简支T梁桥静动力荷载试验毕业论文.docx

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简支T梁桥静动力荷载试验毕业论文

前言

桥梁是公路的纽带和咽喉，直接左右着公路的生命。

因此，必须确保其工程质量，始终使其处于良好的工作状态。

一般来说，桥梁是一项大型工程，决定其质量的因素是多方面的，例如：

设计分析理论、施工技术、建筑材料、以及地质、水文等自然条件。

为此，在桥梁建设过程中，人们采取相应和依靠材料试验、模型试验、结构试验、施工监控、成桥后的动、静载试验和相关试验技术起着至关重要作用。

本文主要研究某简支T梁桥静、动荷载试验和方案设计，简支梁桥是梁式桥中应用最早，使用最广泛的一种桥型，也是实际工程中需要进行荷载试验数量最多的一种桥型。

它受力简单，梁中只有正弯矩，适用T形截面梁这种构造简单的截面形式；体系温变、混凝土收缩徐变、张拉预应力等均不会在梁中产生附加内力，设计计算方便，最易设计成各种标准跨径的装配式结构。

所以研究简支T梁桥静、动载试验有重要意义，为研究其它复杂桥梁也提供了一定的参考。

随着经济建设的需要和交通事业的发展，线路载重及运量在不断增长，对桥梁的承载和通行能力提出了更高的要求。

既有桥梁不断增加，桥梁损伤以及其他不适应交通运输要求的问题也出现了。

而且，既有桥梁不满足规定要求的问题也越来越普遍。

对其承载能力的评估已引起世界性关注，自80年代起，在一些工业发达国家，桥梁工程的重点已逐步转到养护维修、鉴定评估和加固改造方面，并已取得长足进展，在公路桥梁方面，美、英、加拿大和我国先后颁布了基于极限状态原理和设计规范的桥梁评估标准，1980年，英国工程师协会发表了《既有桥梁结构的评估》，1981年，经济合作与发展组织组织召开了《关于道路桥梁维修管理国际会议》，在1990年、1993年、1996年，在英国召开了三次桥梁管理国际会议,此外，还有不少相关会论文集和专题研究报告，在工程实践方面，美、英、加拿大先后颁布了基于可靠性理论和设计规范的桥梁评估或文件。

国内外检测技术的一些最新发展在美国，每年有大量的桥梁急需维修，为了确保桥梁的维修经费的合理利用，美国公路管理局拟采用一种贝叶斯预测技术，将以前的检测数据和工程判断组合起来，可清楚的考虑到测量的错误，将建立在工程评价和先前的经验信息上融入到未来的混凝土桥梁的管理系统中的架构中。

美国公路管理局早已开始对美国国内所有的桥梁建立基本数据建库，并可将以后的检测所获得数据不断的更新数据库中的内容。

美国AASHTO已建立起“DATAPAVE路面长期管理使用性能数据库管理系统”，相信不久其相应的桥梁数据库也将建立起来。

我国上海市现已着手建立上“海市城市桥梁管理系统”，它通过对桥梁的不同部位进行评价，通过加权汇总成全桥的桥梁缺损状况值（BCI），最后得出该桥的使用可靠度，这种分析充分运用了模糊数学的知识。

目前，将损伤力学用于桥梁表面病害、故障检测，已有不少成果问世，有学者认为可用它初略估计老桥梁的残余寿命。

多学科的交叉大大发展了桥梁的检测理论，这标志着以后桥梁可靠度综合评价技术发展的方向，检测方法的发展也是日新月异。

大型新型的设备已投入到生产实践中，新型传感器具有更高的精度、可靠度和耐久性；检测数据通过可靠的自动化数据收集系统、处理系统可直接输出结果，节省了大量时间，同时能保证数据的精确度、小型和电气化；数据采集和整理电脑化。

与世界先进化水平相比，我国公路桥梁方面的工作还存在一定的差距，主要表现设计理论还不够先进，评估体系还不够健全，评估方法还有待于完善。

近年来，我国也积极开展桥梁方面的评估研究工作，逐步积累资料和经验，公路桥梁已颁布基于技术规范的桥梁承载能力鉴定文件，而且，现在正在编写《城市桥梁抗震设计规范》。

随着我国经济高速发展，公路桥梁在构造形式上不断更新，在结构上趋于轻型、大跨度化。

这需要桥梁的设计工作者对桥梁的受力状态进行合理的分析，从而达到优化设计的目的。

本论文重点是静载方案的设计，主要在于内力的计算，由于本桥横向由9片T梁连接而成，要利用横向分布理论，把桥梁内力计算由空间转化为平面来计算，采用横向分布计算中的刚接板法。

结合Finte软件建模，通过模型来算内力，可自动生成横向模型影响线，利用等效理论进行加载设计，进行加载方案的设计。

摘要

简支梁桥是梁式桥中应用最早，使用最广泛的一种桥型，也是实际工程中需要进行试验数量最多的一种桥型，本论文对某简支T梁桥加载方案进行设计。

本T梁桥九片T梁由湿接缝连接而成，计算中要用到横向分布的知识进行计算。

并将计算理论与Finte有限元软件进行结合，用Finte建立桥梁模型，然后依据国家规范《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）中城—A车道荷载对模型进行最不利加载，求出此时全截面最大内力。

根据横向分布计算原理，用软件求出各片梁横向分布系数，求出各片梁设计控制内力，比较选取最不利梁号和车道数，求出控制内力。

再进行最不利车道数和梁号等效车辆加载设计，进行加载使最不利梁的内力与控制内力相当，得出试验方案。

并算出此时荷载效率，荷载效率尽量控制在0.95～1.0之间，关键在于方案的制定。

此外还要进行动载方案布置，求出其自振频率、一阶振型和动力系数。

关键词：

静动载试验，简支T梁桥，布载方案，静载效率

Abstract

Simplysupportedbeambridgeisthefirstapplicationofthebridge,themostwidelyusedasabridge-type,butalsotheactualneedforthepilotprojectinthelargestnumberofabridge.Inthispaper,ofasimplysupportedTbeambridgedesignloadprogram.TgirderbridgeforthenineTrigiditybythen,usedinthecalculationofthehorizontaldistributionofknowledgeofsimplecounting.TheoryandthecalculationandfiniteelementsoftwareFintecombinationFintetobuildbridgeswiththemodel,andthenbasedonnationalnormsCity-Alaneloadtoloadthemodel,calculatedthemaximuminternalforceatthistimetheentiresection.Calculatedinaccordancewiththeprincipleofhorizontaldistribution,thefilmobtainedwiththesoftwaredistributioncoefficientofthehorizontalbeam,beam-chipdesigntoderivetheinternalforce,comparedtoselectthemostdisadvantagedandlaneafewbeams,obtainedcontrolofinternalforces.FurtherthenumberofthemostdisadvantagedandtheLeung-laneNo.Designequivalentvehicleload,theloadbeamsothatthemostdisadvantagedandcontrolofinternalforcesofconsiderableinternalforce.Andcalculatetheloadatthistimetheefficiencyofloadingefficiencytobebetween0.8~1.05,thisprogramisonlyreasonable,themostimportantisprogramdevelopment.

Inadditiontodynamicloadtheprogrambutalsoarrangedtoderiveitsnaturalfrequency,thefirstordearmodeshapeandpowerfactor.

KEYWORDS:

Staticanddynamicloadtest,SimplysupportedbeamTbridge，theprogramofcontributingloads,efficiencyofstaticload

摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．-I-

Abstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．-II-

第1章桥梁检测概述

1.1桥梁检测的概述

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，通过理论检算分析，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，我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。

静荷载试验是将静止荷载作用在桥梁上的指定位置，然后对桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量进行测试，从而对桥梁结构在荷载作用下的工作性能及使用能力作出评价。

桥梁动荷载是利用某种激励方法激起桥梁结构的振动，然后测定其固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数、行车响应等参量，从而判断桥梁结构的整体刚度、行车性能。

在梁式桥梁的荷载试验时，应在满足鉴定桥梁承载能力和评定其实际状况的前提下，加载试验项目应抓住重点，不宜过多。

一般应有2～3个主要内力和位移控制截面，此外，根据桥梁具体情况可设置几个附加附加内力控制截面。

简支梁桥主要内力和位移控制截面是跨中截面最大正弯矩和挠度，支点截面最大剪力，裂缝观测。

附加有1/4截面最大正弯矩和挠度，墩台最大垂直力和位移与转角、支座变位等。

静载试验一般有一两个主要内力控制截面，在满足鉴定桥梁承载力的前提下，可根据具体情况设置几个附加内力控制截面。

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+

）式（1.1）

代表计算内力，

代表实验内力。

1+

代表动力系数,

取值宜在0.8～1.05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。

1.3.1桥梁检测的发展趋势

目前，桥梁检测技术由静力检测向动力检测过渡。

传统的检测技主要是表观检测和静力检测，这些检测方法都有一定的局限性。

随科学技术的快速发展，一些技术较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）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势明显，目前许多技术上还没有得到解决的问题是今后研究的方向。

20世纪80年代以来，桥梁的评估日益受到国内专家学者的重视，在桥梁的评估方面作了大量的研究，特别是在桥梁的承载能力评估、结构损伤和构件疲劳等方面取得一定的进展。

西南交通大学开发的“桥梁工程设计数据管理系统”中，考虑了传统关系型数据库的特征，也考虑了新型的演绎数据库的特征。

系统实现了对各种桥梁的设计、施工、所跨越河流及运营养护数据的录入、查询和修改功能，并进一步把各种数据应用于统计、计算和决策。

陆亚兴等在“上海市公路路面桥梁管理系统”研究中，引入桥梁缺损状况指数BCI（BridgeCondi—tionlndex）作为桥梁缺损状况评价指标,建立了BCI计算模型，通过主客观相结合的方法标定模型的各项参数。

交通部公路科研所研制的省市级公路桥系统（CBMS），引用了HPO（层次模块分解）法进行模块设计，将要实现的子系统、模块和功能层层分解,构成树形层次结构，使系统结构化程度高，可维护性和扩充性能好。

评价对策子系统提供了“桥梁使用功能评价”和“旧桥加固对策支持方案”两个应用模块。

国内专家学者的研究成果大多是针对中小桥梁的管理和维修方面，而且往往集中在桥梁各部分构件的检测与单独评价，对于大型桥梁的评估的研究较少。

由于大型桥梁评估的复杂性，目前各种评价方法在理论上均有一定的局限性，单纯应用某一种方法进行评价，很难保证评价结果的可靠性。

为此，进一步改进各评价理论的缺陷，探讨综合多种评价理论进行评价的可行性成为当务之急。

针对大型桥梁状态评估的特点以及评价技术的现状，可考虑同时采用多种方法进行综合评价，以提高评价结果的可靠性。

综合国内外研究现状看，现代大型桥梁管理系统要具备多种功能，开发具有评价功能的专家系统己经成为今后桥梁评估的发展趋势。

1.4.本课题的研究重点

（1）.查阅有关资料文件﹑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（考虑荷载横向分布），计算结构的设计控制内力和活载最不利横向分布系数，选择合适的试验荷载并进行等效布载和制定加载方案,计算荷载效率保证在规范范围内；

（3）、计算试验荷载作用下控制测点的应力、挠度值；

（4）、对桥梁结构进行固有频率和振型分析，制定桥梁的动力试验方案。

第2章桥梁工程概况

2.1桥梁总体概况

该铁路跨线桥以斜交角75°上跨铁路，上部结构为1跨25m预应力简支T梁，桥台采用U型台，桥梁计算跨径23.86m，桥宽20.0m，3车道设计，由9片T梁组成，梁高1.75m，横向以1条中横隔梁和2条端横隔梁联系。

主梁混凝土强度为C40，桥面铺装采用12cm等厚C30混凝土。

2.2桥涵设计标准

（1）、设计荷载：

城A级，人群荷载4.0kN/m2

（2）、桥面组成：

4.0m（人行道，含0.25m栏杆1m和绿化带）+12.0m（车行道）+4.0m（人行道，含0.25m栏杆和1m绿化带）

2.3静载控制截面及工况确定

据简支梁受力特点可知，梁体在跨中时受到的弯矩最大，支点处承受的剪力最大，因而，简支梁桥的设计主要受跨中正弯矩和支点剪力控制。

这也是进行荷载试验时测试其桥梁强度的主要测试截面，而简支梁的跨中挠度较全桥各个截面为最大，是刚度测试内容。

所以控制截面为跨中截面（弯矩控制）和距梁端1.08m处截面（剪力控制）。

城A级车道荷载规定：

跨径大于20m且小于等于150m时，当计算弯矩，车道荷载的均布荷载标准值采用10kN/m，计算剪力时均布荷载标准值采用15kN/m，所加集中荷载采用300kN。

所以设计荷载工况数有两个，一个是跨中弯矩最不利工况一，一是边跨剪力最不利工况二，两种工况中均布置有车道荷载和人群荷载。

工况一下车道荷载为净跨径满布均布荷载10kN/m，跨中布集中荷载300KN，最大弯矩控制截面在跨中。

人群荷载为净跨径满布4.0kN/m均布荷载，以宽度每延米下考虑。

工况二为剪力最不利工况，剪力控制截面为支座点下部沿45°斜线与中性轴交点处截面，即距梁端1.08m处。

工况二下车道荷载布置是在45°斜线与桥面交点处截面（即距支座1.75m处）加集中荷载300KN，在集中力作用位置至另一边桥端加均布荷载15kN/m。

人群荷载为集中荷载作用处至桥端满布均布荷载4.0kN/m，也以宽度每延米下考虑。

2.4结构体系和设计要点

（1）.本梁梁高为175cm，约为跨径的1/14,组合梁高为187cm，梁梗间距为225厘米，中梁顶宽180cm，边梁顶宽190cm，为加强上部构造的整体性，除横隔板间进行连接外主梁翼板间设45厘米现浇湿接缝。

（2）.预制梁及现浇桥面板均采用C40混凝土。

（3）.本梁预应力体系采用￠j15.24、Ryb=1860MPa的高强度低松弛钢绞线，锚具采用15-6、15-7型，管道采用预埋波纹管成型。

（4）.钢束张拉力均按不断丝设计，施工张拉时若发现断丝，应查因，采取措施或予以更换，其张拉控制应力为1395MPa。

（5）.本梁支座采用GJZ200X300X49mm普通板式橡胶支座。

（6）.梁端与桥台相接处采用40型伸缩缝。

（7）.桥面横坡采用支承垫石不等高、翼缘板倾斜、桥面铺张层共同调整；桥面纵坡采用梁体斜置，梁底预埋钢板水平放置调平。

（8）.T梁跨中挠度值（mm）见下表：

表1-1跨中挠度值

阶段

部位

预应力

反拱度

横载挠度

最终挠度

一期

二期

汽车

挂车

边梁

-30

-19

-9

-3

0

中梁

-24

-15

-9

-4

-1

第3章有限元建模

3.1引言

有限单元法是目前利用计算机求解一般连续体问题的数值解的一种重要方法。

多种实际工程问题都可借助有限单元法进行分析并求得其近似解，为工程问题的解决提供了有效的方法。

有限元方法是在结构矩阵分析位移法基础上发展起来的，在建立位移场的过程中采用的是具有普遍意义的方法。

有限单元法的具体做法是，将弹性连续体进行离散化，即从几何上把整个弹性体划分为有限个单元体，这些单元仅在有限个结点上以铰相连接，以一个有限个单元的体系代替一个无限个自由度的连续体，作了物理上的近似。

在求解力学问题时，有的以位移为基本未知量，有的以应力为基本未知量。

在此所介绍的有限单元法中将按位移求解，在整个解题过程中全部以结点的位移作为基本未知量，这类似于结构力学中的位移法。

每个单元中的任意点的位移，均按一定的函数关系用结点位移来表达，这个表达任意点位移的函数称为插值函数，它必须满足单元之间变形的连续性。

由变分法知，单元的变形势能是结点位移的二次函数，各个单元的变形势能之和就是整个弹性体的变形势能，并格荷载的势能也用结点位移来表示，这样整个系统的总势能边必然是节点位移的二次函数。

应用最小势能原理把势能二次泛函的极值问题化成普通多元二次函数的极值问题，即令系统总势能对结点位移偏导数为零．由此得到一组以结点位移为未知数的多元线性代数方程，从而求出结点位移，由此计算出各单元或结点的应变和应力。

由上述的过程可知，有限单元法是从分析每个单元入手，再进行综合研究整个弹性体。

从原则上讲，有限单元法允许各个单元具有不同材料。

因此，对于复杂几何边界和复杂材料构成的弹性体，总可以通过足够细小的划分来迫近真实情况。

此外，有限单元法从计算方法上有通用的分析方法和程序，FINITE软件就是其中的一种。

3.2用FINITE软件建立桥梁模型

3.2．1简介FINTE建模软件

FINTE软件是我们学校老师自己编制的有限元建模软件，对于实验桥梁加载模型的建立和计算非常实用和简便。

FINTE软件建模主要在于数据的准备和输入，由软件自动生成模型。

本桥主要建立两个模型，一个纵向模型求内力和变形，一个横向模型求横向分布，用模型求得控制内力，据此进行等效加载方案设计车辆布置并求出此时控制截面内力和变形。

3.2.2finte中横向分布计算方法

由于计算机技术的快速发展，可以应用各种理论的方法来分析计算空间结构在不同荷载作用下以及各种物理环境、不同因素的影响下的内力分布状态。

这一技术也被广泛应用于主梁、横梁和桥面板构成的简支梁桥空间结构中。

较精确的空间结构分析是采用有限元理论，将空间结构分成板、壳或其他单元联接成整体结构，应用计算机得出一座桥梁的理论计算值。

但也可以采用近似理论，引入荷载横向分布系数m，将复杂的空间问题合理转化成简单的平面问题来求解。

从而对桥