【正文】 各類鐵路橋梁總數(shù)量達(dá)到18萬座。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872座，全長(zhǎng)100米以上至500米的大橋5637座，全長(zhǎng)20米以上至100米的中橋14188座，全長(zhǎng)不足20米的小橋26827座。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(jì)和社會(huì)效益，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也發(fā)揮了巨大作用。為保證公路的暢通，創(chuàng)造一個(gè)安全、舒適的行車環(huán)境，加強(qiáng)橋梁試驗(yàn)檢測(cè)工作顯得十分必要。如何保證橋梁建設(shè)的質(zhì)量，養(yǎng)護(hù)管理好現(xiàn)有橋梁，保持橋梁的完好工作狀態(tài)，延長(zhǎng)其使用壽命，這一新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)對(duì)各級(jí)公路管理部門提出了更高要求。盡管如此，總體而言我國(guó)的橋梁結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)狀仍不樂觀，橋梁事故屢屢發(fā)生，給人民的生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，造成了極其惡劣的影響。中國(guó)工程院院士王景全教授2007年曾指出：在未來10到20年內(nèi)，我國(guó)必將提前迎來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)。(1) 公路交通量劇增，加快了橋梁老化的步伐。(2) 超重車、集裝車、大噸位車的出現(xiàn)加重了橋梁的負(fù)荷，加快了橋梁的損壞。如江陰長(zhǎng)江大橋由于長(zhǎng)期的超載現(xiàn)象導(dǎo)致了設(shè)計(jì)使用年限為12年的橋面鋪裝層經(jīng)過3年就發(fā)生大面積開裂，交通部門通過實(shí)地檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)過往這座大橋的貨運(yùn)車輛的軸載有70%超限。造成橋梁使用的“先天不足”。(4) 橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算荷載等級(jí)低，限制公路運(yùn)輸能力。(5) 橋梁管護(hù)不善。因此對(duì)橋梁檢測(cè)具有以下意義[4]：(一) 橋梁養(yǎng)護(hù)的主要依據(jù)(1) 由于橋梁多年的營(yíng)運(yùn)使用，其主要部位出現(xiàn)缺陷，如裂縫、錯(cuò)位、沉降等，通過檢測(cè)確定橋梁各部位損壞的程度及實(shí)際承載能力。(3) 、集裝箱運(yùn)輸逐漸頻繁，超重車輛必須過橋的情況時(shí)有發(fā)生，通過檢測(cè)、評(píng)價(jià)，可確定超重車輛是否能安全通過，并為臨時(shí)加固提供技術(shù)資料。(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。(三) 檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，確定工程可靠度(1) 對(duì)于一些重要的大橋或特大橋梁，在建成之后，通過檢測(cè)、評(píng)價(jià)，可評(píng)定其設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，確定工程的可靠度。(3) 對(duì)經(jīng)過維修加固的橋梁進(jìn)行竣工檢測(cè)，通過檢測(cè)可檢驗(yàn)維修加固的質(zhì)量，加固方法的合理性與可靠性。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(cè)工作以及荷載試驗(yàn)，通過檢算與外觀的檢測(cè)，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(shí)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(yàn)。它是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物進(jìn)行直接加載測(cè)試的一項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)工作，通過了解橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)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(píng)價(jià)橋梁的營(yíng)運(yùn)質(zhì)量。橋梁的荷載試驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，技術(shù)含量高。公路橋梁荷載試驗(yàn)應(yīng)以國(guó)家和交通部頒布的有關(guān)公路橋涵的法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)來進(jìn)行。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。 靜力試驗(yàn)通過在橋梁結(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。 動(dòng)力試驗(yàn)主要是通過對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行脈動(dòng)測(cè)試、汽車的行車、跳車、剎車激振或其他方式的激振試驗(yàn)，測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)上各控制部位的動(dòng)撓度、動(dòng)應(yīng)變、模態(tài)參數(shù)（自振頻率、振型、阻尼比），然后通過模態(tài)參數(shù)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。動(dòng)力試驗(yàn)反映了橋梁的整體工作性能。在目前的情況下，橋梁荷載試驗(yàn)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(píng)定工作的重要手段。 國(guó)內(nèi)外橋梁檢測(cè)工作的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)、評(píng)估及加固是從人類有修建橋梁以來便出現(xiàn)的一個(gè)傳統(tǒng)專業(yè)。由于橋梁類型眾多、影響因素龐雜、研究工作繁瑣及部分橋梁資料缺乏，因而，無論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，橋梁荷載試驗(yàn)的評(píng)定尚無統(tǒng)一的方法，評(píng)定理論尚未系統(tǒng)化、規(guī)范化。目前正逐漸成為具有現(xiàn)實(shí)意義的重要研究課題，越來越廣泛地得到橋梁工程技術(shù)人員和管理人員的高度重視。2011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—2011)，作為公路工程行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)，自2011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。(3) 加強(qiáng)對(duì)科研的投入力度。(二) 國(guó)外的研究現(xiàn)狀以美國(guó)為例，由于1967年美國(guó)西弗吉尼亞州銀橋事故橋梁檢測(cè)得到重視，并以《國(guó)家橋梁檢測(cè)規(guī)范》（NBIS）為總則外，還依托一系列的檢測(cè)收藏、橋梁評(píng)定指南等來形成整個(gè)養(yǎng)護(hù)體系，因此其檢測(cè)體系內(nèi)涵較豐富。(三) 橋梁檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)(l) 現(xiàn)階段我國(guó)橋梁評(píng)定還過份依賴荷載試驗(yàn)，而荷載試驗(yàn)規(guī)范的存在一些不足：a) 檢算要點(diǎn)、檢算方法等方面規(guī)定的過于原則；b) 評(píng)定指標(biāo)單一，可操作性差；c) 基于檢測(cè)結(jié)果的計(jì)算分析評(píng)定方法無法很好應(yīng)用，而需大量借助昂貴的荷載試驗(yàn)對(duì)舊橋加以鑒定；d) 荷載試驗(yàn)鑒定比較直觀，但費(fèi)用高，需中斷交通；e) 荷載試驗(yàn)不能反映結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)性能、疲勞性能，以及在鑒定期內(nèi)今后材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)響應(yīng)的不定性，以及耐久性檢測(cè)指標(biāo)等因素對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力的影響。美國(guó)、英國(guó)采用的計(jì)算分析方法。 本文的主要工作本文在明確橋梁檢測(cè)重要性的前提下以現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)理論、有限元分析技術(shù)為理論基礎(chǔ)，依托某實(shí)橋介紹了橋梁荷載試驗(yàn)的方法、內(nèi)容和過程。文章重點(diǎn)探討了用于橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)的有限元模型建立的原理、思路和過程。同時(shí)也通過荷載試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)掌握橋梁結(jié)構(gòu)的有限元分析方法，了解橋梁荷載試驗(yàn)的全過程，并且明確模型試驗(yàn)力學(xué)分析在工程實(shí)際中的應(yīng)用。(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)容和過程。(4) 通過有限元模型，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。(5) 設(shè)計(jì)了一套適合本橋的荷載試驗(yàn)實(shí)施方案。(6) 為以后進(jìn)行荷載試驗(yàn)方案的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，與有限元模型的理論值相對(duì)比，確定校驗(yàn)系數(shù)，從而驗(yàn)證兩者之間的一致性。第2章 建立有限元模型有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis），即利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。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。通過對(duì)分析對(duì)象劃分網(wǎng)格求解有限個(gè)數(shù)值來近似模擬真實(shí)環(huán)境的無限個(gè)未知量。簡(jiǎn)單的說有限元法思想是將連續(xù)體分成有限個(gè)單元，單元間相互有結(jié)點(diǎn)連接的理想結(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。本章主要陳述了限元分析問題的一般方法、分析步驟，并用sap2000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。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=。拱上構(gòu)造由底梁、立柱構(gòu)成，立柱和蓋梁組成拱上排架。拱腳段底梁寬度為120厘米，拱頂段底梁寬度為100厘米。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。行車道板鋪裝層為8厘米的C40鋼纖維砼，鋪裝層設(shè)1010厘米的鋼筋網(wǎng)絡(luò)。橋面凈寬：(行車道)+2(人行道及欄桿)。通航等級(jí)：四級(jí)。 施工中的拱橋全景圖 CAD中模型的繪制 拱橋部分平面簡(jiǎn)圖首先根據(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SAP2000建立框架體系做準(zhǔn)備。 梁板截面屬性 拱圈截面屬性 在Sap2000建立平面桿件單元模型 在Sap2000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)啵鞫尾贾玫确贮c(diǎn)，折線化。墩、樁處理——取形心軸墩的上節(jié)點(diǎn)位置。定義單元——主梁分段（4等分）、墩柱分段（自定）、分組拱圈單元、主梁?jiǎn)卧?、橋墩單元、立柱單元、蓋梁?jiǎn)卧⒘⒅琢簡(jiǎn)卧?。限制——立柱底梁底部部：body限制，蓋梁頂部：。）重力密度（N/m179。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。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。公路—II級(jí)：P和q取公路—。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)。橋梁結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)一般可以通過重力或其他類型的加載設(shè)備來實(shí)現(xiàn)并能滿足試驗(yàn)要求。靜力試驗(yàn)是了解結(jié)構(gòu)特性的重要手段，不僅用它來直接解決結(jié)構(gòu)的靜力問題，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)。 試驗(yàn)的主要內(nèi)容及觀測(cè)項(xiàng)目常見橋梁的主要觀測(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?！?52。252。C1/4拱截面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)于拱橋來說，一般選取拱腳、1/4拱、3/8拱、拱頂截面作為控制截面。 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。 。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。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。 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)大小的過程，也是一個(gè)反復(fù)試算的過程。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。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。—。 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。這里僅討論荷載試驗(yàn)采用車輛加載的情況。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。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)荷載作用下不超過其設(shè)計(jì)內(nèi)力的加載方式為止。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。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。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。荷載效率滿足規(guī)范要求。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。 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，