连续刚构桥静、动力荷载试验方案设计-毕业论文-.doc

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1、2009届工程力学专业毕业论文 前 言随着科学技术的进步及国民经济水平的提高，我国的桥梁建设进入了一个辉煌的时期。截至2005年，中国公路总里程已达190万km，高速公路总里程超过了3.5万km，公路桥梁总数也超过了33万座。许多大跨度桥梁也应运而生，但随着跨度的增大，从几百m到3000m;加劲梁的高跨比越来越小(1/40-1/300);安全系数也随之下降，由以前的4-5下降为2-3。而我国现有桥梁设计、施工的缺陷和长期使用过程中的损伤、老化或灾害也逐渐暴露出来，混凝土结构开裂、使用性能降低、承载力不足、抗震性能不良等诸多问题严重影响了现有路网结构的使用寿命周期和结构安全。且随着超重设备运输的

2、出现，部分桥梁由于设计荷载等级的限制，特别是早期修建的桥梁，荷载等级均不能满足超重设备运输的需要。由于缺乏必要的监测和相应的养护，世界各地出现了大量桥梁损坏事故，给国民经济和生命财产造成了巨大损失。为了确保这些耗资巨大，与国计民生密切相关的大桥的的质量，特别是一些新结构形式的桥梁及使用新材料、新施工工艺桥梁的质量，根据交通部颁布的公路养护技术规范要求，必须对这些大桥进行承载力鉴定。然而由于理论推断与实际结构的特性往往存在着一定的差别，所以目前承载力的鉴定还离不开荷载试验，桥梁荷载试验是评价桥梁质量的最直接和有效的方法和手段。一般来说，下列情况下需实施荷载试验：1、新建的大跨度混凝土桥，尤其采用

3、新结构、新材料和新工艺的桥跨结构需进行荷载试验;2、通行特种车辆的新、旧桥梁、为确保设备和桥梁安全，需按实际轮位和轴重进行模拟荷载或等效荷载试验;3、修复的、改建的或加固的旧桥，为验证工程效果，须进行验收或鉴定性荷载试验;4、缺乏设计和施工技术数据的旧桥，为判断是否能承受预计的荷载，也需进行荷载试验。桥梁结构荷载试验是对桥梁结构物进行直接加载测试的一项科学试验工作，即将标准设计荷载或标准设计荷载的等效荷载施加于实桥的指定位置，对实桥的应力、应变分布及挠度变形等进行检测，以此对桥梁的结构性能进行判断，其目的是通过荷载试验，了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，从而判断桥梁结构的安全承载能力

4、，使用条件以及设计理论和计算方法是否合理。一般分为静载与动载试验。一般桥梁荷载试验的目的有:1、检验桥梁设计与施工的质量对于一些新建的大、中型桥梁或者具有特殊设计的桥梁，在设计施工过程中必然会遇到许多新问题，为保证桥梁建设质量，施工过程中往往要求做施工监控。在竣工后一般还要求进行荷载试验，以检验桥梁整体受力性能和承载力是否达到设计文件和规范的要求，并把试验结果作为评定工程质量优劣的主要技术资料和依据。2、判断桥梁结构的实际承载力旧桥由于构件局部发生意外损伤，使用过程中产生明显病害，设计荷载等级偏低等原因，有必要通过荷载试验判定构件损伤程度及承载力、受力性能的下降幅度，确定其运营荷载等级。同时，

5、旧桥荷载试验也是改建、加固设计的重要依据。3.验证桥梁结构设计理论和设计方法对于桥梁工程中的新结构、新材料和新工艺，应通过荷载试验验证桥梁的计算图式是否正确，材料性能是否与理论相符.施工工艺是否达到预期目的。对相关理论问题的深入研究，往往也需要大量荷载试验的实测数据。第1章 绪 论1.1桥梁荷载检测的概述 据统计，我国公路系统现有各式各样的桥梁共27万余座。桥梁在运营时，由于频繁承载以及各种超限车辆的运行、自然灾害的侵袭、交通事故等人为事故的侵袭，必然会造成桥梁损伤和局部破坏。根据全国公路普查资料，近几年来我国的危桥数量呈快速增长趋势截至2005年年底共查出的危桥达9000余座。因此为了保证既

6、有桥梁的安全运营和尽可能延长其安全使用年限，对既有桥进行定期测评估就显得尤为重要。所谓 桥梁检测评估，就是对既有桥的整体、各组成部分进行检查、检测，通过理检算分析，辅以相关实验，对桥梁的病害情况、损伤程度、实有承载能力以及能否正常运营作出鉴定；同时，分析桥梁病害和损伤的原因提出需要采取的措施和维修加固的建议。当前，国的桥梁检测评估制度还不是很完善，还没有形成一套成熟的技术方案、操作规程。桥梁检测方法有常规试验检测和桥梁状态的整体性能实验等。常规试验检测多侧重于测量外部尺寸 、混凝土挠度及调查外观缺陷等。而桥梁状态的整体性能试验则多桥梁的静、动载试验。连续桥梁（连续钢构桥）；控制截面的设计内力包

7、括中跨跨中截面，中跨截面，中支点截面、边跨跨中截面的弯距、剪力。一般地，应变观测的内容为中跨跨中截面，中支点截面，近中支点的边跨跨中截面的应变，必要时可以增加中跨L/4截面、中跨L3/4截面的挠度，对于曲线连续梁还应包括各跨支点、L/4跨中3L/4截面的挠度,对于曲线连续梁还应包括.各跨支点 L/4跨中 3L/4截面的扭转角。桥梁检测的发展趋势近年来， 我国在桥梁检测、 评估方面逐步积累资料和经验，已颁布了基于设计规范的桥梁承载能力鉴定文件。但是与世界先进水平相 比较， 还存在一定的差距， 远远不能满足现代桥梁维护管理要求。因此， 确保桥梁结构的使用安全性，进行桥梁的安全性能进行检测、评估评价

8、已经成为桥梁工程领域研究的热点问题，桥梁工程的重点已逐步 向桥梁的养护维修 、鉴定评价和加固改造方面发展。根据大跨劲混凝土桥梁的试验方案的要求，在选择实验荷载大小及加载位置是应采用静载试验效率进行控制。具体计算公式如下； （1-1） 代表计算内力 代表实验内力。代表冲击系数。 取值宜在0.91.00之间。1.2选题目的理论价值和现实意义 在科学技术的发展过程中，科学试验起着非常重要的作用。从土木工程的设计计算理论的演变历史来看，每一种体系的建立和发展，一般都和大量的科学试验，生产实践密切相连。在桥梁工程的发展过程中，桥梁试验也起到了同样重要的作用。大量的试验研究成为促进桥梁结构设计计算理论，设

9、计方法不断发展的推动力之一。桥梁试验是对桥梁原型结构或者桥梁模型结构直接进行的科学试验，包括试验的准备，理论的计算，现场试验，分析整理等的一系列工作。桥梁原型试验也成为桥梁的检测，其目的是通过试验，掌握桥梁结构在试验荷载作用情况下的实际的工作状态，判断桥梁结构的承载能力和使用性能，检测设计与施工质量。桥梁模型试验的目的是研究结构的受力行为，探索结构的内在的规律，为设计和施工服务。随着交通事业的蓬勃发展，新结构，新材料，新工艺不断涌现，桥梁检测的技术日益受到人们的重视，并且不断得到发展和提高。对大型桥梁结构进行评估是件 很复杂的工作。首先， 影响桥梁安全性的 因素很多， 包括设计、施工、材料等先

10、天因素及荷载作用自然环 境、 管理养护等后天因素； 其次， 这些因素对桥梁的影响既有本身的特点， 又相互作用， 它们给桥梁所造成的损坏， 有些可以定量表示，有些无法定量表示，就是可以定量表示的部分各自的量纲定义不同，难以归一化； 第三，从带病工作的一些桥梁的现状看， 它们的损坏( 如裂缝或钢筋严重锈蚀等)己超过安全等级标准，但仍然在工作， 即有超出安全指标而没有破坏的桥梁事例 。对大型桥梁结构必须发展与其规模功能和影响相协调的现代安全维护技术，并进一步在完善常规人工监控、建数据库系统的基础上建立与智能术相结合的桥梁运行状态的分析评价专家系统，最终实现桥梁的代化管理 。1.3 我国桥梁检测、评估

11、的现状1.3.1桥梁检测的内容我国传统的桥梁检测内容较多，主要是包括外观检查和动静载试验。其中外观检查按桥梁的构件分为：桥面系的外观检查、桥梁上部结构检查、支座的检查、墩台的检查、墩台基础的检查；按检测对象为：裂缝的检查、混凝土碳化深度的检查、混凝土强度的检查、钢筋锈蚀的检查、混凝土保护层厚度的检查以及钢筋的分布等。在静载、动载实验中，检测内容包括：1.实验荷载的大小。2.截面上应力的分布状态及大小、支座反力、堆力等的大小。3.结构的各种静态变形，包括水平位移，挠度，相对滑移和转角等。4.结构的动力特征，如自振频率、周期、衰减特征等，以及在动力荷载下的结构动应力、动位移、速度和加速度等。掌握桥

12、梁结构的结构性能，判断桥梁结构的实际承载能力。目前，我国已建立了数万座各种形式的桥梁，在使用过程中，有些桥梁已经不能够满足当前通行荷载的要求，有些桥梁由于自然原因而产生不同程度的损伤与破坏，有些桥梁由于设计或施工差错而产生各种缺陷。对于这些桥梁，经常采用试验的方法，来 确定其承载力和使用性能，并由此确定限载方案或加固改造方案，特别是对于那些原始设计施工资料不完的既有桥梁，通过静载试验确定其承载能力与使用条件就显得非常必要。而本次毕业设计在这里的主要内容有： 连续梁桥是城市桥梁广泛采用的结构形式，桥梁承载力评定的重要依据是桥梁荷载试验。本任务是通过对钢筋混凝土连续梁桥的结构分析，设计制定钢筋混凝

13、土连续梁桥的静、动力荷载试验方案。通过荷载试验方案的设计了解实验应力分析在工程实际中的应用，掌握桥梁结构的有限元分析方法，了解桥梁荷载试验的全过程1.3.2目前桥梁检测存在的问题 目前，我国桥梁检测存在的问题主要有：桥梁检测技术落后，桥梁检测的主要手段仍是目测，评估采用专家分方法， 主观人为因素较大，有时不能客观准确反映桥梁的实际情况；检测仪器设备落后；检测复杂、耗时长、技术要求高、工作量分利用现代科学技术发展最新成果和理论，尽管表观检测仍然是桥梁检测的重要手段，但一方面表观检测结构的分析方法或理论需要进一步发展，另一方面逐渐引入先进的检测技术更是桥梁管理与养护的发展趋势。对大型桥梁结构进行评

14、估是件很复杂的工作。首先，影响桥梁安全性的因素很多，包括设计、施工、材料等先天因素及荷载作用、自然环境、管理养护等后天因素；其次，这些因素对桥梁的影响既有本身的特点，又相互作用，它们给桥梁所造成的损坏，有些可以定量表示，有些无法定量表示，就是可以定量表示的部分各自的量纲定义不同，难以归化；第三，从带病工作的一些桥梁的现状看，它们的损坏(如裂缝或钢筋严重锈蚀等)己超过安全等级标准，但仍然在工作，即有超出安全指标而没有破坏的桥梁事例。对大型桥梁结构必须发展与其规模功能和影响相协调的现代安全维护技术，并进一步在完善常规人工监控、建立数据库系统的基础上建立与智能技术相结合的桥梁运行状态的分析及评价专家

15、系统，最终实现桥梁的现代化管。1.4 本课题在国内外的发展状况和发展趋势 在新桥大量建造的同时，桥梁工程的质量成为必须高度重视的重大问题。为了保证桥梁工程的质量，除了加强对勘测、设计和施工的质量之外、对竣工桥梁实行成桥检测是最为直接有效的方法。桥梁检测主要方法是荷载实验。包括了静荷载检测技术和动荷载检测技术。 目前，桥梁检测技术由静力检向动力检测过渡。传统的检测技主要是表观检测和静力检测，这检测方法都有一定的局限性。随科学技术的快速发展，一些技术分高的检测手段逐渐被引入到桥状态检测中，如将振动检测技术作为一种常规的检测手段，而不是特殊检测手段。下面一些方面将成为今后桥梁检测技术的研究热点。(1

16、)表观检测数据与桥梁状态指标的关联方式。表观检测数据与桥梁状态指标的关联方式，也就是如何从表观检测数据推断桥梁的运营业员状态。在这方面神经网络等信息科学和信号理论中的方法展现了良好的应用前景。(2)高效、高精度测量仪器的开发。目前，试验检测方法中面临的主要问题之一是测量仪器的精度不足，不能应用一些好的识别理论方法，需开发适用于桥梁结构检测的专用仪器。(3)分析与测试技术的集成。将基于有限元的数据分析技术与现场测试结合起来，使二者可以适时地相校正和补充。(4)高技术仪器、设备的研制与开发。如国际上正在研制的用于桥面板检测的地质雷达，用于全桥测量的激光雷达等。(5)动态检测技术与静态检测技术相比优

17、势明显，但目前还有许多技术上的问题还没有得到解决是今后研究的方向。1.5 混凝土连续刚构桥静荷载试验方案设计的重点1.5.1课题内容及所要达到的目的：连续刚构桥是城市桥梁广泛采用的结构形式，桥梁承载力评定的重要依据是桥梁荷载试验。本任务是通过对钢筋混凝土连续刚构桥的结构分析，设计制定钢筋混凝土连续刚构桥的静、动力荷载试验方案。通过荷载试验方案的设计了解实验应力分析在工程实际中的应用，掌握桥梁结构的有限元分析方法，了解桥梁荷载试验的全过程。1.5.2本连续刚构桥方案设计的重点：（1）查阅有关资料文献、熟悉桥梁设计资料；（2）根据设计图纸建立钢筋混凝土连续梁桥的有限元模型，分析结构的受力特点（考

18、虑荷载横向分布），通过结构检算，校合结构强度，确定试验控制截面； 3）计算结构的设计控制内力，选择合适的试验荷载并进行等效布载和制定加载 方案 （4）计算试验荷载作用下控制测点的应力、挠度值；（5）合理选择试验设备，确定桥梁控制测点的应力、挠度及索力的测试方法；（6）对桥梁结构进行固有频率分析，制定桥梁的动力试验法案。 基本条件：（1）硬件：计算机 （2）软件：Ansys，Sap2000，Midas等有限元分析软件。1.5.3桥梁的静动载检测 检测内容 既有桥梁静动载检测的基本内容、 方法和使用的仪器设等， 不同于一般新建桥的静动载试验。这里主要就既有桥静动荷载检验应注意的问题做如下说明： 1

19、 ).检测项 目因结构类型和材质不同而异， 包括内力、 各种力、 挠度 、 变形、 变位、 支承反力( 包括拱脚最大水平推力) 、 支座角、 支座沉降以及裂缝在加载时的开展情况。各种桥式结构加时的控制截面和重点部位在前面已经指出。除此之外， 还应考各部分损伤严重的截面和病害严重的构件。 2 ) 对斜面拉桥进行荷载检测时， 除主梁外， 尚须检测斜拉索力、 塔根部应力和塔顶变位等。对悬索桥作静荷载检测时对加劲梁的挠度、 应力进行检测外， 还应对主缆索力、 吊索索塔顶位移进行检测。 3 ) 除前面指出的各种桥式结构在加载时的内力控制截面检测项目外 ， 还应考虑各部分和病害严重的构件。 4 ) 进行加

20、载检测时， 应针对拟取的数据制定各种不同的况。即各有关检测得到的数据， 必须是有代表性的能说明结构作状态的控制性数据。 5 ) 根据既有桥梁结构类型的损伤、 病害等具体情况， 可静载检测都做 ， 也可只做其中的一种。 1.5.4 试验荷载的确定与截面的控制内力 为保证加载检测结果的正确性，还应考虑到有关规范和标 准中规定的静载试验效率和动载试验效率等。对既有桥，尤其是对病害较严重的桥 ，在加载时应特别注意安全 ，加载一定要分级，由小到大，循序渐进；随时观测有关数据和桥梁受载后的状况， 如有异常， 必须立即停止，并迅速卸载，以免发生危险；查明原因后才能继续进行。 1.6荷载试验工作的主要内容和意

21、义 在结构的检测方法当中，荷载试验是一种最直观、最重要的检测方法。它是对桥梁结构物进行直接加载测试的一项科学试验工作，通过了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，从而判断桥梁结构的安全承载能力及评价桥梁的营运质量。对于一些在理论上难以计算的部位，通过荷载试验可达到直接了解其受力的目的;通过荷载试验还能有助于发现在一般性检查中难以发现的隐藏病害;通过荷载试验可以检验桥梁结构的设计与施工质量:通过荷载试验可以确定旧桥结构的实际承载能力，为制定桥梁加固或改建技术方案提供科学依据。桥梁的荷载试验是一项复杂而细致的工作，技术含量高，应根据荷载试验的目的进行认真的调查分析，必要时进行相关的理论分析。公

22、路桥梁荷载试验应以国家和交通部颁布的有关公路桥涵的法规、技术标准、设计规范为依据来进行，对于某些新结构以及采用新材料、新工艺的桥梁，无相关条款规定时，可借鉴国外或国内其他行业的相关规范、规程的有关规定。荷载试验的主要内容包括:（1）荷载试验方案的拟定(包括静载试验与动载试验测试项目);（2）荷载试验的测点设置与测试仪器、设备组配:（3）荷载试验的加载等级控制与试验过程安全控制;（4）试验数据分析与结构性能评定;（5）试验报告编写。根据荷载试验的作用性质，桥梁荷载试验可分为静载试验和动载试验。虽然二者在试验目的和内容上都很不相同，但对承受以车辆荷载为主的桥梁结构来说，这两种性质的荷载试验对于全面

23、分析和了解桥梁结构的工作状态是同样重要的。静载试验可在结构上布置较多的测点，便于更全面的分析结构的受力情况。动载试验则是研究分析桥梁结构在车辆荷载或其他动力荷载作用下的振动特性所必需的。在桥梁动载试验当中，按作用方式可将动力荷载分为冲击荷载、振动荷载、和制动荷载。在具体的试验中可根据试验的具体要求来选择荷载方式。目前，在桥梁设计实践中，对于车辆荷载所产生的动力作用的影响，采用了在结构静力计算的基础上引入活载冲击系数的方法来考虑。以跨长或加载长度作为参数的冲击系数是一个概括了多种影响因素的综合性技术指标。冲击系数的数值范围一般是通过桥梁动载试验，并综合分析来确定的。桥梁荷载试验也是新型桥梁结构性

24、能研究、各类桥梁施工质量与结构承载能力评定工作的重要手段。普及桥梁荷载试验技术，搞好试验工作并做出桥梁结构性能的正确评价，对于推动我国桥梁建设，提高桥梁工程质量，挖掘服役桥梁承载潜能，都具有十分重要的意义。 第2章 有限元建模2.1桥梁的总体设计概况 桥梁上部结构为（60.5+110+60.5）m三跨一联预应力混凝土连续钢构桥，桥全长238m。主墩为双薄壁墩，基础为承台、群桩基础。连续钢构采用单箱单室，C55混凝土，三向预应力，箱宽7m，翼板悬臂2.5m，全宽12m。预应力布置有横向预应力钢束、竖向预应力钢束、及竖向预应力。桥墩墩身为钢筋混凝土双肢薄壁墩，薄壁厚度为135厘m。采用C40混凝土

25、。桥墩基础采用2排共6根桩径2m的钻孔灌注桩，承台高4.5m，采用明挖施工。承台采用C30混凝土，桩基采用C30水下混凝土。桥台采用肋板式桥台，下设承台、桩基础。肋板宽1.5m，承台高2m，采用C30混凝土。桩基础为4根直径1.5m的钻孔灌注桩，C30水下混凝土。桥面系结构部分，包括伸缩缝、人行道及栏杆、泄水管、桥面铺装等。下图为桥梁的总体设计图 图2-1 桥梁的纵断面图 图2-1桥梁的横断面图2.2结构节点、单元划分对于单元的划分一般遵从以下原则：对于所关心截面设定单元分界线，即编制节点号构件的起点和终点以及变截面的起点和终点编制节点号；不同构件的交点或同一构件的折点处编制节点号；施工分界线

26、设定单元分界线，即编制节点号；当施工分界线的两侧位移不同时，应设置两个不同的节点，利用主从约束关系考虑该节点处的连接方式；边界或支承处应设置节点；不同号单元的同号节点的坐标可以不同，节点不重合系统形成刚臂；对桥面单元的划分不宜太长或太短，应根据施工荷载的设定并考虑活载的计算精度统筹兼顾。因为活载的计算是根据桥面单元的划分，记录桥面节点处位移影响线，进而得到各单元的内力影响线经动态规划加载计算其最值效应。对于索单元一根索应只设置一个单元。2.3边界条件 本桥在墩底固结，在Midas/civil中用一般支撑来模拟；对于最边上的满堂支架现浇的两个梁段，在边跨未合拢时，最边上是活动铰支座，次最边上为固

27、定铰支座；边跨合拢后就钝化两次最边上的固定铰支座。2.4 用midas结构分析软件建立桥梁模型 桥梁的模型结构是按照同实际结构保持一定的相似关系而复制的代表物，它具有原型结构的全部特征或部分特征。通过模型试验可得到和原型相似的工作情况，根据相似理论使模型上得到的试验结果，能推广应用到与之相似的原型结构上去。在模型试验中，能比较容易的在模型结构上实现某些因素的改变，并研究其变化对结构工作的影响，这对于验证现有的计算理论和促进新理论的建立是非常有益的，因此在桥梁结构的研究性试验中，常常采用模型试验。模型试验也可作为某些重要的原型结构试验的辅助性试验，在原型试验之前通过模型试验取得必要的参考数据，以

28、便使整个试验工作更顺利地进行。本桥采用midas结构分析软件进行建模。midas模型的实际结构构件用对象来体现。通过图形界面，首先“画出”对象的几何特征，然后“指定”荷载和属性到对象上，完成实际构件模型。本桥可只建整桥的半幅模型，是midas中的平面问题。Midas软件建模图形如下图： 2-1 试验桥梁有限元建模图 建模完成后即可定义各种工况，运行后即可得到控制截面的内力及内力影响线。第3章 荷载试验理论计算资料3.1求边跨跨中的正弯距的数值3.1.1荷载效率的定义 为保证试验效果，根据大跨境混凝土桥梁的试验方法的要求，在选择试验荷载大小及加载位置时应采用静载试验效率进行控制，即： （3-1）

29、 式中：试验荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值； 设计标准荷载作用下，检测部位变形或内力计算值； 设计取用冲击系数。取值宜在 0.9 1.00之间。当桥梁调查、验算工作比较充分完善时,可采用低限值；当桥梁调查、验算工作不充分，尤其是缺乏设计计算资料时，可采用高限值。根据上述两点，在计算试验荷载效应时，首先要根据控制截面的设计内力及加载设备的种类，初步确定加载位置、加载等级，以使试验荷载逐级达到该截面的设计内力，实现预定的加载效率，同时，应计算其他控制截面在试验荷载作用下内力，如未超过其设计内力，说明试验荷载的加载位置、加载等级有效且安全，如超过其设计内力，则应重新调整试验荷载的加载位置、加

30、载等级，直至找到既可使控制截面达到其加载效率、又使其它截面在试验荷载作用下不超过其设计内力的加载方式为止。其次，根据最终确定的加载等级、加载位置及加载重量，计算出试验桥梁各级试验荷载作用下的结构行为，包括试验桥梁各应力测试截面的应力应变，各挠度测点的挠度，必要时还要根据试验桥梁的受力特点，计算出各测点的扭角、水平位移等结构反应，以便与实测值进行比较，评价该桥的工作性能。最后，在上述工作的基础上，结合现场实际情况，形成严密可行的加载程序，以便试验时实施。很显然本桥是在两个边跨跨中、墩顶和中跨跨中是受到弯矩最大的地方。所以我们所要计算的是本桥的边跨跨中、墩顶和中跨跨中的弯矩，验算其是否满足设计要求

31、。根据荷载效率对本桥进行加载，荷载效率一般宜在0.91.00左右。3.1.2 计算汽车冲击系数的确定 根据新规范当中的要求来确定汽车冲击系数，在新规范中的要求规定如下： 由于本桥计算跨径小于150m，所以不考虑纵向折减系数，结构基频根据后面动力试验计算得到。在后面计算得到的结构基频小于1.5Hz，所以确定冲击系数为=0.05 3.1.3边跨跨中的控制内力 本桥边跨跨中的弯矩数值=汽车-63级或挂车-300产生的最大弯矩数值+人群荷载产生最大弯矩数值 图3-1 汽车63级车队纵向排列 图3-2 挂车300纵向排列 图3-3 汽车63级和挂车300的横向排列车轮沿桥跨方向在不同的位置上布置上车轮具

32、体的弯距的影响线都是不一样的，在不同的位置处的影响线可以根据影响线规律在Midas里查询出来，或者用在数值计算方法中的两点插值公式，在相邻两点处进行直线插值.关于插值再此不做过多的讨论。影响线见图3-4 具体的插值公式为：y= 图3-4 边跨跨中弯矩影响线 在各个车轮处的影响线数据根据插值可以得出下面见表3-1给出了影响线的数值及根据汽车63级计算出的最大弯矩值表3-1 弯矩计算值 所以根据汽车63级算得的最大弯矩为W=114462=22892KNm 下面根据挂车300计算最大弯矩值，见下表3-2给出了影响线的数值及根据挂车300计算出的最大弯矩值。 表3-2 弯矩计算值所以根据挂车300算得

33、的最大弯矩为W=21401KNm 比较汽车63级+人群荷载和挂车300算得的最大弯矩，谁大取谁为最终控制内力。根据比较，汽车63级不加人群荷载就比挂车300算的弯矩值大，所以最大弯矩取汽车63级，W=22892KNm。其次再计算人群荷载产生的弯矩值。人群荷载取3KN/m2，所以W=3人行道宽度影响线面积。W=31.060.52.26+31.0590.75=542.94KNm最终的控制内力为W=22892+542=23434KNm3.1.4边跨跨中的试验内力 根据图3-4弯矩影响线可以求出试验内力 一辆车，两车轮中心线间距：1.8m；两辆车相邻车轮中心线间距：1.3m；具体为;在图3-4中距离0

34、#台31.25m处的影响线最大，所以把轴重最大的车排在此处。21.35m处为6.14 36.25m处为7.77 由此在第一跨布置12辆三轴载重车，车的前轴重为7t，中后轴各重为19t。所以算出的实验内力为：W=1103721.05=23177.7荷载效率为（23177.7/23434）1000.98 即静载试验效率数值在0.91.00之间。3.2求墩顶的负弯距的数值3.2.1求墩顶的控制内力 计算墩顶的负弯距采用与上述同样的方法，先看墩顶的弯矩影响线图。墩顶的弯矩影响线如图3-5所示。图3-5墩顶负弯矩影响线 下面见表3-3给出了影响线的数值及根据汽车63级计算出的最大弯矩值 表3-3 弯矩计

35、算值 所以根据汽车63级算得的最大弯矩为W=-397872=-79574KNm再根据挂车300计算最大弯矩，但算的的最大弯矩值小于根据汽车63级算得的最大弯矩值，所以汽车荷载采用汽车63级。人群荷载取3KN/m2，所以W=3人行道宽度影响线面积。W=31.02.1254.2+31.04.4108=-1770kNm所以最终算得的控制内力为W=-79574+(-1770)=-81344kNm3.2.2求墩顶的试验内力根据图3-5弯矩影响线可以求出实验内力 一辆车，两车轮中心线间距：1.8m；两辆车相邻车轮中心线间距：1.3m；具体为;在图3-4中距离0#台105.5m处的影响线最大，所以把轴重最大

36、的车排在此处。95.6m处为-15.02 85.7m处为-11.62 113.3m处为-14.99 123.2m处为-12.02 133.1m处为-8.52 由此在第二跨布置12辆三轴载重车，车的前轴重为7t，中后轴重为19t。所以算出的实验内力为：W=-3664121.05=-76946.1荷载效率为（76946.1/81344）1000.95 即静载试验效率数值在0.91.00之间。3.3求中跨跨中的正弯距的数值3.3.1求中跨跨中的控制内力计算中跨跨中的正弯距采用与上述同样的方法，先看中跨跨中的弯矩影响线图。中跨跨中的弯矩影响线如图3-6所示。图3-6中跨跨中的弯矩影响线 下面见表3-3

37、给出了影响线的数值及根据汽车63级计算出的最大弯矩值 表3-6 弯矩计算值 所以根据汽车63级算得的最大弯矩为W=104862=20972kNm人群荷载取3KN/m2，所以W=3人行道宽度影响线面积。W=31.01101.46=481.8kNm所以最后根据汽车63级算得的控制内力为W=20972+481.8=21453.8kNm 下面根据挂车300计算最大弯矩值，见下表3-7给出了影响线的数值及根据挂车300计算出的最大弯矩值。表3-7 弯矩计算值所以根据挂车300算得的最大弯矩为W=19526kNm比较汽车63级和挂车300算得的最大弯矩，谁大取谁为最终控制内力。所以根据比较得到的最大弯矩取

38、汽车63级，W=21453.8kNm。其次再计算人群荷载产生的弯矩值。最终的控制内力为W=20972+481.8=21453.8kNm3.3.2求中跨跨中的试验内力 根据图3-6弯矩影响线可以求出实验内力 一辆车，两车轮中心线间距：1.8m；两辆车相邻车轮中心线间距：1.3m；具体为;在图3-4中距离0#台115.5m处的影响线最大，所以把轴重最大的车排在此处。106.4m处为5.38 120.5m处为6.83 由此在第二跨布置6辆三轴载重车，车的前轴重为7t，中后轴重为19t。所以算出的实验内力为：W=989021.05=20769kNvm荷载效率为（20769/21453.8）1000.9

39、7 即静载试验效率数值在0.91.00之间。3.4 关于本连续刚构桥应力的计算 求桥梁的应力是一共求三个截面的应力状况,即边跨跨中截面的应力,中跨跨中截面的应力和桥梁桥墩敦顶截面的应力。先论述梁横截面上的正应力问题：在一般情况下，梁的横截面上有弯矩M和剪力FS。由截面上分布的合成关系可知，横截面上只有与正应力有关的法向内力元素才能合成为弯矩；而与切应力有关的切向内力元素才能合成为剪力。所以，在梁的横截面上一般是既有正应力，又有切应力。若梁在某段内各横截面上的剪力为零，弯矩为常量，则该梁的弯曲称为纯弯曲。在材料力学中，即得等直梁在弯曲时横截面上任一点处正应力计算公式为 （3-2） 式中，M为横截

40、面上的弯矩；为横截面对中性轴z的惯性矩；y为所求应力点的纵坐标。 从上式可知，在横截面上离中性轴最远的各点处，正应力值最大。当中性轴z为截面的对称轴时，则横截面上的最大正应力为 （3-3）若令 （3-4） 则 （3-5）式中，是截面的几何性质之一，称为弯曲截面系数，其值与横截面的形状和尺寸有关，其单位为。 3.5 计算应力的各个截面数据 所要计算的图象的截面的形状如下图所示： 图3-8中跨跨中截面图下面是在CAD中算出的中跨跨中的截面数据：图3-9边跨跨中截面图下面是在CAD中算出的边跨跨中的截面数据：图3-10墩顶截面图下面是在CAD中算出的墩顶的截面数据：说明：1、应力、应变系下缘值，受拉

41、为正； 2、中性轴为距下缘距离。由于计算的截面不同, 它的截面性质也不同.比如.面积.,惯性距,等等.加上不同截面在不同工况下的实验弯距和计算弯距也不一样.边跨跨中和中跨跨中的截面的具体数据如下表格 表3-8截面数据表3.6 关于本连续刚构桥挠度的计算 钢筋混凝土受弯构件在使用阶段，因作用（或荷载）使构件产生挠曲变形，而过大的挠曲变形将影响结构的正常使用。因此，为了确保桥梁的正常使用，受弯构件的使用具有足够刚度，使得构件在使用荷载作用下的最大变形（挠度）计算不超过容许的限制。受弯构件在使用阶段的挠度应考虑作用（或荷载）长期效应的影响，即按作用（或荷载）短期效应组合和给定的刚度计算挠度值，再乘以

42、挠度长期增长系数。挠度长期增长系数取用规定是：当采用C40以下混凝土时，=1.60；当采用C40C80混凝土时，=1.451.35，中间强度等级可按直线内插取用。公路桥规规定，钢筋混凝土受弯构件按上述计算的长期挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后不应超过以下规定的限值：梁式桥主梁的最大挠度处/600；梁式桥主梁的悬臂端/300。此处，为受弯构件的计算跨径，为悬臂长度。本连续刚构桥的测试中所要测试的截面如下图3-11 图3-11本连续刚构桥主要看J1、J2截面的挠度，在Midas中定义好该桥的各种特性。结果算的。J1截面的挠度为2.91mm，J2截面的挠度为15.662mm。3.7对模型的动态

43、分析计算3.7.1模态分析采用特征值分析； 特征值是对应的模态圆频率的平方，模态的周期频率f及周期T与圆频率的关系如下： 在Midas中算的频率周期如下表所示： 表3-8分析得到以下结果: 所以得到特征值为 3.7.2 动态振型 下面两副图形是结构的一阶振型和二阶振型 结构的一阶振型 结构的二阶振型试验中的冲击系数的确定;动力荷载作用在桥梁结构上产生的挠度，一般较同样的静荷载所产生的相应的静挠度要大。动荷载挠度与相应的静挠度的比值称为相应活荷载的冲击系数。由于挠度反映了桥梁结构的整体性能，是衡量桥梁结构刚度的主要指标，因此、活载冲击系数综合的反映了动力荷载对桥梁结构的动力作用。活载冲击系数与桥梁结构的结构形式，车辆行使的速度，桥面的平整度等有关。为了测定瞧你结构的冲击系数，应该使车辆以不同的速度驶过桥梁，逐次记录跨中截面的挠度时程曲线，按照冲击系数的定义有 ： 最大的动挠度最大的静挠度第4章 试验方案4.1 桥梁工程概况4.1.1桥梁总体设计 桥梁的总体设计概况在前面已介绍，在此不再赘述。4.1.2主要技术指标 道路等级：三级公路。设计行车速度：V=30km/h。 设计荷载： 恒载：预应力混凝土重力密度26kN/m3 汽车荷载：汽车63级（横桥向一车道满载，另一车道空载），