【正文】 μ )—— 按規(guī)范取用的汽車沖擊系數(shù)值。 在 sap2021 中定義人群、車道荷載工況如下： 圖 人群荷載 P q 圖 車道荷載圖式 14 圖 車道荷載 圖 荷載工況 2021屆理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 在 sap2021 中拱橋模型的展示 本橋是用 sap2021 建立平面模型圖，共分為 269 個(gè)節(jié)點(diǎn)， 241 個(gè)桿單元，其模型圖如下： 圖 平面模型透視圖 圖 模型 3d效果圖 16 第 3 章 橋梁結(jié)構(gòu)分析 靜力試驗(yàn) 靜力試驗(yàn)是橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最大量、最常見(jiàn)的基本試驗(yàn)。板梁截面屬性如圖 ，拱圈截面屬性見(jiàn)圖 。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(wú)鉸拱。 (4) 通過(guò)有限元模型，對(duì)大橋的結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性進(jìn)行理論分析，確定拱橋的控制截面和控制內(nèi)力。 (3) 加強(qiáng)對(duì)科研的投入力度。 靜力試驗(yàn) 通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與設(shè)計(jì)荷載或使用荷載基本相當(dāng)?shù)耐廨d，采用分級(jí)加載的方法，利用檢測(cè)儀器測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)的控制部位與控制截面在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的撓度、應(yīng)力、裂縫擴(kuò)展情況等特性的變化，并將測(cè)試結(jié)果與結(jié)構(gòu)按相應(yīng)荷載作用下的計(jì)算值、有關(guān)規(guī)范規(guī)定值作比較，從而評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力，是檢驗(yàn)橋梁性能及工作狀態(tài)（如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度）最直接、最有效的辦法。 (二 ) 積累技術(shù)資料、 建立橋梁數(shù)據(jù)庫(kù) (1) 現(xiàn)有橋梁資料不全或缺乏資料，需通過(guò)檢測(cè)重新建立和積累技術(shù)資料，為加強(qiáng)科學(xué)管理和提高橋梁技術(shù)水平提供必要條件。 (1) 公路交通量劇增，加快了橋梁老化的步伐。 鐵道部部統(tǒng)計(jì)結(jié)果： 2021 年底國(guó)家鐵路營(yíng)業(yè)線路橋梁 46888 座、 3355620 延長(zhǎng)米。 (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(guò)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。 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。對(duì)相關(guān)理論問(wèn)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]。其中，全長(zhǎng)（正橋長(zhǎng)度與引橋長(zhǎng)度之和） 500 米以上的特大橋 826 座，全長(zhǎng) 100 米以上至 500 米的大橋5459 座，全長(zhǎng) 20 米以上至 100 米的中橋 13872 座，全長(zhǎng)不足 20 米的小橋 26731 座。到 2021 年，我國(guó)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(wàn) —— 13 萬(wàn)輛。 (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(kù)，為橋梁計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作，以便更好地養(yǎng)護(hù)管理好橋梁，并能指導(dǎo)今后的橋梁養(yǎng)護(hù)、加固與維修工作。通過(guò)校驗(yàn)系數(shù) 來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)潛在的承載力，相對(duì)殘余變形反應(yīng)了結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。比如一系列課題的開(kāi)展 a) 公路橋梁檢測(cè)、評(píng)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(cè)與安全可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)研究； c) 國(guó)家 863項(xiàng)目“大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋長(zhǎng)期下?lián)虾烷_(kāi)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(kāi)裂成因及處治技術(shù)研究”； e) 其他相關(guān)的科研課題。在保證荷載試驗(yàn)效果的前提下確定試驗(yàn)采用的試驗(yàn)荷載和加載工況，通過(guò)運(yùn)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(jì)算值。主拱圈為鋼筋砼箱型拱橋，拱圈厚度為 米，拱圈全寬為 米。 圖 拱橋部分平面簡(jiǎn)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?jǐn)?，各段布置等分點(diǎn)，折線化。所謂橋梁靜力試驗(yàn)，是將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置，然后對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參量進(jìn)行測(cè)試，從而對(duì)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(píng)價(jià)。 沖擊系數(shù)可由以下式計(jì)算 ： f 時(shí)，μ =； ≤ f≤ 14Hz 時(shí)，μ =； 3．當(dāng) f14Hz 時(shí)，μ =； 式中 f為結(jié)構(gòu)基頻 Hz。 其次，應(yīng)計(jì)算其他控制截面在試驗(yàn)荷載作用下內(nèi)力，如未超過(guò)其設(shè)計(jì)內(nèi)力，說(shuō)明試驗(yàn)荷載的加載位置、加載等級(jí)有效且安全，如超過(guò)其設(shè)計(jì)內(nèi)力。 撓度測(cè)點(diǎn)如圖 ，測(cè)的各截面擾度結(jié)果見(jiàn)表 。動(dòng)荷載產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)一般大于相應(yīng)的靜力效應(yīng)。 (6) 對(duì)于頻率低、柔性大的橋梁可用有節(jié)奏行進(jìn)的人群作為荷載。 (一 ) 橋梁受迫振動(dòng)特性 (1) 動(dòng)力試驗(yàn)荷載效率 ηdyn=Sdyn/S 式 () 式中 : Sdyn— 動(dòng)力試驗(yàn)荷載 (按靜力重量考慮 )作用下檢測(cè)部位的變形或力的計(jì)算數(shù)值； S— 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活荷載作用下，檢測(cè)部位變位或力的計(jì)算值 (不計(jì)動(dòng)力系數(shù) )； (2) 動(dòng)力系數(shù) σmax=Smax/Smean 式 () 式中 ： Smax— 動(dòng)力荷載引起檢測(cè)部位的實(shí)測(cè)最大動(dòng)力變形或力值 (即最大波峰值 )； Smean 靜力荷載引起同一檢測(cè)部位的實(shí)測(cè)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。 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(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(yàn)實(shí)施方案 試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 （ JTG D612021） 交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 （ JTG D622021）； 交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》 （ JTG D602021 ）； 交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（ JTGT H212021）； 試驗(yàn)橋梁相關(guān)設(shè)計(jì)文件； 橋梁荷載試驗(yàn)合同文件。 試驗(yàn)橋跨控制截面及測(cè)點(diǎn)布置 試驗(yàn)測(cè)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。過(guò)磅單中應(yīng)有。在做拱腳最大水平推力試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)該觀測(cè)橋墩處的開(kāi)裂及水平方向位移情況。 主要試驗(yàn)內(nèi)容及檢測(cè)方法 主要試驗(yàn)內(nèi)容 結(jié)構(gòu)外觀檢測(cè) (1) 橋梁外觀檢測(cè)（采用目測(cè)和高倍望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)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(kāi)裂情況檢測(cè)。加速度可用儀器直接測(cè)出，也可按公式 a=4π2f2A 式 () 求得，式中： f—— 受迫振動(dòng)頻率， A—— 振幅。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。自振特性測(cè)試是測(cè)試主梁、主塔的自振頻率和振型。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(guò)而產(chǎn)生的。 最后，在上述工作的基 礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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。 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(lái)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(guò)程，也是一個(gè)反復(fù)試算的過(guò)程。 橋梁結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)一般可以通過(guò)重力或其他類型的加載設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)并能滿足試驗(yàn)要求。 墩、樁處理 —— 取形心軸墩的上節(jié)點(diǎn)位置。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。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。 (l) 建立了基于橋梁檢測(cè)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(cè)評(píng)定指標(biāo)體系； (3) 各項(xiàng)檢測(cè)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)。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。 (2) 對(duì)采用新型結(jié)構(gòu)的橋梁，通過(guò)檢測(cè)評(píng)價(jià)，可驗(yàn)證理論的實(shí)踐性和可靠性，發(fā)現(xiàn)問(wèn)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。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(guò)早損壞。 2021 年底國(guó)家鐵路營(yíng)業(yè)線路橋梁 47524 座、 3493735 延長(zhǎng)米。最后設(shè)計(jì)一套適合本橋的荷載試驗(yàn)實(shí)施方案。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(lái)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]。 (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(guò)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(guò)特種車輛等原因，都有必要通過(guò)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)。 2021 年底，全國(guó)公路橋梁達(dá) 萬(wàn)座、 萬(wàn)延米，比上年末增加 萬(wàn)座、 萬(wàn)延米。中國(guó)工程院院士王景全教授 2021 年曾指出：在未來(lái) 10 到 20 年內(nèi)，我國(guó)必將提前迎來(lái)大范圍的橋梁老化現(xiàn)象，對(duì)于已建橋梁要經(jīng)常進(jìn)行安全可靠性和承載能力的評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(duì)的艱巨任務(wù)。 (3) 隨著我國(guó)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(yùn)輸逐漸頻繁，超重車輛必須過(guò)橋的情況時(shí)有發(fā)生，通過(guò)檢測(cè)、評(píng)價(jià)，可確定超重車輛是否能安全通過(guò)，并為臨時(shí)加固提供技術(shù)資料。 荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容包括： (l) 荷載試驗(yàn)方案的擬定 (包括靜力試驗(yàn)與動(dòng)力試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目 )； (2) 荷載試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)設(shè)置與測(cè)試儀器、設(shè)備組配； (3) 荷載試驗(yàn)的加載等級(jí)控制與試驗(yàn)過(guò)程安全控制； (4) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與結(jié)構(gòu)性能評(píng)定； (5) 試驗(yàn)報(bào)告編寫(xiě)。 2021 年第 72 號(hào)現(xiàn)公布《公路橋 梁承載能力檢測(cè)評(píng)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(shí)廢止。 (2) 明確荷載試驗(yàn)在橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)定分析中的重要性，詳細(xì)分析了荷載試驗(yàn)的基本方法、內(nèi)容和過(guò)程。本章主要陳述了限元分析問(wèn)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(shí)按照規(guī)范確定了車道、人群荷載工況。 2021屆理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jì)資料提供的數(shù)據(jù)繪制拱橋部分平面模型簡(jiǎn)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(jiǎn)圖如下圖 。 圖 車道定義 項(xiàng)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(jì) 13 注：由《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》 （ JTG D602021）對(duì)車道荷載有如下要求： 公路 — I 級(jí)： q=， 計(jì)算跨徑≤ 5m時(shí)， P=180kN， 計(jì)算跨徑≥ 50m 時(shí)， P=360kN， 5m計(jì)算跨徑 50m 時(shí)， P 直線內(nèi)插， 計(jì)算剪力效應(yīng)時(shí)， P 乘以 。 2021屆理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 設(shè)計(jì)荷載作用下控制截面的控制內(nèi)力見(jiàn)表 。這里僅討論荷載試驗(yàn)采用車輛加載的情況。也為以后橋梁評(píng)定減小工作量作出相應(yīng)的理論依據(jù)。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)的研究中，車輛荷載沖擊系數(shù)的試驗(yàn)研究是一個(gè)重要課題。 (3) 撞擊或沖擊荷載 (如落錘、火箭發(fā)射器等 )。對(duì)于地震荷載的特性可利用強(qiáng)震觀測(cè)所獲得的地面運(yùn)動(dòng)過(guò)程及結(jié)構(gòu)對(duì)它的反映等資料進(jìn)行分析研究。 平均阻尼比值 ? ： 1 ln2 nnmama?? ????