【正文】 軸重誤差應(yīng)控制在 1 噸以內(nèi) 4 臺加載車的總重偏差應(yīng)控制在177。 動力試驗測點布置 加速度測點布置在拱腳截面、四分之一拱截面、拱頂截面，及圖 的 A、 B、 D三個截面，布置位置見圖 34 圖 加速度計布置位置 注：圖 中“ ”代表加速度測點。 試驗荷載作用下裂縫觀測 主要采用目測的方法檢測荷載作用下控制截面的開裂情況，如若發(fā)現(xiàn)裂縫，采用裂縫觀測儀測量其寬度，測試分辨率為177。 (2) 結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)，包括控制截面動應(yīng)變、沖擊效應(yīng)等。 平均阻尼比值 ? ： 1 ln2 nnmama?? ????? 式 () 式中 :? — 阻尼振動園頻率； (3) 結(jié)構(gòu)的振動形式 (振動彈性曲線 )。 (5) 動力系數(shù)與車速的關(guān)系曲線。對于地震荷載的特性可利用強震觀測所獲得的地面運動過程及結(jié)構(gòu)對它的反映等資料進行分析研究。 車輛荷載行駛在橋上時，由于橋上路面的不平整會激起車輛的振動。 (3) 撞擊或沖擊荷載 (如落錘、火箭發(fā)射器等 )。 (1) 通常采用接近運營條件的汽車，列車或單輛重車以不同車速通過橋梁，要求每次實驗時車輛在橋上的行駛速度保持不變；或在橋梁動力效應(yīng)最大的檢測位置行剎車或起動 )試驗。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)振動的研究中，車輛荷載沖擊系數(shù)的試驗研究是一個重要課題。并且近年來由于計算理論不斷的完善，以及新結(jié)構(gòu)型式和輕質(zhì)高強材料的應(yīng)用，都促使橋梁結(jié)構(gòu)逐漸輕型化。也為以后橋梁評定減小工作量作出相應(yīng)的理論依據(jù)。以設(shè)計正常使用荷載作為加載控制按控制截面內(nèi)力、軸力等效原則進行布載，并使控制截面的試驗荷載效率滿足檢測規(guī)程的要求。這里僅討論荷載試驗采用車輛加載的情況。在不影響主要控制截面 A B C D 拱腳 3/8 拱 1/4 拱 拱頂 控制內(nèi)力 彎矩 M () 彎矩 M () 彎矩 M () 彎矩 M() 最大負(fù)彎矩 車道 6057 3198 3323 —— 人群 752 441 511 —— 總和 7111 3798 4000 —— 最大正彎矩 車道 6074 5115 5036 3724 人群 947 467 442 351 總和 7324 5837 5729 4261 拱腳處在的最大水平推力為 1773kN。 2021屆理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 19 設(shè)計荷載作用下控制截面的控制內(nèi)力見表 。本節(jié)主要介紹橋梁控制截面與控制內(nèi)力的確定、試驗荷載和試驗工況的確定、以及各個試驗工況下的理論值。 圖 車道定義 項目部位 截面形狀 幾何特性 修正系數(shù) 寬度（ m） 高度（ m） 截面積（ m2） 抗彎慣矩I33（ m4） 截面積 抗彎慣矩 拱上立柱 矩形 —— 2 2 拱上立柱 （拱腳端） 矩形 —— 2 2 橋墩立柱 矩形 —— 2 2 橫系梁 矩形 —— 1 1 拱肋 通用型 12 1 1 空心板梁 通用型 1 1 蓋梁 通用型 1 1 2021屆理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 13 注：由《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》 （ JTG D602021）對車道荷載有如下要求： 公路 — I 級： q=， 計算跨徑≤ 5m時， P=180kN， 計算跨徑≥ 50m 時， P=360kN， 5m計算跨徑 50m 時， P 直線內(nèi)插， 計算剪力效應(yīng)時， P 乘以 。 約束、限制處理 [6]： 2021屆理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 11 約束 —— 拱腳固定約束，樁底固定約束，左梁端固定鉸支，右梁端活動鉸支。 2021屆理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 9 圖 施工中的拱橋全景圖 CAD 中模型的繪制 首先根據(jù)設(shè)計資料提供的數(shù)據(jù)繪制拱橋部分平面模型簡圖，為后期導(dǎo)入 SAP2021建立框架體系做準(zhǔn)備，拱橋部分平面模型簡圖如下圖 。橋軸線處蓋梁高為 110 厘米，頂面設(shè)雙向 2%的橫坡，底面為水平。本章主要陳述了限元分析問題的一般方法、分析步驟，并用 sap2021 建立了拱橋平面桿件單元模型，同時按照規(guī)范確定了車道、人群荷載工況。 8 第 2 章 建立有限元模型 有限元分析（ FEA， Finite Element Analysis），即利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。 (2) 明確荷載試驗在橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評定分析中的重要性，詳細(xì)分析了荷載試驗的基本方法、內(nèi)容和過程。美國、英國采用的計算分析方法。 2021 年第 72 號現(xiàn)公布《公路橋 梁承載能力檢測評定規(guī)程》 (JTG/T J21— 2021)，作為公路工程行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)，自 2021 年 11 月 1日起施行，原《公路舊橋承載能力鑒定方法 (試行 )》 （ 1988）同時廢止。 在目 前的情況下，橋梁荷載試驗也是新型橋梁結(jié)構(gòu)性能研究、各類橋梁施工質(zhì)量與結(jié)構(gòu)承載能力評定工作的重要手段。 荷載試驗的主要內(nèi)容包括： (l) 荷載試驗方案的擬定 (包括靜力試驗與動力試驗測試項目 )； (2) 荷載試驗的測點設(shè)置與測試儀器、設(shè)備組配； (3) 荷載試驗的加載等級控制與試驗過程安全控制； (4) 試驗數(shù)據(jù)分析與結(jié)構(gòu)性能評定； (5) 試驗報告編寫。 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。 (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。造成橋梁使用的 “ 先天不足 ” 。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。 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。 借助上述模型，對該橋進行力學(xué)性能分析，充分了解其受力特性。 (2) 判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力 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)計荷載等級偏低、原有設(shè)計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，確定其運營荷載等級。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、評價缺陷及損傷對橋梁性能和承載力的影響。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，使得它成為我國公路橋梁中主要的橋型之一 [1]。荷載試驗是要彌補橋梁調(diào)查和檢算中的不足，使橋梁承載能力鑒定工作進一步深化。最后設(shè)計一套適合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(xué)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 年底國家鐵路營業(yè)線路橋梁 47524 座、 3493735 延長米。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。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。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。 (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。應(yīng)根據(jù)荷載試驗的目的進行認(rèn)真的調(diào)查分析，必要時進行相關(guān)的理論分析。如結(jié)構(gòu)的構(gòu)件機械磨損，結(jié)構(gòu)的剛度損失以及構(gòu)件的裂縫等。正處于發(fā)展的初級階段，亟需加強和提高。 (l) 建立了基于橋梁檢測結(jié)果的承載能力評定方法體系； (2) 建立了系統(tǒng)的承載能力檢測評定指標(biāo)體系； (3) 各項檢測指標(biāo)的定量或定性評 價標(biāo)準(zhǔn)； (4) 明確了各類橋梁的檢算分析要點。通過基于有限元模型的理論分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計拱橋的靜、動力荷載試驗方案。最后確定該橋的實際承載能力為交通職能部門對大橋今后的管理、養(yǎng)護工作提供了可靠的信息。而進行有限元分析的前奏就是要建立有限元分析模型。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。 設(shè)計荷載：公路 — Ⅱ級，人群荷載 ㎡。 墩、樁處理 —— 取形心軸墩的上節(jié)點位置。 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。 橋梁結(jié)構(gòu)靜力試驗一般可以通過重力或其他類型的加載設(shè)備來實現(xiàn)并能滿足試驗要求。如下圖 。 荷載效率的概念 試驗荷載效應(yīng)計算是在設(shè)計內(nèi)力計算結(jié)果的基礎(chǔ)上來確定加載位置、加載等級以及在試驗荷載作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)大小的過程，也是一個反復(fù)試算的過程。當(dāng)橋梁調(diào)查、驗算工作比較充分完善時可采用低限值，當(dāng)橋梁調(diào)查、驗算工作不充分尤其是缺乏設(shè)計資料時可采用高限值。 最后，在上述工作的基 礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場實際情況形成嚴(yán)密可行的加載程序，以便試驗時的實施。 其中 F、 M 可由 sap2021 試驗工況確定， A、 I、 y 由在 CAD 中查找截面屬性確定。橋梁結(jié)構(gòu)在移動的車輛、人群、風(fēng)力和地震等動力荷載作用下會產(chǎn)生振動，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。 在橋梁的設(shè)計實踐中，車輛荷載的動力作用是用一個綜合性的技術(shù)指標(biāo) “沖擊系數(shù)”來反映的，它因結(jié)構(gòu)型式、跨度和