单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,桥梁荷载试验,方案布置,与,优化过程,详解,桥梁荷载试验,1,大跨长联连续刚构桥,静力荷载试验方案,设计,与,优化,大跨长联连续刚构桥静力荷载试验方案设计与优化,2,交流提纲,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,交流提纲 模型建立,3,引言,荷载试验是检验与评定桥梁承载能力最直接有效的方法，也是桥梁交（竣）工验收及后期养护的重要科学依据。,针对目前荷载试验,工况多,、,耗时长,、,费用大,等缺点，结合高墩大跨长联连续刚构桥的,受力特性,与,影响线,特点，在保障结构安全的条件下，对荷载试验的工况,进行了优化,。,引言荷载试验是检验与评定桥梁承载能力最直接有效的方法，也是桥,4,第一部分,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,第一部分 模型建立,5,模型建立,（,110+3200+110,）,m,预应力混凝土变截面箱形连续刚构桥。,箱梁为单箱单室横断面，下部结构主墩为钢筋混凝土双肢薄壁墩。,单向两车道，按照,三车道设计,，设计荷载等级为,公路,级,。,模型建立（110+3200+110）m预应力混凝土变截面箱,6,模型建立,在建模前，应首先需要根据分析的目的来选择相应的单元以及模型的简化原则，并应事先划分好,施工阶段,、,结构组,、,荷载组,以及一些,必要的计算,（如一期、二期恒载）等。,一般地，在模型完全建立后，可选择“消隐”功能以,显示与校验,所建立的有限元模型是否与实际结构一致；还可以按照不同材料、截面等信息选择不同的颜色显示，使得桥梁整体的有限元模型更加,清晰、明了,。,模型建立在建模前，应首先需要根据分析的目的来选择相应的单元以,7,模型建立,模型建立,8,第二部分,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,第二部分 模型建立,9,内力计算,结构自重由程序自动考虑，横隔板与齿板用,集中力,输入，二期（铺装、栏杆等）用,均布荷载,考虑。,汽车荷载的冲击系数通过输入,基频,来考虑，由于是单梁模型，故,荷载横向分布系数,为,3,（车道数）,0.78,（横向折减系数）,1.15,（偏载系数）,0.97,（纵向折减系数）,=2.61,。,由于荷载试验是测试桥梁在设计活载作用下结构响应的,增量,，且预应力对结构的刚度贡献较小以及对结构的基频影响较小，故暂,不考虑预应力效应,。,内力计算结构自重由程序自动考虑，横隔板与齿板用集中力输入，二,10,内力计算,运用“特征值分析控制”功能对结构进行动力特性理论计算分析，分析前需将结构的荷载转化为质量，即将结构,自重,与,恒载,转化到“,Z”,上。,内力计算运用“特征值分析控制”功能对结构进行动力特性理论计算,11,内力计算,主梁正对称竖弯（,f,1,= 0.774 583 Hz,）,内力计算主梁正对称竖弯（f1= 0.774 583 Hz）,12,内力计算,内力计算,13,内力计算,内力计算,14,第三部分,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,第三部分 模型建立,15,初步设计,此次静力荷载试验的加载车拟选取总重为,300kN,，前轴为,60kN,，中后轴均为,120kN,，前中轴距为,3.5m,，中后轴距为,1.5m,，加载车荷载采用,集中力等效,模拟。,初步设计此次静力荷载试验的加载车拟选取总重为300kN，前轴,16,初步设计,初步设计,17,初步设计,初步设计,18,第四部分,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,第四部分 模型建立,19,方案优化,以右边跨,M,+,max,（,E-E,截面）为例，将同一截面的内力与挠度加载工况优化为,1,个工况，优化后的加载车载位布置。,方案优化以右边跨M+max（E-E截面）为例，将同一截面的内,20,方案优化,从,初步载位布置图,可看出，中跨跨中,M,+,max,（,A-A,截面）与,6#,墩顶附近,M,-,min,（,B-B,截面）,2,个加载工况的加载车,载位,布置较为,接近,，同时，结合截面影响线,图形的互补性,，即正负弯矩影响线曲线变化趋势恰好相反，可以将,A-A,与,B-B,截面,2,个加载工况优化为,1,个工况。,方案优化从初步载位布置图可看出，中跨跨中M+max（A-A截,21,方案优化,以右边跨,M,+,max,（,E-E,截面,）为例，通过适当调整加载车载位，将加载车在纵桥向上以,控制截面,为,对称轴,进行布置，即将控制截面留出一定距离的,“空载段”,，而不是将加载车直接加载在控制截面上。,方案优化以右边跨M+max（E-E截面）为例，通过适当调整加,22,方案优化,方案优化,23,方案优化,工况数量,控制,截面,控制项目,设计,荷载,试验,荷载,加载,效率,加载车,数量,备注,大工况,小工况,1,A-AM,+,max,内力,/ kNm,27318.47,26513.08,0.97,13,合并,挠度,/ mm,-53.276,-52.627,0.99,2,B-BM,-,min,内力,/ kNm,-140324.72,-139891.92,1.00,3,C-CM,-,min,内力,/ kNm,-38280.78,-36332.76,0.95,12,合并,4,D-DM,+,max,内力,/ kNm,27301.81,27455.91,1.01,挠度,/ mm,-52.565,-51.086,0.97,5,E-EM,+,max,内力,/ kNm,26852.61,26821.18,1.00,8,合并,挠度,/ mm,-18.312,-17.546,0.96,方案优化工况数量控制截面控制项目设计荷载试验荷载加载,24,结语,若只根据内力影响线进行加载布置，虽然内力的加载效率能够满足要求，但是挠度往往偏低，而通过考虑,内力并兼顾挠度,的加载效应，可以将同一截面的内力与挠度加载工况优化为,1,个工况，避免了对同一截面的重复加载。,结语若只根据内力影响线进行加载布置，虽然内力的加载效率能够满,25,结语,根据高墩大跨长联连续刚构桥结构的受力特点，并结合截面,影响线图形的互补性,，即正负弯矩影响线曲线变化趋势恰好相反，可以将中跨跨中最大正弯矩与墩顶附近主梁最大负弯矩,2,个加载工况优化为,1,个工况。,同理,，可以将右次边跨,L/4,附近弯矩与右次边跨跨中最大正弯矩,2,个加载工况优化为,1,个工况。,结语根据高墩大跨长联连续刚构桥结构的受力特点，并结合截面影响,26,结语,这样将全桥原来,5,个大工况、,8,个小工况最终优化为,3,个工况，优化后的试验方案不仅可以保证各控制截面的加载效率均达到规范要求，极大地提高了加载车的加载效应，,缩短,了试验过程的,耗时,，而且避免了加载车在同一（相近）位置的重复加载，此外，,加载车辆,较之优化前有所,减少,，具有一定的经济效益。,结语这样将全桥原来5个大工况、8个小工况最终优化为3个工况，,27,结语,通过适当调整加载车载位，将加载车在纵桥向上以控制截面为对称轴进行布置，将控制截面留出一定距离的“空载段”，而不是将加载车直接加载在控制截面上，避免了加载车直接加载在控制截面上形成内力突变，使得内力在控制截面的一定范围内为一“恒定值”，,减少,了现场测点布置偏差造成的数据采集,误差,，,提高,了试验结果的,准确性,与可靠性。,结语通过适当调整加载车载位，将加载车在纵桥向上以控制截面为对,28,多跨矮塔斜拉桥,静力荷载试验方案,设计,与,优化,多跨矮塔斜拉桥静力荷载试验方案设计与优化,29,交流提纲,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,交流提纲 模型建立,30,引言,矮塔斜拉桥又称为部分斜拉桥，是近几十年发展起来的介于连续刚构桥与普通斜拉桥之间的一种新桥型，具有,塔矮,、,梁高,、,刚度大,等特点。,就矮塔斜拉桥这一,新兴桥型,而言，进行成桥静力荷载试验,不仅是,为检验桥梁结构的整体受力性能，掌握结构的实际工作状态，评估桥梁施工质量与实际承载能力，为桥梁交（竣）工验收提供重要依据，,也是,为桥梁的健康监测提供完整的初始状态信息，为同类型桥梁结构的受力特性的研究及设计计算积累实桥试验资料。,引言矮塔斜拉桥又称为部分斜拉桥，是近几十年发展起来的介于连续,31,引言,为,减少,桥梁荷载试验,耗时,及中断交通时间等，以一座四塔五跨单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为例，结合多跨矮塔斜拉桥结构的,受力特点,及控制截面,影响线的特点,，通过考虑内力兼顾挠度的加载效应，,截面影响线的图形相似性及互补性,，并适当调整加载车载位，将加载车在顺桥向以控制截面为对称轴进行布置，对桥梁静力荷载试验工况进行了优化。,优化后将全桥,9,个荷载试验工况,仅通过,3,次加载,即可全部实现，各控制截面的加载效率均能够满足,试验规程,要求，可为同类型桥梁的荷载试验提供参考。,引言为减少桥梁荷载试验耗时及中断交通时间等，以一座四塔五跨单,32,第一部分,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,第一部分 模型建立,33,模型建立,（,128+3210+128,）,m,四塔五跨单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，采用墩塔梁固结刚构体系。,主梁为变高度斜腹板单箱三室宽幅脊梁，索塔为独柱式钢筋混凝土结构，截面为八边形，每个索塔设置,16,对斜拉索，全桥共计,128,根。,设计荷载为公路,I,级（双向,6,车道），人群荷载为,2.5 kN/m,2,。,模型建立（128+3210+128）m四塔五跨单索面预应力,34,模型建立,在建模前，应首先需要根据分析的目的来选择相应的单元以及模型的简化原则，并应事先划分好,施工阶段,、,结构组,、,荷载组,以及一些,必要的计算,（如一期、二期恒载）等。,一般地，在模型完全建立后，可选择“消隐”功能以,显示与校验,所建立的有限元模型是否与实际结构一致；还可以按照不同材料、截面等信息选择不同的颜色显示，使得桥梁整体的有限元模型更加,清晰、明了,。,模型建立在建模前，应首先需要根据分析的目的来选择相应的单元以,35,模型建立,全桥共划分,851,个节点、,782,个单元（含,128,个桁架单元与,654,个梁单元）。,模型建立全桥共划分851个节点、782个单元（含128个桁架,36,第二部分,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,第二部分 模型建立,37,内力计算,结构自重由程序自动考虑，箱梁横隔板与齿板不考虑刚度贡献仅考虑质量影响，用集中力输入，二期恒载（铺装、栏杆等）用均布荷载考虑，汽车荷载的冲击系数通过输入基频来考虑。,根据图示的计算结果并结合,试验规程,要求，同时考虑需要,避开,实际桥梁结构中,局部加劲,（如横隔板等）位置及测点布置的,易操作性,与,合理性,，最终选取了如图示的,6,个截面,作为此次静力荷载试验的控制截面。,内力计算结构自重由程序自动考虑，箱梁横隔板与齿板不考虑刚度贡,38,内力计算,内力计算,39,测点布置,测点布置,40,第三部分,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,第三部分 模型建立,41,初步设计,静力荷载试验的加载车拟选取总重为,350kN,的车辆，前轴为,70kN,，中后轴均为,140kN,，前中轴距为,3.5 m,，中后轴距为,1.5 m,，加载车荷载采用集中力等效模拟。,根据各控制截面的内力影响线采用动态规划加载法对全桥,9,个工况,（即,A-A,、,C-C,、,D-D,控制截面的弯矩与挠度工况；,B-B,、,E-E,控制截面的弯矩工况；,F-F,控制截面的位移工况）进行加载车初步布置。,初步设计静力荷载试验的加载车拟选取总重为350kN的车辆，前,42,初步设计,加载车纵向最小间距为,7 m,，横向每排布置,4,列。,图,3,初步设计加载车纵向最小间距为7 m，横向每排布置4列。图3,43,方案优化,工况,编号,控制,截面,控制项目,设计值,试验值,加载,效率,加载车,数量,A-AM,+,max,内力,/kNm,73291.53,69626.95,0.95,16,挠度,/mm,-91.628,-43.981,0.48,B-BM,-,min,内力,/kNm,-163773.02,-155584.37,0.95,24,C-CM,+,max,内力,/kNm,72938.93,69291.98,0.95,16,挠度,/mm,-91.669,-44.918,0.49,D-DM,+,max,内力,/kNm,74314.48,71341.90,0.96,16,挠度,/mm,-46.324,-24.088,0.52,E-EM,+,max,内力,/kNm,21977.41,20878.54,0.95,28,F-F,f,+,max,挠度,/mm,24.308,21.391,0.88,20,方案优化工况编号控制截面控制项目设计值试验值加载效率加,44,初步设计,各控制截面的内力加载效率（,=0.950.96,）满足,试验规程,要求，但是相应截面的,挠度加载效率却较低,（,=0.480.52,），初步载位布置,不能,很好地反映出试验荷载作用下桥梁整体的,刚度变化,；,车辆布置不尽合理,，如,E-E,截面，加载车载位距离相距甚远，不利于现场加载控制，而且每次加载只能够满足一个试验工况，加载车利用率较低，耗时费力，需进行优化。,初步设计各控制截面的内力加载效率（=0.950.96）满,45,第四部分,模型建立,内力计算,初步设计,方案优化,第四部分 模型建立,46,方案优化,对于多跨矮塔斜拉桥而言，由于结构自身特点（,跨度大,、,结构柔,）的原因，设计荷载作用下主梁的竖向挠度会比较大。,对该类结构进行静力荷载试验时，如果仅按照初步加载方案来布置试验荷载，,挠度荷载效率往往会偏小,。,挠度是反映桥梁结构整体刚度的重要指标，因此应,考虑内力并兼顾挠度的加载效应,。,方案优化对于多跨矮塔斜拉桥而言，由于结构自身特点（跨度大、结,47,方案优化,以右边跨,M,+,max,（,A-A,截面）为例，将同一截面的内力与挠度加载工况优化为,1,个工况，优化后的加载车载位布置。,方案优化以右边跨M+max（A-A截面）为例，将同一截面的内,48,方案优化,从,初步载位布置图,可看出，,3,号索塔底附近最大正弯矩,E-E,截面与,3,号索塔顶端最大纵向位移,F-F,截面,2,个加载工况的,加载车载位布置较为接近,，且影响线曲线,变化趋势基本一致,，可将,E-E,截面与,F-F,截面,2,个加载工况优化为,1,个工况。,方案优化从初步载位布置图可看出， 3号索塔底附近最大正弯矩E,49,方案优化,根据多跨矮塔斜拉桥结构的受力特点，并结合截面影响线的,图形互补性,，即正负弯矩影响线曲线变化趋势恰好相反，可将,3,号墩墩顶附近主梁最大负弯矩,B-B,截面与次边跨跨中最大正弯矩,C-C,截面,2,个加载工况优化为,1,个工况。,图,6,方案优化根据多跨矮塔斜拉桥结构的受力特点，并结合截面影响线的,50,方案优化,由,图,3,与,图,6,对比可发现，为了兼顾,B-B,截面达到加载效率，,C-C,截面的加载车总数有所增加，截面荷载效率看似超限（,1.05,），但值得注意的是，增加的加载车刚好布置在,C-C,截面的影响线,负值区域,，很好地起到了“降低”该截面加载效应的作用。,按照,图,6,所示的加载车载位布置进行理论加载时，,E-E,与,F-F,截面的荷载效率已达到,0.86,，故只需对图,6,的加载布置,稍作调整,，便可在一个工况里同时满足,B-B,、,C-C,、,E-E,与,F-F,共计,4,个,控制截面的试验需求。,方案优化由图3与图6对比可发现，为了兼顾B-B截面达到加载效,51,方案优化,为了保障加载过程中的安全，只需适当,调整,加载车的加载,先后顺序,，即先加载影响线负值位置，再加载影响线正值位置（图中先加载,车，再加载,32,车）。,方案优化为了保障加载过程中的安全，只需适当调整加载车的加载先,52,方案优化,通过上述,二次优化,后将全桥原来,9,个工况最终优化为,3,个工况。,优化后的方案,不仅,可以保证各控制截面的加载效率均达到,试验规程,要求，极大地提高加载车的加载效应，缩短了试验过程的耗时，,而且,可以避免加载过程中局部截面的内力与应力超出设计限值，有效地防止了荷载试验给桥梁结构可能造成的损伤，保障了试验过程及结构的安全。,方案优化通过上述二次优化后将全桥原来9个工况最终优化为3个工,53,方案优化,以中跨跨中,M,+,max,（,A-A,截面,）为例，通过适当调整加载车载位，将加载车在纵桥向上以,控制截面,为,对称轴,进行布置，即将控制截面留出一定距离的,“空载段”,，而不是将加载车直接加载在控制截面上。,方案优化以中跨跨中M+max（A-A截面）为例，通过适当调整,54,方案优化,工况,编号,控制,截面,加载车,数量,控制项目,设计值,试验值,加载,效率,A-AM,+,max,20,内力,/kNm,73291.53,72510.87,0.99,挠度,/mm,-91.628,-87.963,0.96,B-BM,-,min,32,内力,/kNm,-163773.02,-160738.75,0.98,C-CM,+,max,内力,/kNm,72938.93,75127.10,1.03,挠度,/mm,-91.669,-93.798,1.02,E-EM,+,max,内力,/kNm,21977.41,22246.92,1.01,F-F,f,+,max,挠度,/mm,24.308,23.093,0.95,D-DM,+,max,16,内力,/kNm,74314.48,76748.23,1.03,挠度,/mm,-46.324,-46.047,0.99,方案优化工况编号控制截面加载车数量控制项目设计值试验值,55,结语,桥梁静力荷载试验在加载车载位布置时，通过考虑,内力并兼顾挠度,的加载效应，可以将同一截面的内力与挠度加载工况优化为,1,个工况，,避免了,对同一截面的重复加载。,结语桥梁静力荷载试验在加载车载位布置时，通过考虑内力并兼顾挠,56,结语,通过截面,影响线,的图形,相似性,，即影响线曲线变化趋势基本一致，可以将桥塔底附近最大正弯矩与桥塔顶端最大纵向位移,2,个加载工况优化为,1,个工况，避免了加载车在同一（相近）位置的重复加载。,结语通过截面影响线的图形相似性，即影响线曲线变化趋势基本一致,57,结语,根据多跨矮塔斜拉桥结构的受力特点，并结合截面,影响线,的图形,互补性,，即正负弯矩影响线曲线变化趋势恰好相反，可以将,3,号墩墩顶附近主梁最大负弯矩与次边跨跨中最大正弯矩,2,个加载工况优化为,1,个工况。且对加载布置稍作调整，使得一次加载就可以满足多个控制截面的试验需求。,结语根据多跨矮塔斜拉桥结构的受力特点，并结合截面影响线的图形,58,结语,通过适当调整加载车载位，将加载车在顺桥向以控制截面为对称轴进行布置，,避免了,加载车直接加载在控制截面上形成内力突变，使得内力在控制截面的一定范围内为一恒定值，,减少了,现场测点布置偏差造成的数据采集误差，,提高了,试验结果的准确性与可靠性。,结语通过适当调整加载车载位，将加载车在顺桥向以控制截面为对称,59,Thanks,Thanks,60,