【正文】 車輛的類型而異。自振特性測試是測試主梁、主塔的自振頻率和振型。由動態(tài)應(yīng)變儀測試主梁的動態(tài)應(yīng)變 ，并由橋梁光電撓度儀測試主梁的動撓度。上述各種荷載產(chǎn)生的動力 荷載大致可分為三種類型：沖擊荷載、振動荷載以及二者聯(lián)合作用的動力荷載。 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力作用外，有時也要考慮到風荷載和地震荷載的作用。加速度可用儀器直接測出，也可按公式 a=4π2f2A 式 () 求得，式中： f—— 受迫振動頻率， A—— 振幅。當激振荷載對結(jié)構(gòu)振動具有附加質(zhì)量影響 (如用汽車跳車或落錘激振 )時，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)量影響的實測周期 ， T=1/f， f 為有附加質(zhì)量影響的實測頻率 ； M0—— 結(jié) 構(gòu)在激振處的換算質(zhì)量 ； M—— 附加質(zhì)量。 主要試驗內(nèi)容及檢測方法 主要試驗內(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鏡觀測橋臺、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。 變位 控制截面撓度采用精密水準儀進行檢測，測試分辨率為177。在做拱腳最大水平推力試驗時，還應(yīng)該觀測橋墩處的開裂及水平方向位移情況。采用 2 臺 30t 三軸載重車和 2 臺 42t 三軸載重車對試驗跨進行等效布載，正式加載試驗之前，須對每臺車輛均進行過磅稱重。過磅單中應(yīng)有。其中，汽車荷載按規(guī)范考慮沖擊效應(yīng)。 試驗橋跨控制截面及測點布置 試驗測點布置的合理科學與否，是決定試驗效果的關(guān)鍵因素。試驗橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)變測點主要布置在試驗橋跨各片 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。 橋梁模態(tài)分析的振型圖 圖 一階振型圖 圖 二階振型圖 2021屆理論與應(yīng)用力學專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 29 圖 三階振型圖 圖 四階振型圖 圖 五階振型圖 30 第 4 章 荷載試驗實施方案 試驗依據(jù) 交通部部頒《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》 （ 1988）； 交通部部頒標準《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》 （ JTG D612021） 交通部部頒標準《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》 （ JTG D622021）； 交通部行業(yè)標準《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》 （ JTG D602021 ）； 交通部行業(yè)標準《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》（ JTGT H212021）； 試驗橋梁相關(guān)設(shè)計文件； 橋梁荷載試驗合同文件。 (8) 卸載后 (車輛出橋后 )的結(jié)構(gòu)自振頻率。 (一 ) 橋梁受迫振動特性 (1) 動力試驗荷載效率 ηdyn=Sdyn/S 式 () 式中 : Sdyn— 動力試驗荷載 (按靜力重量考慮 )作用下檢測部位的變形或力的計算數(shù)值； S— 設(shè)計標準活荷載作用下，檢測部位變位或力的計算值 (不計動力系數(shù) )； (2) 動力系數(shù) σmax=Smax/Smean 式 () 式中 ： Smax— 動力荷載引起檢測部位的實測最大動力變形或力值 (即最大波峰值 )； Smean 靜力荷載引起同一檢測部位的實測最大靜力變形或力值 Smean =1/2(Smax+Smin) 式 () Smin 與 Smax 為相應(yīng)的最小值，即同一周期的波谷值。我們知道路面的平整度是隨機變化的，由此所引起的振動也是隨機的。 (6) 對于頻率低、柔性大的橋梁可用有節(jié)奏行進的人群作為荷載。 （二）測定橋梁自振特性的激振荷載 行車激振試驗采用車輛以特定速度往返通過橋跨結(jié)構(gòu)，測定橋跨結(jié)構(gòu)在運行車輛荷載作用于的動力響應(yīng)。動荷載產(chǎn)生的動力效應(yīng)一般大于相應(yīng)的靜力效應(yīng)。橋梁結(jié)構(gòu)的振動問題影響因素復(fù)雜，僅靠理論分析還不能滿足工程應(yīng)用的需要，一般需采用理論分析與試驗測試相結(jié)合的方法解決，橋梁動力試驗就成為解決該問題必不可少的手段。 撓度測點如圖 ，測的各截面擾度結(jié)果見表 。 表 試驗荷載下各截面內(nèi)力、荷載效率 工況序號 工況名稱 測試內(nèi)容 備注 1 拱腳最大正彎矩的加載試驗 拱腳處應(yīng)力及位移 試驗車輛及其布置方式詳見第 4章 2 拱腳最大負彎矩的加載試驗 拱腳處應(yīng)力及各截面位移 3 1/4 拱最大正彎矩的加載試驗 1/4 拱處應(yīng)力與各截面位移 4 1/4 拱最大負彎矩的加載試驗 3/8 拱處應(yīng)力與各截面位移 5 3/8 拱最大正彎矩的加載試驗 3/8 拱處應(yīng)力與各截面位移 6 3/8 拱最大負彎矩的加載試驗 3/8 拱處應(yīng)力與各截面位移 7 拱頂最大正彎矩的加載試驗 拱頂截面應(yīng)力與各截面位移 8 拱腳最大水平推力的加載試驗 拱腳處應(yīng)力 控制截面 試驗工況 試驗荷載 荷載效率 最大正彎矩 () 最大負彎矩（ ） 軸力(kN) 正彎矩荷載效率 負彎矩荷載效率 拱腳 2 6941 7412 1790 1/4 拱 4 5848 3809 1848 22 荷載效率滿足規(guī)范要求。 其次，應(yīng)計算其他控制截面在試驗荷載作用下內(nèi)力，如未超過其設(shè)計內(nèi)力，說明試驗荷載的加載位置、加載等級有效且安全，如超過其設(shè)計內(nèi)力。為保證試驗效果，根據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》的要求，在選擇試驗荷載大小及加載位置時應(yīng)采用靜力試驗效率 η進行控制 （ 式 ） 式中， η —— 靜力試驗荷載效率； Static—— 試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力或變位的最大計算效應(yīng)值； S—— 控制荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力或變位的最不利效應(yīng)計算值； (1+μ)—— 按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值。 沖擊系數(shù)可由以下式計算 ： f 時，μ =； ≤ f≤ 14Hz 時，μ =； 3．當 f14Hz 時，μ =； 式中 f為結(jié)構(gòu)基頻 Hz。 表 主要試驗內(nèi)容及觀測項目 截面編號 截面部位 應(yīng)力 擾度 裂縫 A 拱腳截面 ? ——— ? B 3/8 拱截面 ? ? ? C 1/4 拱截面 ? ? ? D 拱頂截面 ? ? ? 2021屆理論與應(yīng)用力學專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 17 控制截面以及控制內(nèi)力的計算 根據(jù)所建立的模型，對于拱橋來說，一般選取拱腳、 1/4 拱、 3/8 拱、拱頂截面作為控制截面。所謂橋梁靜力試驗，是將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置，然后對橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參量進行測試，從而對橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能及使用能力做出評價。） 重力密度（ N/m179。 圖 拱橋部分平面簡圖 10 圖 梁板截面屬性 圖 拱圈截面屬性 在 Sap2021 建立平面桿件單元模型 在 Sap2021 中的幾何處理和約束限制處理 幾何處理： 拱圈處理 —— 取形心軸，拱軸線分斷，各段布置等分點，折線化。 人行道設(shè)有墊梁、緣石及人行道板，欄桿為鋼筋砼結(jié)構(gòu)。主拱圈為鋼筋砼箱型拱橋，拱圈厚度為 米，拱圈全寬為 米。有限元分析是對物理現(xiàn)象的模擬是對真實情況的數(shù)值近似。在保證荷載試驗效果的前提下確定試驗采用的試驗荷載和加載工況，通過運行各種工況，得出結(jié)構(gòu)各控制截面的變形和應(yīng)力理論計算值。利用著名的結(jié)構(gòu)分析軟件 Sap2021 建立了大橋的有限元平面桿件單元模型。比如一系列課題的開展 a) 公路橋梁檢測、評定與加固成套技術(shù)研究及推廣應(yīng)用； b) 混凝土梁式橋損傷檢測與安全可靠性評價技術(shù)研究； c) 國家 863項目“大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋長期下?lián)虾烷_裂的控制研究”； d) “在用預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁開裂成因及處治技術(shù)研究”； e) 其他相關(guān)的科研課題。但是長期以來，人們在橋梁的檢測和評估方面缺少系統(tǒng)的分析和理論探討，技術(shù)水平提高不快。通過校驗系數(shù) 來說明結(jié)構(gòu)潛在的承載力，相對殘余變形反應(yīng)了結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。對于一些在理論上難以計算的部位通過荷載試驗可達到直接了解其受力的目的；通過荷載試驗還能有助于發(fā)現(xiàn)在一般性檢測中難以發(fā)現(xiàn)的隱藏病害；通過荷載試驗可以檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工質(zhì)量；通過荷載試驗可以確定舊橋結(jié)構(gòu)的實際承載能力為制定橋梁加固或改建技術(shù)方案提供科學依據(jù)。 (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。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。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。這也已成為各級公路管理部門工作的重點。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。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。對相關(guān)理論問題的深入研究，往往也需要大量荷載試驗的實測數(shù)據(jù) [4]。 橋梁荷載試驗是一項復(fù)雜而細致的工作，技術(shù)含量高，涉及面廣。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 前 言 拱橋是我國公路上使用很廣泛的一種橋梁體系。 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 [2]。 (3) 驗證橋梁結(jié)構(gòu) 設(shè)計理論和設(shè)計方法 對于橋梁工程中的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝，應(yīng)通過荷載試驗驗證橋梁的計算圖式是否正確，材料性能是否與理論相符，施工工藝是否達到預(yù)期目的。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。 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。 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。 (1) 公路交通量劇增，加快了橋梁老化的步伐。 (4) 橋梁設(shè)計計算荷載等級低，限制公路運輸能力。 (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。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營運質(zhì)量。 靜力試驗 通過在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與設(shè)計荷載或使用荷載基本相當?shù)耐廨d，采用分級加載的方法，利用檢測儀器測試橋梁結(jié)構(gòu)的控制部位與控制截面在各級試驗荷載作用下的撓度、應(yīng)力、裂縫擴展情況等特性的變化，并將測試結(jié)果與結(jié)構(gòu)按相應(yīng)荷載作用下的計算值、有關(guān)規(guī)范規(guī)定值作比較，從而評定橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力，是檢驗橋梁性能及工作狀態(tài)（如結(jié)構(gòu)的強度、剛度）最直接、最有效的辦法。 國內(nèi)外橋梁檢測工作的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 橋梁結(jié)構(gòu)的檢測、評估及加固是從人類有修建橋梁以來便出現(xiàn)的一個傳統(tǒng)專業(yè)。 (3) 加強對科研的投入力度。 本文的主要工作 本文在明確橋梁檢測重要性的前提下以現(xiàn)代橋梁設(shè)計理論、有限元分析技術(shù)為理論基礎(chǔ)，依托某實橋介紹了橋梁荷載試驗的方法、內(nèi)容和過程。 (4) 通過有限元模型，對大橋的結(jié)構(gòu)和力學特性進行理論分析，確定拱橋的控制截面和控制內(nèi)力。 有限元方 法的最廣泛應(yīng)用就是如在橋梁、房屋建筑等工程結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。主孔為一跨凈跨 100 米鋼筋砼箱型拱橋，凈矢高 20 米，矢跨比為 1/5，供系數(shù) M= 的等截面懸鏈線無鉸拱。行車道板鋪裝層為 8 厘米的 C40 鋼纖維砼，鋪裝層設(shè) 10 10 厘米的鋼筋網(wǎng)絡(luò)。板梁截面屬性如圖 ，拱圈截面屬性見圖 。 圖 拱橋桿件單元模型 在 Sap2021 中定義材料和截面特性 表 材料特性 結(jié)構(gòu)部件 材料名稱