【正文】 . . . .. .畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前 言拱橋是我國公路上使用很廣泛的一種橋梁體系。拱式結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，支承處不僅產(chǎn)生豎向反力，而且還產(chǎn)生水平推力，由于這個(gè)水平推力的存在，拱的彎矩將比相同跨徑梁的彎矩小很多，而使整個(gè)拱主要承受壓力。這樣便可以充分利用抗壓性能較好而抗拉性能較差的圬工材料來修建拱橋，由于拱橋的這些優(yōu)點(diǎn)，使得它成為我國公路橋梁中主要的橋型之一[1]。橋梁結(jié)構(gòu)與生物的生長衰亡周期一樣，具有其獨(dú)特的生命周期。而在橋梁結(jié)構(gòu)的生命周期內(nèi)發(fā)生的結(jié)構(gòu)缺陷和損傷將不可避免地影響橋梁的使用性能。為此，在橋梁的壽命周期內(nèi)需對橋梁的使用狀況、缺陷及損傷進(jìn)行全面檢測，明確缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢，以便分析、評價(jià)缺陷及損傷對橋梁性能和承載力的影響。精確有效地評估橋梁的實(shí)際承載能力具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值：一方面它可以減少不必要的加固、維修費(fèi)用；另一方面，也可以確保交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全性能。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(yàn)，通過檢算與外觀的檢測，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(shí)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(yàn)[2]。橋梁荷載試驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，技術(shù)含量高，涉及面廣。應(yīng)在橋梁調(diào)查和檢算的基礎(chǔ)上確定試驗(yàn)項(xiàng)目，仔細(xì)地考慮試驗(yàn)的全過程，預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)的問題及處理方法，制定切實(shí)可行的試驗(yàn)計(jì)劃，保證試驗(yàn)工作的順利進(jìn)行。荷載試驗(yàn)是要彌補(bǔ)橋梁調(diào)查和檢算中的不足，使橋梁承載能力鑒定工作進(jìn)一步深化。按橋梁荷載試驗(yàn)方法，通過對試驗(yàn)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，檢測控制截面應(yīng)力、撓度、裂縫及橋梁動(dòng)力特性指標(biāo)，以達(dá)到下述目的[3]： (1) 檢驗(yàn)橋梁設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量對于一些新建的大、中型橋梁或者具有特殊設(shè)計(jì)的橋梁，在設(shè)計(jì)施工過程中必然會(huì)遇到許多新的問題，為保證橋梁建設(shè)質(zhì)量，施工過程中往往要求作施工監(jiān)控。在竣工后一般還要求進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以檢驗(yàn)橋梁整體受力性能和承載能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)文件和規(guī)范的要求，并把試驗(yàn)結(jié)果作為評定工程質(zhì)量優(yōu)劣的主要技術(shù)資料和依據(jù)。(2) 判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力舊橋由于構(gòu)件局部發(fā)生意外損傷，使用過程中產(chǎn)生明顯病害，設(shè)計(jì)荷載等級偏低、原有設(shè)計(jì)資料遺失以及需要通過特種車輛等原因，都有必要通過荷載試驗(yàn)判定構(gòu)件損傷程度及其承載力、受力性能的下降幅度，確定其運(yùn)營荷載等級。同時(shí)，荷載試驗(yàn)也是改建、加固設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。(3) 驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法對于橋梁工程中的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝，應(yīng)通過荷載試驗(yàn)驗(yàn)證橋梁的計(jì)算圖式是否正確，材料性能是否與理論相符，施工工藝是否達(dá)到預(yù)期目的。對相關(guān)理論問題的深入研究，往往也需要大量荷載試驗(yàn)的實(shí)測數(shù)據(jù)[4]。 本文的主要工作是根據(jù)某拱橋的設(shè)計(jì)資料，通過有限元模型的建立對其進(jìn)行受力分析，充分了解其受力特性，得出最不利截面位置以及相應(yīng)的控制內(nèi)力，在這基礎(chǔ)上模擬進(jìn)行試驗(yàn)加載并求出相應(yīng)的荷載效率。最后設(shè)計(jì)一套適合本橋的荷載試驗(yàn)實(shí)施方案。指出了橋梁結(jié)構(gòu)分析中荷載試驗(yàn)的應(yīng)用以及存在的問題，并分析了今后發(fā)展的趨勢。目 錄摘 要 1ABSTRACT 2第1章 緒 論 1 本文的研究背景及意義 1 我國既有橋梁現(xiàn)狀 1 橋梁檢測工作的重要性與意義 2 3 靜力試驗(yàn) 4 動(dòng)力試驗(yàn) 5 國內(nèi)外橋梁檢測工作的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 5 本文的主要工作 7第2章 建立有限元模型 8 8 CAD中模型的繪制 9 在Sap2000建立平面桿件單元模型 10 在Sap2000中的幾何處理和約束限制處理 10 在Sap2000中定義材料和截面特性 11 在Sap2000中定義荷載工況 12 在sap2000中拱橋模型的展示 15第3章 橋梁結(jié)構(gòu)分析 16 靜力試驗(yàn) 16 試驗(yàn)的主要內(nèi)容及觀測項(xiàng)目 16 控制截面以及控制內(nèi)力的計(jì)算 17 荷載效率的概念 19 試驗(yàn)工況的確定 20 試驗(yàn)結(jié)果分析 21 動(dòng)力試驗(yàn) 24 橋梁動(dòng)力試驗(yàn)測試內(nèi)容與方法 24 橋梁動(dòng)荷載的特性 25 橋梁模態(tài)分析的振型圖 28第4章 荷載試驗(yàn)實(shí)施方案 30 試驗(yàn)依據(jù) 30 試驗(yàn)?zāi)康?30 主要試驗(yàn)內(nèi)容及檢測方法 30 主要試驗(yàn)內(nèi)容 30 試驗(yàn)檢測方法 31 試驗(yàn)橋跨控制截面及測點(diǎn)布置 31 靜力試驗(yàn)測點(diǎn)布置 32 動(dòng)力試驗(yàn)測點(diǎn)布置 33 34 控制荷載 34 試驗(yàn)荷載 34 試驗(yàn)工況 35 36 40 40 動(dòng)力試驗(yàn) 40 量測要求 40 試驗(yàn)加載組織、控制與安全措施 41 試驗(yàn)加載組織 41 試驗(yàn)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 44 44致 謝 45參考文獻(xiàn) 46 學(xué)習(xí)好幫手. . . .. .摘 要本文詳細(xì)論述了拱橋結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)的原理、方法和內(nèi)容，同時(shí)根據(jù)某橋設(shè)計(jì)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(jìn)行力學(xué)性能分析，充分了解其受力特性。首先確定控制截面、計(jì)算控制內(nèi)力。其次依據(jù)交通部頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定試驗(yàn)荷載工況，進(jìn)行等效布載。最后針對靜力、動(dòng)力試驗(yàn)各個(gè)加載工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算：計(jì)算試驗(yàn)內(nèi)力、計(jì)算荷載效率、計(jì)算試驗(yàn)荷載作用下控制截面的應(yīng)力、撓度、結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)分析。本文的主要工作為依據(jù)有限元模型的計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)本橋的荷載試驗(yàn)實(shí)施方案。關(guān)鍵字：拱橋結(jié)構(gòu)，動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，靜力實(shí)驗(yàn)，模擬分析 ，有限元法 ABSTRACTThis 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 method 學(xué)習(xí)好幫手. . . .. .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(yùn)輸部和鐵道部對既有橋梁規(guī)模統(tǒng)計(jì)有：交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)結(jié)果：2010年年底，全國公路網(wǎng)總里程395萬公里，；其中，，國家高速公路網(wǎng)骨架基本形成，居世界第二。2008年底，、。其中特大橋梁1457座、大橋39381座。2009年底，、。其中特大橋梁1699座、大橋42859座。鐵道部部統(tǒng)計(jì)結(jié)果：2007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(dá)到18萬座。 2008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(jì)的迅猛發(fā)展，我國交通運(yùn)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(jì)和社會(huì)效益，為經(jīng)濟(jì)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(yùn)輸車和超重車日益增多，公路運(yùn)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(yán)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(gè)安全、舒適的行車環(huán)境，加強(qiáng)橋梁試驗(yàn)檢測工作顯得十分必要。這也已成為各級公路管理部門工作的重點(diǎn)。如何保證橋梁建設(shè)的質(zhì)量，養(yǎng)護(hù)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(jī)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(yùn)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(tái)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(cái)產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)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(xué)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(xiàng)目組，針對對我國土建工程的現(xiàn)狀和存在的問題分別在2003年和2007年3月兩次向國家有關(guān)部門遞交了咨詢報(bào)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2007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(jìn)行安全可靠性和承載能力的評估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，加強(qiáng)維護(hù)、保養(yǎng)和加固，限載或降載通行，防止其“未老先衰”，必要時(shí)拆除重建，是一個(gè)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(yàn)檢測工作的重要性日漸突出，歸結(jié)起來有以下幾個(gè)方面。(1) 公路交通量劇增，加快了橋梁老化的步伐。到2010年，我國主要公路通道的平均交通達(dá)到30000輛/天，2020年將分別達(dá)到56000輛/天，京滬等交通量較大路段預(yù)計(jì)可達(dá)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(fù)荷，加快了橋梁的損壞。由于原橋設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(shí)地檢測，發(fā)現(xiàn)過往這座大橋的貨運(yùn)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(dāng)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(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)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(huì)變成危橋。(4) 橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算荷載等級低，限制公路運(yùn)輸能力。由于舊有規(guī)范不能適應(yīng)交通運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，使得舊有橋梁的設(shè)計(jì)荷載偏小，這也是舊橋承載力偏低的一個(gè)重要原因。(5) 橋梁管護(hù)不善。在大自然風(fēng)、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(hù)的主要依據(jù)(1) 由于橋梁多年的營運(yùn)使用，其主要部位出現(xiàn)缺陷，如裂縫、錯(cuò)位、沉降等，通過檢測確定橋梁各部位