專利名稱：一種測試橋梁支座是否脫空的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試橋梁支座是否脫空的方法。屬土木工程橋梁結(jié)構(gòu)測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
橋梁支座是橋梁中的重要構(gòu)件，用于將上部結(jié)構(gòu)的力傳遞到下部結(jié)構(gòu)中，其受力特點(diǎn)是只能承受壓力，不能承受拉力。如果支座上的壓力消失，則表明該支座沒有起到應(yīng)有的作用，一方面，它改變了橋梁的受力形式，使橋梁沒有處于設(shè)計(jì)中的受力狀態(tài)；另一方面， 支座脫空一般都是橋梁傾覆的先兆。支座脫空往往意味著橋梁處于失控的狀態(tài)，應(yīng)極力避免，否則橋梁結(jié)構(gòu)的安全將受到威脅，因此，橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中時常會要求測試在使支座反力減小的測試荷載(以下簡稱測試荷載)作用下橋梁支座是否脫空。檢查橋梁支座是否脫空的方法一般有兩種。一是壓力傳感器法，即在支座安裝過程中，將傳感器與支座上下放置，使傳感器與支座承受同樣的壓力，通過傳感器所受壓力的變化來判斷支座是否脫空，如果在加載過程中，傳感器壓力減小為0，則表明支座已脫空。該法要求壓力傳感器應(yīng)在支座安裝時一并安裝，所以，對于已建成的橋梁，壓力傳感器法不適用。另一種方法可稱之為刀片法，即在最不利荷載作用下，用很薄的物體探入支座與橋梁之間，如能通過，則表示支座已經(jīng)脫空。該法要求探入的物體很薄，一般采用刀片，所以稱之為刀片法。由于支座和橋梁均為表面粗糙的物體，若刀片能探入，則表明橋梁與支座之間的縫隙已遠(yuǎn)超刀片本身的厚度。反之，若刀片不能探入，并不能說明支座沒有脫空。所以，刀片法有一定的滯后性，由于支座在壓力作用下的變形本來就不大，這種滯后性帶來的誤差還是相當(dāng)可觀的。目前的在役橋梁，基本上都沒有事先安裝過壓力傳感器，如需安裝，則要對橋梁頂升以騰出操作空間后才能安裝。頂升不僅花費(fèi)巨大，而且對橋梁結(jié)構(gòu)來說還存在一定的風(fēng)險，操作不當(dāng)會導(dǎo)致橋梁開裂。而刀片法由于誤差較大，測試結(jié)果往往沒有說服力。因此， 開發(fā)一種無需在施工期間事先安裝傳感器且具有較高靈敏度的測試方法，以解決在役橋梁支座脫空的測試問題，是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種測試在役橋梁在測試荷載作用下支座是否脫空的方法，其目的在于克服傳統(tǒng)的傳感器測試方法需要頂升橋梁、花費(fèi)巨大且可能給橋梁結(jié)構(gòu)帶來巨大風(fēng)險，采用刀片法測試則誤差太大等弊端。本發(fā)明技術(shù)方案不僅簡單易行，而且測試精度高、 無需頂升橋梁，易于推廣。理論研究證明某支座脫空時，相當(dāng)于橋梁在該處無支座。橋梁在有支座和無支座情況下的變形規(guī)律是不同的，一般來說，由于支座剛度很大，在單位荷載作用下，有支座的梁在支座位置處的變形是很小的，而當(dāng)支座脫空時，支座處的變形將成倍放大，一般會超過 10倍。
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支座在正常使用荷載范圍內(nèi)表現(xiàn)為較好的彈性特征，在加載和卸載過程中，其變形規(guī)律是可逆的。對支座脫空工況施加測試荷載，相當(dāng)于對支座實(shí)施卸載。因此，對尚未脫空的支座施加測試荷載時，理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線會先經(jīng)歷曲線斜率較小的過程，在支座脫空后，曲線斜率將成倍增加，理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線出現(xiàn)斜率增大的拐點(diǎn)。對于本來就已脫空的支座或施加測試荷載過程中一直沒有脫空的支座，其理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線不會出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，此時，可結(jié)合無支座情況下的理論支反力增量-理論相對位移曲線，依據(jù)實(shí)測曲線斜率與理論曲線斜率的比值，判斷支座是否脫空。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案1、一種測試橋梁支座是否脫空的方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行A)在支座上接觸面即主梁底面與支座下接觸面即墩柱或蓋梁頂面之間設(shè)置位移測量裝置；B)在橋面上布置測試荷載，將該荷載分級，并計(jì)算在各級測試荷載作用下該支座處的理論支反力增量；C)測量在各級測試荷載作用下支座上接觸面與支座下接觸面的相對位移，并繪制理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線；D)計(jì)算在各級測試荷載作用下支座上接觸面與支座下接觸面的相對位移，并繪制理論支反力增量-理論相對位移曲線；E)根據(jù)實(shí)測曲線斜率與理論曲線斜率的關(guān)系，判斷支座是否脫空(1)如理論支反力增量-實(shí)測位移曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，則表明在拐點(diǎn)處理論支反力增量所對應(yīng)的荷載作用下，支座發(fā)生脫空；(2)如理論支反力增量-實(shí)測位移曲線未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，可結(jié)合無支座情況下的理論支反力增量-理論相對位移曲線，判斷支座是否脫空，若實(shí)測曲線斜率與理論曲線斜率的比值小于某一界限，則說明支座沒有脫空；否則說明支座在試驗(yàn)前已脫空。所述的位移測量裝置一般是千分表、百分表或5mm以下的小量程位移計(jì)，其最小分辨率須達(dá)到0. 02mm。所述的測試荷載指可使支座反力減小的荷載。所述的荷載分級不少于4級。所述的明顯拐點(diǎn)是指該點(diǎn)前與該點(diǎn)后的斜率之比小于1 3。所述的實(shí)測曲線斜率與理論曲線斜率比值界限為0. 2。本發(fā)明所述的荷載分級是指將測試荷載分多次施加，例如當(dāng)測試荷載為4輛汽車時，可分4次，每次施加一輛汽車的重量。本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是(1)方案簡單、易于實(shí)施，無需在橋梁架設(shè)的當(dāng)初安裝傳感器，也無需在測試橋梁支座是否脫空時頂升橋梁，安裝傳感器，因此特別適用于在役橋梁的支座脫空測試；(2)有無支座的理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線斜率差別大，根據(jù)該曲線斜率很容易辨別支座是否脫空，測試精度高；(3)對支座類型和支座環(huán)境無限制，即使支座被覆蓋、遮擋，也可以在支座周圍安裝位移傳感器測試，適用范圍廣。


圖1為本發(fā)明測試方案示意圖；圖2為本發(fā)明測試結(jié)果示意圖。圖1中1.被測試支座，2.測試荷載，3.支座上接觸面，4.支座下接觸面，5.千分表。圖2中I.支座一直未脫空，II.支座在試驗(yàn)中脫空，III.支座在試驗(yàn)前脫空。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)和方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。某兩跨連續(xù)鋼箱梁橋，如圖1所示三個橋墩上各布置有支座。理論計(jì)算結(jié)果表明，邊墩支座反力較小。把邊墩支座視為被測試支座1，本實(shí)施例的目標(biāo)是測試在荷載作用下，被測試支座1是否脫空。使用的位移測量裝置是千分表5。首先在支座上接觸面3即主梁底面和支座下接觸面4即蓋梁頂面之間安裝千分表 5。分別記錄每級加載的荷載噸位和千分表5的相應(yīng)讀數(shù)，并結(jié)合所施加的荷載計(jì)算理論支反力增量，繪出理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線。為得到三種不同類型的曲線，試驗(yàn)分三次進(jìn)行，三次試驗(yàn)的荷載采用累加的方式施加，即后一次試驗(yàn)在前一次試驗(yàn)荷載的基礎(chǔ)上繼續(xù)施加。三次試驗(yàn)所施加的荷載將使支座經(jīng)歷從不脫空到脫空的過程，三次試驗(yàn)中分別將測試荷載分為4級、8級和4級，每級荷載所對應(yīng)的支反力增量分別為-50kN、-25kN和-50kN。為方便比較，在數(shù)據(jù)處理時，將三次試驗(yàn)的初始理論支反力增量和初始相對位移均設(shè)為0。測試得到的理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線出現(xiàn)如圖2所示的3種形式?？梢钥闯銮€II明顯是由兩段斜率不同的線段組成，其中，左邊線段的斜率要遠(yuǎn)小于右邊線段，斜率比約為1 6，小于1 3，表明支座脫空發(fā)生在試驗(yàn)過程中，根據(jù)曲線拐點(diǎn)所對應(yīng)的橫坐標(biāo)可推算脫空發(fā)生時所施加的荷載。曲線III的斜率未發(fā)生明顯的變化，未出現(xiàn)拐點(diǎn)，但曲線斜率接近于支座脫空情況下的理論曲線斜率，表明試驗(yàn)前支座就已經(jīng)脫空了。曲線I的斜率也未發(fā)生明顯的變化，未出現(xiàn)拐點(diǎn)，且曲線斜率遠(yuǎn)小于支座脫空情況下的理論曲線斜率，斜率比約為0. 17，小于0.2，表明試驗(yàn)過程中支座一直未脫空。
權(quán)利要求
1.一種測試橋梁支座是否脫空的方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行A)在支座上接觸面即主梁底面與支座下接觸面即墩柱或蓋梁頂面之間設(shè)置位移測量裝置；B)在橋面上布置測試荷載，將該荷載分級，并計(jì)算在各級測試荷載作用下該支座處的理論支反力增量；C)測量在各級測試荷載作用下支座上接觸面與支座下接觸面的相對位移，并繪制理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線；D)計(jì)算在各級測試荷載作用下支座上接觸面與支座下接觸面的相對位移，并繪制理論支反力增量-理論相對位移曲線；E)根據(jù)實(shí)測曲線斜率與理論曲線斜率的關(guān)系，判斷支座是否脫空(1)如理論支反力增量-實(shí)測位移曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，則表明在拐點(diǎn)處理論支反力增量所對應(yīng)的荷載作用下，支座發(fā)生脫空；(2)如理論支反力增量-實(shí)測位移曲線未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，可結(jié)合無支座情況下的理論支反力增量-理論相對位移曲線，判斷支座是否脫空，若實(shí)測曲線斜率與理論曲線斜率的比值小于某一界限，則說明支座沒有脫空；否則說明支座在試驗(yàn)前已脫空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試橋梁支座是否脫空的方法，其特征在于所述的位移測量裝置最小分辨率須達(dá)到0. 02mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試橋梁支座是否脫空的方法，其特征在于所述的測試荷載是指可使支座反力減小的荷載。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試橋梁支座是否脫空的方法，其特征在于所述的荷載分級不少于4級。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試橋梁支座是否脫空的方法，其特征在于所述的明顯拐點(diǎn)是指該點(diǎn)前與該點(diǎn)后的斜率之比小于1 3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試橋梁支座是否脫空的方法，其特征在于所述的實(shí)測曲線斜率與理論曲線斜率比值界限為0. 2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測試橋梁支座是否脫空的方法，利用位移測量裝置，在分級加載過程中測量支座上、下接觸面之間的距離變化；根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)所得到的理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線，并結(jié)合無支座情況下的理論相對位移計(jì)算曲線，可判斷橋梁支座是否脫空。如果理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線中出現(xiàn)斜率增大的拐點(diǎn)，則表明在拐點(diǎn)處的荷載作用下，支座發(fā)生脫空；如果理論支反力增量-實(shí)測相對位移曲線未出現(xiàn)拐點(diǎn)，且實(shí)測曲線斜率與理論曲線斜率的比值小于某一界限，則表明支座沒有脫空；否則表明支座在試驗(yàn)前已脫空。本發(fā)明方案簡單、易于實(shí)施，無需在施工期間提前安裝傳感器，無需頂升橋梁，測試精度高，特別適用于在役橋梁的支座脫空測試。
文檔編號G01M5/00GK102507248SQ20111035326
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者周正茂 申請人:上海同豪土木工程咨詢有限公司