【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 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 個節(jié)點， 241 個桿單元，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 靜力試驗是橋梁結(jié)構(gòu)試驗中最大量、最常見的基本試驗。板梁截面屬性如圖 ，拱圈截面屬性見圖 。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= 的等截面懸鏈線無鉸拱。 (4) 通過有限元模型，對大橋的結(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)對科研的投入力度。 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(dāng)?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(kuò)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(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 (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(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)計結(jié)果： 2021 年底國家鐵路營業(yè)線路橋梁 46888 座、 3355620 延長米。 (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(dá)到預(yù)期目的。 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。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]。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。到 2021 年，我國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)計可達(dá)到每天 10 萬 —— 13 萬輛。 (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，為橋梁計算機(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)。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。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。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，折線化。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(jìn)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。 沖擊系數(shù)可由以下式計算 ： f 時，μ =； ≤ f≤ 14Hz 時，μ =； 3．當(dāng) f14Hz 時，μ =； 式中 f為結(jié)構(gòu)基頻 Hz。 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。 撓度測點如圖 ，測的各截面擾度結(jié)果見表 。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)。 (6) 對于頻率低、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(biāo)準(zhǔn)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。 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 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(biāo)準(zhǔn)《公路圬工橋涵設(shè)計規(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)計規(guī)范》 （ JTG D622021）； 交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》 （ JTG D602021 ）； 交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（ JTGT H212021）； 試驗橋梁相關(guān)設(shè)計文件； 橋梁荷載試驗合同文件。 試驗橋跨控制截面及測點布置 試驗測點布置的合理科學(xué)與否，是決定試驗效果的關(guān)鍵因素。過磅單中應(yīng)有。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。 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(yuǎn)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。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。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。自振特性測試是測試主梁、主塔的自振頻率和振型。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。 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。 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。 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。 墩、樁處理 —— 取形心軸墩的上節(jié)點位置。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。最后確定該橋的實際承載能力為交通職能部門對大橋今后的管理、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。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(jìn)，使其更臻完善。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。 2021 年底國家鐵路營業(yè)線路橋梁 47524 座、 3493735 延長米。最后設(shè)計一套適合本橋的荷載試驗實施方案。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]。 (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。 2021 年底，全國公路橋梁達(dá) 萬座、 萬延米，比上年末增加 萬座、 萬延米。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(jìn)行安全可靠性和承載能力的評估，及時發(fā)現(xiàn)問題，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”，必要時拆除重建，是一個緊迫而又必須面對的艱巨任務(wù)。 (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。 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。 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。 (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。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。 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 。 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 。 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 。這里僅討論荷載試驗采用車輛加載的情況。也為以后橋梁評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。 (3) 撞擊或沖擊荷載 (如落錘、火箭發(fā)射器等 )。對于地震荷載的特性可利用強(qiáng)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(jìn)行分析研究。 平均阻尼比值 ? ： 1 ln2 nnmama?? ????