度, 在桥梁跨中突然制动, 测试桥跨结构在车辆制动力作用下的动力响应。
3 试验前期工作
3.1 前期调查
试验前收集了设计资料、施工和监理资料、施工监控资料, 并现场调查桥梁结构的总体尺寸, 试验构件截面尺寸, 主要部位的高程, 桥面平整度, 支座工作状况, 材料的物理力学性能, 结构物的裂缝、缺陷、损伤和钢筋锈蚀状况等。
经检查, 箱室内外混凝土色泽均匀, 无明显的浮浆及混凝土强度不够的地方, 各截面尺寸和桥梁线形与设计相符, 表面无可见裂缝。
3.2 方案编制
根据试验控制荷载作用下的结构内力、变位及结构基频等的理论计算结果, 结合测试内容, 按等效原则拟定试验荷载大小、试验工况、加载位置及方法, 制定试验加载、测点布设及测试方案。
根据结构特点, 采用桥梁结构有限元分析软件Midas对结构建立分析模型, 并对弹性阶段进行受力分析 (见图2) 。
各静载试验工况、荷载效率系数及加载车数详见表1。
4 试验结果分析
4.1 主梁应变测试
满载时, 主梁底板、顶板活载应变实测值与理论计算值的比较见表2。
从表2可以看出:应变实测值均小于理论计算值, 应变校验系数在0.50~0.79之间, 满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/TJ21-2011中校验系数η≤1.0的规定。无明显的残余应变, 在试验荷载作用下结构处于弹性受力状态。
4.2 主梁挠度测试
满载时, 挠度实测值与理论计算值的比较见表3。
从表3可以看出:挠度实测值均小于理论计算值, 挠度校验系数在0.64~0.78之间, 满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/T J21-2011中校验系数η≤1.0的规定。相对残余变形在0.04~0.13之间, 满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/T J21-2011相对残余变形不大于0.2的规定。
4.3 动载试验
4.3.1 脉动试验
利用桥梁周围的环境振动来测量桥梁的自振特性, 采用高灵敏度的加速度传感器和先进的振动测试分析系统进行测试, 通过频谱分析得出桥梁结构前3阶模态参数, 见表4。
从表4可以看出:试验桥跨实测前3阶频率与理论计算值比值介于1.19~1.23之间, 表明桥跨结构的动力性能良好;实测阻尼比较小, 介于0.59%~1.14%之间, 说明结构有较好的耗散外部能量输入的能力。
4.3.2 无障碍行车试验
采用1辆35t汽车沿桥梁中线以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的速度往返通过桥跨结构, 在主跨跨中C-C截面布置2个动应变测点, 以实测动应变时程曲线分析计算得出冲击系数。冲击系数理论计算值为0.05, 主跨C-C截面实测行车冲击系数为0.02~0.04之间, 均小于理论计算值。
4.3.3 跳车试验
采用1辆35t汽车沿桥梁中线以30km/h、40km/h的速度通过高7.5cm的三角形垫木, 测定桥梁结构在强迫振动下的动应变响应。实测冲击系数为0.35、0.39, 远大于冲击系数理论计算值, 说明桥面在局部破损状态下车辆冲击对桥跨结构影响很大, 对结构产生不利影响。
4.3.4 刹车试验
采用1辆载35t汽车沿桥梁中线以30km/h的速度, 在桥梁主跨跨中突然刹车, 桥跨结构在车辆制动力作用下的动力响应对桥梁结构竖向影响较小, 对桥梁结构纵向冲击影响较大。
5 结语
通过对古蔺河特大桥大跨径连续刚构桥的静载试验和动载试验及其结果分析得出如下结论: (1) 静载试验各工况所测得的应变、挠度结构校验系数均小于1, 相对残余应变及变形均小于0.2, 控制截面无裂缝产生, 桥梁结构处于弹性工作状态; (2) 动载试验中, 实测基频大于理论计算值;跑车荷载作用下, 实测桥梁结构的冲击系数较小, 跳车荷载对桥梁结构竖向冲击较大, 制动荷载对桥梁结构纵向冲击影响较大; (3) 在整个荷载试验过程中, 桥梁结构无异常反映, 动力响应正常, 桥梁整体性能良好; (4) 试验结果表明, 桥梁满足设计要求, 具有足够的强度和刚度, 在未来的运营中充分发挥作用。同时为保证桥梁结构的耐久性能, 应注意对桥梁的检查维护。
参考文献
[1]宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[2]JTG/T J21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程[S].
[3]JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].