专利名称：一种测试桥梁支座是否脱空的方法
技术领域：
本发明涉及一种测试桥梁支座是否脱空的方法。属土木工程桥梁结构测试技术领域。
背景技术：
桥梁支座是桥梁中的重要构件，用于将上部结构的力传递到下部结构中，其受力特点是只能承受压力，不能承受拉力。如果支座上的压力消失，则表明该支座没有起到应有的作用，一方面，它改变了桥梁的受力形式，使桥梁没有处于设计中的受力状态；另一方面， 支座脱空一般都是桥梁倾覆的先兆。支座脱空往往意味着桥梁处于失控的状态，应极力避免，否则桥梁结构的安全将受到威胁，因此，桥梁结构试验中时常会要求测试在使支座反力减小的测试荷载(以下简称测试荷载)作用下桥梁支座是否脱空。检查桥梁支座是否脱空的方法一般有两种。一是压力传感器法，即在支座安装过程中，将传感器与支座上下放置，使传感器与支座承受同样的压力，通过传感器所受压力的变化来判断支座是否脱空，如果在加载过程中，传感器压力减小为0，则表明支座已脱空。该法要求压力传感器应在支座安装时一并安装，所以，对于已建成的桥梁，压力传感器法不适用。另一种方法可称之为刀片法，即在最不利荷载作用下，用很薄的物体探入支座与桥梁之间，如能通过，则表示支座已经脱空。该法要求探入的物体很薄，一般采用刀片，所以称之为刀片法。由于支座和桥梁均为表面粗糙的物体，若刀片能探入，则表明桥梁与支座之间的缝隙已远超刀片本身的厚度。反之，若刀片不能探入，并不能说明支座没有脱空。所以，刀片法有一定的滞后性，由于支座在压力作用下的变形本来就不大，这种滞后性带来的误差还是相当可观的。目前的在役桥梁，基本上都没有事先安装过压力传感器，如需安装，则要对桥梁顶升以腾出操作空间后才能安装。顶升不仅花费巨大，而且对桥梁结构来说还存在一定的风险，操作不当会导致桥梁开裂。而刀片法由于误差较大，测试结果往往没有说服力。因此， 开发一种无需在施工期间事先安装传感器且具有较高灵敏度的测试方法，以解决在役桥梁支座脱空的测试问题，是非常必要的。
发明内容
本发明公开了一种测试在役桥梁在测试荷载作用下支座是否脱空的方法，其目的在于克服传统的传感器测试方法需要顶升桥梁、花费巨大且可能给桥梁结构带来巨大风险，采用刀片法测试则误差太大等弊端。本发明技术方案不仅简单易行，而且测试精度高、 无需顶升桥梁，易于推广。理论研究证明某支座脱空时，相当于桥梁在该处无支座。桥梁在有支座和无支座情况下的变形规律是不同的，一般来说，由于支座刚度很大，在单位荷载作用下，有支座的梁在支座位置处的变形是很小的，而当支座脱空时，支座处的变形将成倍放大，一般会超过 10倍。
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支座在正常使用荷载范围内表现为较好的弹性特征，在加载和卸载过程中，其变形规律是可逆的。对支座脱空工况施加测试荷载，相当于对支座实施卸载。因此，对尚未脱空的支座施加测试荷载时，理论支反力增量-实测相对位移曲线会先经历曲线斜率较小的过程，在支座脱空后，曲线斜率将成倍增加，理论支反力增量-实测相对位移曲线出现斜率增大的拐点。对于本来就已脱空的支座或施加测试荷载过程中一直没有脱空的支座，其理论支反力增量-实测相对位移曲线不会出现明显的拐点，此时，可结合无支座情况下的理论支反力增量-理论相对位移曲线，依据实测曲线斜率与理论曲线斜率的比值，判断支座是否脱空。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案1、一种测试桥梁支座是否脱空的方法，其特征在于按照如下步骤进行A)在支座上接触面即主梁底面与支座下接触面即墩柱或盖梁顶面之间设置位移测量装置；B)在桥面上布置测试荷载，将该荷载分级，并计算在各级测试荷载作用下该支座处的理论支反力增量；C)测量在各级测试荷载作用下支座上接触面与支座下接触面的相对位移，并绘制理论支反力增量-实测相对位移曲线；D)计算在各级测试荷载作用下支座上接触面与支座下接触面的相对位移，并绘制理论支反力增量-理论相对位移曲线；E)根据实测曲线斜率与理论曲线斜率的关系，判断支座是否脱空(1)如理论支反力增量-实测位移曲线出现明显拐点，则表明在拐点处理论支反力增量所对应的荷载作用下，支座发生脱空；(2)如理论支反力增量-实测位移曲线未出现明显拐点，可结合无支座情况下的理论支反力增量-理论相对位移曲线，判断支座是否脱空，若实测曲线斜率与理论曲线斜率的比值小于某一界限，则说明支座没有脱空；否则说明支座在试验前已脱空。所述的位移测量装置一般是千分表、百分表或5mm以下的小量程位移计，其最小分辨率须达到0. 02mm。所述的测试荷载指可使支座反力减小的荷载。所述的荷载分级不少于4级。所述的明显拐点是指该点前与该点后的斜率之比小于1 3。所述的实测曲线斜率与理论曲线斜率比值界限为0. 2。本发明所述的荷载分级是指将测试荷载分多次施加，例如当测试荷载为4辆汽车时，可分4次，每次施加一辆汽车的重量。本发明最大的优点和积极效果是(1)方案简单、易于实施，无需在桥梁架设的当初安装传感器，也无需在测试桥梁支座是否脱空时顶升桥梁，安装传感器，因此特别适用于在役桥梁的支座脱空测试；(2)有无支座的理论支反力增量-实测相对位移曲线斜率差别大，根据该曲线斜率很容易辨别支座是否脱空，测试精度高；(3)对支座类型和支座环境无限制，即使支座被覆盖、遮挡，也可以在支座周围安装位移传感器测试，适用范围广。
图1为本发明测试方案示意图；图2为本发明测试结果示意图。图1中1.被测试支座，2.测试荷载，3.支座上接触面，4.支座下接触面，5.千分表。图2中I.支座一直未脱空，II.支座在试验中脱空，III.支座在试验前脱空。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构和方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。某两跨连续钢箱梁桥，如图1所示三个桥墩上各布置有支座。理论计算结果表明，边墩支座反力较小。把边墩支座视为被测试支座1，本实施例的目标是测试在荷载作用下，被测试支座1是否脱空。使用的位移测量装置是千分表5。首先在支座上接触面3即主梁底面和支座下接触面4即盖梁顶面之间安装千分表 5。分别记录每级加载的荷载吨位和千分表5的相应读数，并结合所施加的荷载计算理论支反力增量，绘出理论支反力增量-实测相对位移曲线。为得到三种不同类型的曲线，试验分三次进行，三次试验的荷载采用累加的方式施加，即后一次试验在前一次试验荷载的基础上继续施加。三次试验所施加的荷载将使支座经历从不脱空到脱空的过程，三次试验中分别将测试荷载分为4级、8级和4级，每级荷载所对应的支反力增量分别为-50kN、-25kN和-50kN。为方便比较，在数据处理时，将三次试验的初始理论支反力增量和初始相对位移均设为0。测试得到的理论支反力增量-实测相对位移曲线出现如图2所示的3种形式。可以看出曲线II明显是由两段斜率不同的线段组成，其中，左边线段的斜率要远小于右边线段，斜率比约为1 6，小于1 3，表明支座脱空发生在试验过程中，根据曲线拐点所对应的横坐标可推算脱空发生时所施加的荷载。曲线III的斜率未发生明显的变化，未出现拐点，但曲线斜率接近于支座脱空情况下的理论曲线斜率，表明试验前支座就已经脱空了。曲线I的斜率也未发生明显的变化，未出现拐点，且曲线斜率远小于支座脱空情况下的理论曲线斜率，斜率比约为0. 17，小于0.2，表明试验过程中支座一直未脱空。
权利要求
1.一种测试桥梁支座是否脱空的方法，其特征在于按照如下步骤进行A)在支座上接触面即主梁底面与支座下接触面即墩柱或盖梁顶面之间设置位移测量装置；B)在桥面上布置测试荷载，将该荷载分级，并计算在各级测试荷载作用下该支座处的理论支反力增量；C)测量在各级测试荷载作用下支座上接触面与支座下接触面的相对位移，并绘制理论支反力增量-实测相对位移曲线；D)计算在各级测试荷载作用下支座上接触面与支座下接触面的相对位移，并绘制理论支反力增量-理论相对位移曲线；E)根据实测曲线斜率与理论曲线斜率的关系，判断支座是否脱空(1)如理论支反力增量-实测位移曲线出现明显拐点，则表明在拐点处理论支反力增量所对应的荷载作用下，支座发生脱空；(2)如理论支反力增量-实测位移曲线未出现明显拐点，可结合无支座情况下的理论支反力增量-理论相对位移曲线，判断支座是否脱空，若实测曲线斜率与理论曲线斜率的比值小于某一界限，则说明支座没有脱空；否则说明支座在试验前已脱空。
2.根据权利要求1所述的测试桥梁支座是否脱空的方法，其特征在于所述的位移测量装置最小分辨率须达到0. 02mm。
3.根据权利要求1所述的测试桥梁支座是否脱空的方法，其特征在于所述的测试荷载是指可使支座反力减小的荷载。
4.根据权利要求1所述的测试桥梁支座是否脱空的方法，其特征在于所述的荷载分级不少于4级。
5.根据权利要求1所述的测试桥梁支座是否脱空的方法，其特征在于所述的明显拐点是指该点前与该点后的斜率之比小于1 3。
6.根据权利要求1所述的测试桥梁支座是否脱空的方法，其特征在于所述的实测曲线斜率与理论曲线斜率比值界限为0. 2。
全文摘要
本发明涉及一种测试桥梁支座是否脱空的方法，利用位移测量装置，在分级加载过程中测量支座上、下接触面之间的距离变化；根据现场试验所得到的理论支反力增量-实测相对位移曲线，并结合无支座情况下的理论相对位移计算曲线，可判断桥梁支座是否脱空。如果理论支反力增量-实测相对位移曲线中出现斜率增大的拐点，则表明在拐点处的荷载作用下，支座发生脱空；如果理论支反力增量-实测相对位移曲线未出现拐点，且实测曲线斜率与理论曲线斜率的比值小于某一界限，则表明支座没有脱空；否则表明支座在试验前已脱空。本发明方案简单、易于实施，无需在施工期间提前安装传感器，无需顶升桥梁，测试精度高，特别适用于在役桥梁的支座脱空测试。
文档编号G01M5/00GK102507248SQ20111035326
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者周正茂 申请人:上海同豪土木工程咨询有限公司