【正文】 ............................................................................ 40 靜力試驗 ............................................................................................... 40 動力試驗 .............................................................................................. 40 量測要求 .............................................................................................. 40 試驗加載組織、控制與安全措施 ................................................................. 41 試驗加載組織 ...................................................................................... 41 試驗的荷載的控制與安全措施 .......................................................... 41 檢測信息整理分析及處理反饋 .......................................................... 43 第 5 章 總結(jié)與展 望 ...................................................................................................... 44 總結(jié) .................................................................................................................. 44 展望 .................................................................................................................. 44 致 謝 .............................................................................................................................. 45 參考文獻 ........................................................................................................................ 46 Ⅰ 摘 要 本文詳細論述了拱橋結(jié)構(gòu)荷載試驗的原理、方法和內(nèi)容，同時根據(jù)某橋設(shè)計資料建立有限元平面桿件單元模型。 借助上述模型，對該橋進行力學性能分析，充分了解其受力特性。首先確定控制截面、計算控制內(nèi)力。其次依據(jù)交通部頒布的行業(yè)標準確定試驗荷載工況，進行等效布載。最后針對靜力、動力試驗各個加載工況進行結(jié)構(gòu)分析計算：計算試驗內(nèi)力、計算荷載效率、計算試驗荷載作用下控制截面的應(yīng)力、撓度、結(jié)構(gòu)固有振動分析。 本文的主要工作為依據(jù)有限元模型的計算結(jié)果設(shè)計本橋的荷載試驗實施方案。 關(guān)鍵字： 拱橋結(jié)構(gòu) ，動力實驗 ，靜力實驗，模擬分析 ，有限元法 Ⅱ ABSTRACT This paper discusses in detail the arch bridge load test principle, method and content, according to the design of a bridge data to establish the finite element planar bar element model. With the aid of the above model, the bridge mechanical performance analysis, to fully understand the characteristics of the force. First determine the control section, calculation of control internal force. Secondly, according to Ministry of Communications issued by the industry standard to determine the test load, equivalent distributed load. Finally, he static load, dynamic load test load cases structural analysis: Calculate the test internal force calculation load efficiency, calculation of test loads to control the crosssection stress, deflection, Natural vibration analysis. The main work of this paper is based on the calculation results of finite element model to design the bridge load test plan. Keywords: Arch bridge, Static loading test, Dynamic loading test, Simulation analysis, Finite element method2021屆理論與應(yīng)用力學專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 本文的研究背景及意義 我國既有橋梁現(xiàn)狀 根據(jù)交通運輸部和鐵道部對既有橋梁規(guī)模統(tǒng)計有： 交通運輸部統(tǒng)計結(jié)果： 2021 年年底，全國公路網(wǎng)總里程 395 萬公里， 5 年新增 萬公里；其中，高速公路通車總里程達到 萬公里，五年新增 萬公里，國家高速公路網(wǎng)骨架基本形成，居世界第二。 2021 年底，全國公路橋梁達 萬座、 萬延米，比上年末增加 萬座、 萬延米。其中特大橋梁 1457 座、大橋 39381 座。 2021 年底，全國公路橋梁達 萬座、 萬延米，比上年末增加 萬座、 萬延米。其中特大橋梁 1699 座、大橋 42859 座。 鐵道部部統(tǒng)計結(jié)果： 2021 年底國家鐵路營業(yè)線路橋梁 46888 座、 3355620 延長米。其中，全長（正橋長度與引橋長度之和） 500 米以上的特大橋 826 座，全長 100 米以上至 500 米的大橋5459 座，全長 20 米以上至 100 米的中橋 13872 座，全長不足 20 米的小橋 26731 座。各類鐵路橋梁總數(shù)量達到 18 萬座。 2021 年底國家鐵路營業(yè)線路橋梁 47524 座、 3493735 延長米。其中，全長（正橋長度與引橋長度之和） 500 米以上的特大橋 872 座，全長 100 米以上至 500 米的大橋 5637 座，全長 20 米以上至 100 米的中橋 14188 座 ，全長不足 20 米的小橋 26827座。 從上面的數(shù)據(jù)可知，隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，我國交通運輸建設(shè)也迎來了發(fā)展高峰。橋梁建設(shè)作為其中主要組成部分也得到了相應(yīng)發(fā)展，極大的改善了交通環(huán)境，創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟和社會效益，為經(jīng)濟的發(fā)展也發(fā)揮了巨大作用。另一方面，由于近年來交通量增長迅猛，大件運輸車和超重車日益增多，公路運輸對公路橋梁的通行能力和承載能力的要求越來越高，而一些舊橋陳舊老化，破損現(xiàn)象日趨嚴重，許多舊橋難縱適應(yīng)日趨增長的交通量需要。 為保證公路的暢通，創(chuàng)造一個安全、舒適的行車環(huán)境，加強橋梁試驗檢測工作顯 2 得十分 必要。這也已成為各級公路管理部門工作的重點。如何保證橋梁建設(shè)的質(zhì)量，養(yǎng)護管理好現(xiàn)有橋梁，保持橋梁的完好工作狀態(tài)，延長其使用壽命，這一新的機遇和挑戰(zhàn)對各級公路管理部門提出了更高要求。為確保橋梁在建設(shè)過程中的安全及其在運營過程中的安全與健康，上至國家有關(guān)部委、下至省市交通部門采取種種措施，出臺各種規(guī)定，以避免橋梁結(jié)構(gòu)安全事故的發(fā)生。盡管如此，總體而言我國的橋梁結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)狀仍不樂觀，橋梁事故屢屢發(fā)生，給人民的生命財產(chǎn)和國民經(jīng)濟造成巨大損失，造成了極其惡劣的影響。 由中國工程院土木水利建筑學部陳肇元、范立礎(chǔ)、劉建航 等 14 位院士組成的工程結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性研究項目組，針對對我國土建工程的現(xiàn)狀和存在的問題分別在 2021 年和 2021 年 3 月兩次向國家有關(guān)部門遞交了咨詢報告，指出中國建筑（包括橋梁工程）安全的現(xiàn)狀讓院士們深感憂慮。中國工程院院士王景全教授 2021 年曾指出：在未來 10 到 20 年內(nèi)，我國必將提前迎來大范圍的橋梁老化現(xiàn)象，對于已建橋梁要經(jīng)常進行安全可靠性和承載能力的評估，及時發(fā)現(xiàn)問題，加強維護、保養(yǎng)和加固，限載或降載通行，防止其“未老先衰”，必要時拆除重建，是一個緊迫而又必須面對的艱巨任務(wù)。 橋梁檢測工作 的重要性與意義 由于多重因素的影響，使得目前橋梁試驗檢測工作的重要性日漸突出，歸結(jié)起來有以下幾個方面。 (1) 公路交通量劇增，加快了橋梁老化的步伐。到 2021 年，我國主要公路通道的平均交通達到 30000 輛 /天， 2020 年將分別達到 56000 輛 /天，京滬等交通量較大路段預(yù)計可達到每天 10 萬 —— 13 萬輛。 (2) 超重車、集裝車、大噸位車的出現(xiàn)加重了橋梁的負荷，加快了橋梁的損壞。由于原橋設(shè)計荷載等級偏低，已不適應(yīng)目前超重車、集裝車、大噸位車增多的新情況，對這種現(xiàn)象如果不及時采取應(yīng)對措施，極容易導(dǎo)致橋梁過早損壞。如江陰長江大橋由于長期的超載現(xiàn)象導(dǎo)致了設(shè)計使用年限為 12年的橋面鋪裝層經(jīng)過 3年就發(fā)生大面積開裂，交通部門通過實地檢測，發(fā)現(xiàn)過往這座大橋的貨運車輛的軸載有 70%超限。 (3) 橋梁修建中有些質(zhì)量較低。造成橋梁使用的 “ 先天不足 ” 。相當數(shù)量的橋梁，尤其是早期修建的橋梁，由于資金短缺，設(shè)計、施工標準低，加上技術(shù)管理薄弱 ，施工質(zhì)量不能保證這些橋梁使用壽命，有些很快就會變成危橋。 (4) 橋梁設(shè)計計算荷載等級低，限制公路運輸能力。由于舊有規(guī)范不能適應(yīng)交通2021屆理論與應(yīng)用力學專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 3 運輸?shù)娘w速發(fā)展，使得舊有橋梁的設(shè)計荷載偏小，這也是舊橋承載力偏低的一個重要原因。 (5) 橋梁管護不善。在大自然風、霜、雨、雪的侵蝕作用下以及環(huán)境污染的日益加重，造成橋梁自身老化破損，使得橋梁衰老加快，壽命縮短。 因此對橋梁檢測具有以下意義 [4]： (一 ) 橋梁養(yǎng)護的主要依據(jù) (1) 由于橋梁多年的營運使用，其主要部位出現(xiàn)缺陷，如裂縫、錯位、沉降等，通過檢測確定橋梁各部位損壞的程度及 實際承載能力。 (2) 人們出行需求對以前按舊標準荷載等級設(shè)計建造的橋梁要求愈來愈高，通過檢測、評價確定現(xiàn)有橋梁的荷載等級，從而決定是否需要通過加固來提高其荷載等級。 (3) 隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的發(fā)展 .特大型工業(yè)設(shè)備、集裝箱運輸逐漸頻繁，超重車輛必須過橋的情況時有發(fā)生，通過檢測、評價，可確定超重車輛是否能安全通過，并為臨時加固提供技術(shù)資料。 (4) 橋梁在遭受特大災(zāi)害時，如因地震、洪水等而受到嚴重損壞或在建造、使用過程中發(fā)生嚴重缺陷等，要通過檢測、評價，為進行橋梁的修復(fù)加固提供可靠依據(jù)。 (二 ) 積累技術(shù)資料、 建立橋梁數(shù)據(jù)庫 (1) 現(xiàn)有橋梁資料不全或缺乏資料，需通過檢測重新建立和積累技術(shù)資料，為加強科學管理和提高橋梁技術(shù)水平提供必要條件。 (2) 系統(tǒng)地收集橋梁技術(shù)數(shù)據(jù)，建立橋梁數(shù)據(jù)庫，為橋梁計算機管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作，以便更好地養(yǎng)護管理好橋梁，并能指導(dǎo)今后的橋梁養(yǎng)護、加固與維修工作。 (三 ) 檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，確定工程可靠度 (1) 對于一些重要的大橋或特大橋梁，在建成之后，通過檢測、評價，可評定其設(shè)計與施工質(zhì)量，確定工程的可靠度。 (2) 對采用新型結(jié)構(gòu)的橋梁，通過檢測評價，可驗證理論的實踐性和可靠性，發(fā)現(xiàn)問題、總 結(jié)經(jīng)驗、以便對結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及結(jié)構(gòu)形式加以改進，使其更臻完善。 (3) 對經(jīng)過維修加固的橋梁進行竣工檢測，通過檢測可檢驗維修加固的質(zhì)量，加固方法的合理性與可靠性。 (4) 了解橋梁實際受力狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)的安全承載能力和便用條件。 荷載試驗的主要內(nèi)容 橋梁結(jié)構(gòu)的鑒定主要包括既有橋梁的檢算和外觀檢測工作以及荷載試驗，通過檢 4 算與外觀的檢測，可以基本上確定橋梁結(jié)構(gòu)物的使用狀況，然而理論推斷與實際結(jié)構(gòu)的特性往往存在著一定的差別，尤其是承載力的鑒定，目前還離不開荷載試驗。 荷載試驗在結(jié)構(gòu)的檢測方法當中荷載試驗是一種最直觀、最重要的檢測方法。它是對橋梁結(jié)構(gòu)物進行直接加載測試的一項科學試驗工作，通過了解橋梁結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的實際工作狀態(tài)，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力及評價橋梁的