【正文】 梁相關(guān)設(shè)計(jì)文件； 橋梁荷載試驗(yàn)合同文件。 動(dòng)力試驗(yàn) (1) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，包括固有頻率和阻尼比。試驗(yàn)橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)變測點(diǎn)主要布置在試驗(yàn)橋跨各片 T 梁下緣混凝土表面，以檢測截面的最大應(yīng)力和應(yīng)力橫向分布。沿?fù)隙瓤刂平孛鏅M向布置 2 個(gè)測點(diǎn)，以檢測撓度橫向分布規(guī)律；并沿縱向截面布置 8 測點(diǎn)，以測試拱的縱向變形規(guī)律。 試驗(yàn)橋跨控制截面及測點(diǎn)布置 試驗(yàn)測點(diǎn)布置的合理科學(xué)與否，是決定試驗(yàn)效果的關(guān)鍵因素。 2021屆理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 圖 橫截面方向撓度測點(diǎn)布置 圖 拱跨方向撓度測點(diǎn)布置 注：圖 ，圖 中“”標(biāo)記為靜撓度測點(diǎn)，采用精密水準(zhǔn)儀測試。其中，汽車荷載按規(guī)范考慮沖擊效應(yīng)。 加載車輛的軸重分配應(yīng)與表盡量一致 。過磅單中應(yīng)有。 1%以內(nèi)。采用 2 臺(tái) 30t 三軸載重車和 2 臺(tái) 42t 三軸載重車對(duì)試驗(yàn)跨進(jìn)行等效布載，正式加載試驗(yàn)之前，須對(duì)每臺(tái)車輛均進(jìn)行過磅稱重。 試驗(yàn)荷載及試驗(yàn)工況 控制荷載 設(shè)計(jì)荷載：公路 — Ⅱ級(jí)，人群荷載 ㎡。在做拱腳最大水平推力試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)該觀測橋墩處的開裂及水平方向位移情況。 。 變位 控制截面撓度采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢測，測試分辨率為177。 試驗(yàn)檢測方法 應(yīng)力 控制截面應(yīng)力采用工具式應(yīng)變傳感器和應(yīng)變儀檢測測點(diǎn)的應(yīng)變，測試分辨率為177。 主要試驗(yàn)內(nèi)容及檢測方法 主要試驗(yàn)內(nèi)容 結(jié)構(gòu)外觀檢測 (1) 橋梁外觀檢測（采用目測和高倍望遠(yuǎn)鏡觀測橋臺(tái)、橋墩、空心板梁、橋面鋪裝、伸縮縫、欄桿等外觀狀況）； (2) 空心板梁控制截 面附近區(qū)域開裂情況檢測。表示沿橋跨各測點(diǎn)的振幅和振動(dòng)相位的關(guān)系。當(dāng)激振荷載對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)具有附加質(zhì)量影響 (如用汽車跳車或落錘激振 )時(shí)，應(yīng)采用下列近似公式求得自振周期： 0TT? 00MMM? ? 式 () 式中： To— 自振周期，0 01T f?； T—— 有附加質(zhì)量影響的實(shí)測周期 ， T=1/f， f 為有附加質(zhì)量影響的實(shí)測頻率 ； M0—— 結(jié) 構(gòu)在激振處的換算質(zhì)量 ； M—— 附加質(zhì)量。 (6) 動(dòng)力系數(shù)與受迫振動(dòng)頻率的關(guān)系曲線。加速度可用儀器直接測出，也可按公式 a=4π2f2A 式 () 求得，式中： f—— 受迫振動(dòng)頻率， A—— 振幅。在地震荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)迫振動(dòng)一方面取決于地面運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，另一方面也同結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性有關(guān)。 橋梁結(jié)構(gòu)在使用期間，除了經(jīng)常受到使用荷載，即各種車輛荷載的動(dòng)力作用外，有時(shí)也要考慮到風(fēng)荷載和地震荷載的作用。此時(shí)，車輪與路面之間荷載的波動(dòng)則是造成橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生振 動(dòng)的激振力。上述各種荷載產(chǎn)生的動(dòng)力 荷載大致可分為三種類型：沖擊荷載、振動(dòng)荷載以及二者聯(lián)合作用的動(dòng)力荷載。 (4) 突然卸載 (如釋放 )。由動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀測試主梁的動(dòng)態(tài)應(yīng)變 ，并由橋梁光電撓度儀測試主梁的動(dòng)撓度。 (2) 進(jìn)行特殊科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的橋梁進(jìn)行模擬船舶披擊橋墩、汽車撞擊防護(hù)構(gòu)造和彈藥爆炸等沖擊荷載試驗(yàn)。自振特性測試是測試主梁、主塔的自振頻率和振型。 橋梁的動(dòng)力試驗(yàn)與靜力試驗(yàn)相比具有其特殊性。 在橋梁的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，車輛荷載的動(dòng)力作用是用一個(gè)綜合性的技術(shù)指標(biāo) “沖擊系數(shù)”來反映的，它因結(jié)構(gòu)型式、跨度和車輛的類型而異。因此，車輛荷載或其它動(dòng)力荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊和振動(dòng)影響，己成為橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中不容忽視的重要因素之一。橋梁結(jié)構(gòu)在移動(dòng)的車輛、人群、風(fēng)力和地震等動(dòng)力荷載作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，但主要是由于車輛荷載以一定的速度在橋上通過而產(chǎn)生的。 表 試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)力 3/8 拱 6 5917 3804 1870 拱頂 7 4002 ——— 1669 ———— 試驗(yàn)荷載下（試驗(yàn)工況 8）拱腳最大水平推力 1660kN，荷載效率為 。 其中 F、 M 可由 sap2021 試驗(yàn)工況確定， A、 I、 y 由在 CAD 中查找截面屬性確定。在 sap2021 中定義好試驗(yàn)車輛荷載工況。 最后，在上述工作的基 礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況形成嚴(yán)密可行的加載程序，以便試驗(yàn)時(shí)的實(shí)施。 首先，依據(jù) 《公路橋涵設(shè) 計(jì)通用規(guī)范 》（ JTG D602021）對(duì)車輛荷載的要求， 根據(jù)控制截面的設(shè)計(jì)內(nèi)力、控制截面的影響線，以及加載設(shè)備的種類，初步確定加載車輛、加載位置、加載等級(jí)。當(dāng)橋梁調(diào)查、驗(yàn)算工作比較充分完善時(shí)可采用低限值，當(dāng)橋梁調(diào)查、驗(yàn)算工作不充分尤其是缺乏設(shè)計(jì)資料時(shí)可采用高限值。 20 試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯乱话悴捎脙?nèi)力或變形等效的加載方 式：即計(jì)算出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載對(duì)控制截面產(chǎn)生的最不利內(nèi)力，以此作為控制值。 荷載效率的概念 試驗(yàn)荷載效應(yīng)計(jì)算是在設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上來確定加載位置、加載等級(jí)以及在試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)大小的過程，也是一個(gè)反復(fù)試算的過程。 表 控制內(nèi)力 由拱橋的受力特性可知，拱腳處承受的彎矩最大，試驗(yàn)結(jié)果理論值符合要求。如下圖 。 試驗(yàn)的主要內(nèi)容及觀測項(xiàng)目 常見橋梁的主要觀測項(xiàng)目有：結(jié)構(gòu)的撓度、支座沉降、結(jié)構(gòu)最大拉、壓應(yīng)力和中性軸位置、支座附近截面的主拉應(yīng)力、活 動(dòng)支座的變化以及裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)展?fàn)顩r。 橋梁結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)一般可以通過重力或其他類型的加載設(shè)備來實(shí)現(xiàn)并能滿足試驗(yàn)要求。 公路 — II 級(jí)： P和 q取公路 — I級(jí)的 倍。 橫系梁 C30 —— —— 25000 —— —— 橋面鋪裝 C40 —— —— —— —— 人行道板 C30 —— —— —— —— 以上結(jié)構(gòu)部件考慮其荷載，忽略其剛度、質(zhì)量。 限制 —— 立柱底梁底部部： body 限制，蓋梁頂部： 限制三點(diǎn)， 限制兩點(diǎn)。 墩、樁處理 —— 取形心軸墩的上節(jié)點(diǎn)位置。 根據(jù)設(shè)計(jì)資料尺寸建立拱橋拱圈部分和橋面板梁部分橫向截面形狀，在 cad 中查閱比如慣性矩、面積等截面特性，為后面 sap2021 定義框架截面以及計(jì)算應(yīng)力提供數(shù)據(jù)支持。 設(shè)計(jì)荷載：公路 — Ⅱ級(jí)，人群荷載 ㎡。 行車道板采用空心板高 35 厘米和 45 厘米兩種，中板寬 127 厘米，邊板寬 厘米，中間設(shè)置三孔直徑為 19 厘米（板高 35 厘米）和 26 厘米（板高 45 厘米）的圓孔。拱上底梁較低一側(cè)高均為 40 厘米，另一側(cè)高度隨著底梁位置的變化而變化。 工程概況 某橋?yàn)橐豢?100 米的鋼筋砼箱型拱橋，全長 182 米。而進(jìn)行有限元分析的前奏就是要建立有限元分析模型。用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。最后確定該橋的實(shí)際承載能力為交通職能部門對(duì)大橋今后的管理、養(yǎng)護(hù)工作提供了可靠的信息。 (3) 依據(jù)大橋的設(shè)計(jì)資料建立了該橋的有限元平面桿件模型。通過基于有限元模型的理論分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)拱橋的靜、動(dòng)力荷載試驗(yàn)方案。 (2) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，橋梁檢測也越來越向智能化方向發(fā)展： a) 橋梁健康檢測系統(tǒng)的智能控制技術(shù)； b) 傳感器的優(yōu)化布設(shè)研究和智能傳感器的研究； c) 實(shí)時(shí)的監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)； d) 信息的網(wǎng)絡(luò)共享； e) 無損檢測技術(shù)的應(yīng)用。 (l) 建立了基于橋梁檢測結(jié)果的承載能力評(píng)定方法體系； (2) 建立了系統(tǒng)的承載能力檢測評(píng)定指標(biāo)體系； (3) 各項(xiàng)檢測指標(biāo)的定量或定性評(píng) 價(jià)標(biāo)準(zhǔn)； (4) 明確了各類橋梁的檢算分析要點(diǎn)。 (2) 加強(qiáng)科研成果的推廣應(yīng)用力度 比如江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“梁式橋梁承載能力快速荷載試驗(yàn)與評(píng)定技術(shù) 6 研究”對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)方法進(jìn)行了研究，并得到很好的利用推廣。正處于發(fā)展的初級(jí)階段，亟需加強(qiáng)和提高。普及橋梁荷載試驗(yàn)技術(shù)，搞好試驗(yàn)工作并做出橋梁結(jié)構(gòu)性能的正確評(píng)價(jià)，對(duì)于推動(dòng)我國橋梁建設(shè)提高橋梁工程質(zhì)量、挖掘服役橋梁承載潛能都具有十分重要的意義。如結(jié)構(gòu)的構(gòu)件機(jī)械磨損，結(jié)構(gòu)的剛度損失以及構(gòu)件的裂縫等。 根據(jù)荷載試驗(yàn)的作用性質(zhì)橋梁荷載試驗(yàn)可分為靜力試驗(yàn)和動(dòng)力試驗(yàn) [5]。應(yīng)根據(jù)荷載試驗(yàn)的目的進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)查分析，必要時(shí)進(jìn)行相關(guān)的理論分析。 荷載試驗(yàn)在結(jié)構(gòu)的檢測方法當(dāng)中荷載試驗(yàn)是一種最直觀、最重要的檢測方法。 (2) 對(duì)采用新型結(jié)構(gòu)的橋梁，通過檢測評(píng)價(jià)，可驗(yàn)證理論的實(shí)踐性和可靠性，發(fā)現(xiàn)問題、總 結(jié)經(jīng)驗(yàn)、以便對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及結(jié)構(gòu)形式加以改進(jìn)，使其更臻完善。 (4) 橋梁在遭受特大災(zāi)害時(shí)，如因地震、洪水等而受到嚴(yán)重?fù)p壞或在建造、使用過程中發(fā)生嚴(yán)重缺陷等，要通過檢測、評(píng)價(jià)，為進(jìn)行橋梁的修復(fù)加固提供可靠依據(jù)。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。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。由于原橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)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(duì)這種現(xiàn)象如果不及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，極容易導(dǎo)致橋梁過早損壞。 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。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。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(duì)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。 2021 年底國家鐵路營業(yè)線路橋梁 47524 座、 3493735 延長米。其中特大橋梁 1699 座、大橋 42859 座。 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 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(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(yùn)輸部和鐵道部對(duì)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： 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(dá)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。首先確定控制截面、計(jì)算控制內(nèi)力。最后設(shè)計(jì)一套適合本橋的荷載試驗(yàn)實(shí)施方案。同時(shí)，荷載試驗(yàn)也 是改建、加固設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。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。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。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