【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 前 言 拱橋是我國(guó)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(guó)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(zhǎng)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(duì)橋梁的使用狀況、缺陷及損傷進(jìn)行全面檢測(cè)，明確缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)，以便分析、評(píng)價(jià)缺陷及損傷對(duì)橋梁性能和承載力的影響。精確有效地評(píng)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(cè)工作以及荷載試驗(yàn)，通過檢算 與外觀的檢測(cè)，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(duì)試驗(yàn)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，檢測(cè)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(duì)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(píng)定工程質(zhì)量?jī)?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(jí)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(yíng)荷載等級(jí)。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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)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(shì)。 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................ 1 ABSTRACT...................................................................................................................... 2 第 1 章 緒 論 ................................................................................................................ 1 本文的研究背景及意義 ................................................................................... 1 我國(guó)既有橋梁現(xiàn)狀 ................................................................................ 1 橋梁檢測(cè)工作的重要性與意義 ............................................................ 2 荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容 ........................................................................................ 3 靜力試驗(yàn) ................................................................................................ 4 動(dòng)力試驗(yàn) ................................................................................................ 5 國(guó)內(nèi)外橋梁檢測(cè)工作的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) ............................................... 5 本文的主要工作 ............................................................................................... 7 第 2 章 建立有限元模型 ................................................................................................ 8 工程概況 ............................................................................................................ 8 CAD 中模型的繪制 ......................................................................................... 9 在 Sap2021 建立平面桿件單元模型 ............................................................. 10 在 Sap2021 中的幾何處理和約束限制處理 ...................................... 10 在 Sap2021 中定義材料和截面特性 .................................................. 11 在 Sap2021 中定義荷載工況 .............................................................. 12 在 sap2021 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(cè)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(cè)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(cè)方法 ............................................................................. 30 主要試驗(yàn)內(nèi)容 ...................................................................................... 30 試驗(yàn)檢測(cè)方法 ...................................................................................... 31 試驗(yàn)橋跨控制截面及測(cè)點(diǎn)布置 ..................................................................... 31 靜力試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置 .............................................................................. 32 動(dòng)力試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置 .............................................................................. 33 試驗(yàn)荷載及試驗(yàn)工況 ...................................................................................... 34 控制荷載 .............................................................................................. 34 試驗(yàn)荷載 .............................................................................................. 34 試驗(yàn)工況 .............................................................................................. 35 加載車布置 ........................................................................................... 36 主要檢測(cè)儀器及量測(cè)要求 ..