【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C30104立柱底座空心板梁蓋梁以上部件考慮其剛度、荷載、質(zhì)量。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。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——22拱上立柱（拱腳端）矩形——22橋墩立柱矩形——22橫系梁矩形——11拱肋通用型1211空心板梁通用型11蓋梁通用型11 截面特性 在Sap2000中定義荷載工況在sap2000中定義各種荷載工況，本模型采用車道荷載和人群荷載的組合計(jì)算控制截面的控制荷載，并根據(jù)控制截面的影響線定義不同的試驗(yàn)荷載工況。首先按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》 （JTG D602004）的要求完成對(duì)車道、人群、車輛荷載的定義，其次定義車輛類別，最后定義荷載組合。 車道定義Pq 車道荷載圖式注：由《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》 （JTG D602004）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)。公路—II級(jí)：P和q取公路—。在sap2000中定義人群、車道荷載工況如下： 人群荷載 車道荷載 荷載工況 在sap2000中拱橋模型的展示本橋是用sap2000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： 平面模型透視圖 模型3d效果圖第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)。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)。因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)工作時(shí)的所受的荷載主要是靜力荷載，就是荷載位置隨時(shí)間而變的移動(dòng)車輛荷載，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)一般也是作為靜力來(lái)考慮的。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。靜力試驗(yàn)的加載過(guò)程是從零開始逐步遞增一直到預(yù)定的荷載為止。靜力試驗(yàn)是了解結(jié)構(gòu)特性的重要手段，不僅用它來(lái)直接解決結(jié)構(gòu)的靜力問(wèn)題，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)時(shí)一般也要先進(jìn)行靜力試驗(yàn)以測(cè)定結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性參數(shù)。本節(jié)主要介紹橋梁控制截面與控制內(nèi)力的確定、試驗(yàn)荷載和試驗(yàn)工況的確定、以及各個(gè)試驗(yàn)工況下的理論值。 試驗(yàn)的主要內(nèi)容及觀測(cè)項(xiàng)目常見(jiàn)橋梁的主要觀測(cè)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。表 主要試驗(yàn)內(nèi)容及觀測(cè)項(xiàng)目截面編號(hào)截面部位應(yīng)力擾度裂縫A拱腳截面252?！?52。B3/8拱截面252。252。252。C1/4拱截面252。252。252。D拱頂截面252。252。252。 控制截面以及控制內(nèi)力的計(jì)算根據(jù)所建立的模型，對(duì)于拱橋來(lái)說(shuō)，一般選取拱腳、1/4拱、3/8拱、拱頂截面作為控制截面。計(jì)算時(shí)只考慮A、B、C、D四個(gè)截面。 拱橋的各個(gè)控制截面運(yùn)行荷載工況，分別得出個(gè)控制截面的彎矩影響線，從而得出個(gè)控制截面的最不利加載位置，以進(jìn)一步了解橋梁的受力特性，也為確定試驗(yàn)車輛的布載位置做好準(zhǔn)備工作。各控制截面的影響線如下： 拱頂彎矩影響線 四分之一拱彎矩影響線 八分之三拱彎矩影響線 右拱腳彎矩影響線根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 》（JTG D602004），由車道荷載和人群荷載組合求得個(gè)控制截面的控制內(nèi)力。 。 控制內(nèi)力控制截面ABCD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605731983323——人群752441511——總和711137984000——最大正彎矩車道6074511550363724人群947467442351總和7324583757294261拱腳處在的最大水平推力為1773kN。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。其中活載作用彎矩總和 （）(1+μ)——按規(guī)范取用的汽車沖擊系數(shù)值。沖擊系數(shù)可由以下式計(jì)算：，μ=；≤f≤14Hz時(shí)，μ=；3．當(dāng)f14Hz時(shí)，μ=； 式中f為結(jié)構(gòu)基頻Hz。由于本橋跨徑小于150m，所以不考慮縱向折減系數(shù)，在sap2000中求得結(jié)構(gòu)的基頻為f=，因此按照規(guī)范規(guī)定，沖擊系數(shù)μ= 。 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。由于橋梁靜力試驗(yàn)為鑒定荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)荷載原則上應(yīng)盡量采用與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載相同的荷載。但由于客觀條件的限制實(shí)際采用的試驗(yàn)荷載往往很難與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載一致。在不影響主要試驗(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。然后調(diào)整試驗(yàn)荷載使該截面內(nèi)力逐級(jí)達(dá)到此控制值。為保證試驗(yàn)效果，根據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》的要求，在選擇試驗(yàn)荷載大小及加載位置時(shí)應(yīng)采用靜力試驗(yàn)效率η進(jìn)行控制 （）式中，η——靜力試驗(yàn)荷載效率；Static——試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力或變位的最大計(jì)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(jì)算值； (1+μ)——按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值?！?。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。 試驗(yàn)工況的確定目前對(duì)于橋梁靜荷載試驗(yàn)主要是測(cè)試控制截面的應(yīng)力（應(yīng)變）、撓度等。一般在進(jìn)行橋梁靜荷載試驗(yàn)的時(shí)候其加載一般是按規(guī)范采用車輛分級(jí)加載，通過(guò)控制每級(jí)加載車的荷載大小來(lái)做到安全加載。這里僅討論荷載試驗(yàn)采用車輛加載的情況。首先，依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 》（JTG D602004）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)。以使試驗(yàn)荷載逐級(jí)達(dá)到該截面的設(shè)計(jì)內(nèi)力，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加載效率。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。則應(yīng)重新調(diào)整試驗(yàn)荷載的加載位置、加載等級(jí)，直至找到既可使控制截面達(dá)到其加載效率、又可使其它截面在試驗(yàn)荷載作用下不超過(guò)其設(shè)計(jì)內(nèi)力的加載方式為止。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。靜力試驗(yàn)荷載效率為試驗(yàn)方案計(jì)算值，實(shí)際荷載效率因加載車輛裝載的差異會(huì)有所變化。本試驗(yàn)采用汽車進(jìn)行加載來(lái)確定試驗(yàn)荷載效應(yīng)。以設(shè)計(jì)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(jìn)行布載，并使控制截面的試驗(yàn)荷載效率滿足檢測(cè)規(guī)程的要求。在sap2000中定義好試驗(yàn)車輛荷載工況。工況序號(hào)工況名稱測(cè)試內(nèi)容備注1拱腳最大正彎矩的加載試驗(yàn)拱腳處應(yīng)力及位移 試驗(yàn)車輛及其布置方式詳見(jiàn)第4章2拱腳最大負(fù)彎矩的加載試驗(yàn)拱腳處應(yīng)力及各截面位移31/4拱最大正彎矩的加載試驗(yàn)1/4拱處應(yīng)力與各截面位移41/4拱最大負(fù)彎矩的加載試驗(yàn)3/8拱處應(yīng)力與各截面位移53/8拱最大正彎矩的加載試驗(yàn)3/8拱處應(yīng)力與各截面位移63/8拱最大負(fù)彎矩的加載試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)拱腳處應(yīng)力 試驗(yàn)工況 試驗(yàn)結(jié)果分析由此得出每個(gè)試驗(yàn)工況下的試驗(yàn)車輛布載，通過(guò)對(duì)各個(gè)工況的運(yùn)行分析，得出各部位的內(nèi)力及加載效率。 試驗(yàn)荷載下各截面內(nèi)力、荷載效率控制截面試驗(yàn)工況試驗(yàn)荷載荷載效率最大正彎矩()最大負(fù)彎矩（）軸力(kN)正彎矩荷載效率負(fù)彎矩荷載效率拱腳26941741217901/4拱45848380918483/8拱6591738041870拱頂74002———1669————試驗(yàn)荷載下（試驗(yàn)工況8）拱腳最大水平推力1660kN， 。荷載效率滿足規(guī)范要求。由于拱圈主要受彎矩和軸力作用的組合變形，因此由試驗(yàn)荷載的彎矩和軸力計(jì)算出測(cè)試部位的應(yīng)力σ： （）式中F為測(cè)試截面的軸力， M為測(cè)試截面的彎矩，A為測(cè)試截面的面積， I為截面繞x軸的慣性矩，y為截面邊緣到中性軸的距離。其中F、M可由sap2000試驗(yàn)工況確定，A、I、y由在CAD中查找截面屬性確定。由于拱圈是等截面，因此個(gè)控制截面的截面屬性相同。由此可以計(jì)算出每個(gè)控制截面在試驗(yàn)荷載下的應(yīng)力，此即為拱橋的仿真模型的分析結(jié)果，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果相比較，可以驗(yàn)證了兩者之間的一致性。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)。 試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)力控制截面截面屬性軸應(yīng)力（MPa）正彎曲應(yīng)力（MPa）負(fù)彎曲應(yīng)力（MPa）正應(yīng)力（MPa）負(fù)應(yīng)力（MPa）面積A(m2)慣性矩I（m4）距離y（m）拱腳3/8拱1/4拱拱頂——————由于在實(shí)測(cè)中測(cè)試拱圈撓度比較困難，而經(jīng)過(guò)模型驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)立柱對(duì)橋面和拱圈的豎向變形影響很小，因此在橋面采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)試橋面對(duì)應(yīng)截面的撓度來(lái)與橋面豎向變形的理論值做比較。， 。 擾度測(cè)點(diǎn)布置 各試驗(yàn)工況下?lián)隙葴y(cè)點(diǎn)的撓度值試驗(yàn)工況 撓度測(cè)點(diǎn)工況1工況2工況3工況4工況5工況6工況7Y1（mm）Y2（mm）Y3（mm）Y4（mm）Y5（mm）Y6（mm）Y7（mm）Y8（mm） 動(dòng)力試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)是承受以自重荷載和各種車輛為主要荷載的結(jié)構(gòu)物。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。同時(shí)，車輛駛過(guò)橋梁時(shí)，由于橋面起伏不平或發(fā)動(dòng)機(jī)的抖動(dòng)等原因都會(huì)使橋梁振動(dòng)加劇。為滿足交通運(yùn)輸日益增長(zhǎng)的需要，不但各種交通車輛的數(shù)量有了迅速的增長(zhǎng)，而且車輛的行駛速度和載重量也有很大提高。并且近年來(lái)由于計(jì)算理論不斷的完善，以及新結(jié)構(gòu)型式和輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用，都促使橋梁結(jié)構(gòu)逐漸輕型化。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)的振動(dòng)分析是橋梁結(jié)構(gòu)分析的又一項(xiàng)重要內(nèi)容。橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問(wèn)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(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法解決，橋梁動(dòng)力試驗(yàn)就成為解決該問(wèn)題必不可少的手段。橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性（振型、頻率和阻尼比）是橋梁承載力評(píng)定的重要參數(shù)，同時(shí)也是識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)工作性能和橋梁抗震分析的重要參數(shù)。 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(lái)反映的，它因結(jié)構(gòu)型式、跨度和車輛的類型而異。沖擊系數(shù)綜合地反映了橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、車輛的運(yùn)動(dòng)性能以及橋面的平整程度等因素