动载模型试验方案

1、动荷载（行车荷载与地震荷载）作用下曲线箱梁剪力滞效应研究试验方案-、试验目的和任务通过有机玻璃等截面曲线箱梁桥模型试验，探索在行车和地震两种荷载 作用下等截面曲线箱梁剪力滞效应分布规律，进而验证在相同条件下通过 ansys数值分析的正确性，属于科学研究性动力模型试验。试验采用强迫振动法进行激振，即动载试验：行车荷载以不同速度通过 试验模型桥梁进行动应变的测定，地震荷载以对模型桥梁导入地震波的方式 进行动应变的测定，以了解结构在该荷载作用下剪力滞效应。1、试验主要内容1.试验设计内容（1）模型尺寸模型为一座采用以有机玻璃为主要材料的曲线箱梁模型桥，悬臂结构， 以桥面中间计算两端全长1.309米，

2、曲率半径2.5米，圆心角角度30。其中， 横截面尺寸为8毫米等厚截面，上、下顶板宽分别为400毫米和192毫米， 腹板高100毫米，外加一个横隔板设置在两端截面处。400rn匚 -_ .4- 一.j . .4 - . L_y外侧1g内侧,%QC_ 1 - .X208截面尺寸8箱梁空间尺寸图a）保持（1）截面尺寸不变，仅通过改变曲率半径分别为5m、7.5m和 10m的曲线箱梁模型，横截面尺寸和约束条件不变，同时为了使曲线箱梁的 长度能保持一致，曲率中心角分别取为15、10和7.5。b）保持（1）曲率半径，长度及截面厚度、高度和翼缘宽度不变，仅通 过改变箱梁腹板间距分别为300mm、400mm和5

3、00mm的曲线箱梁模型。c）保持（1）曲率半径，长度及截面厚度和翼缘宽度不变，箱梁腹板间 距定为300mm，仅通过改变箱梁高度分别为50mm、100mm和150mm的曲 线箱梁模型。（2）仪器配备及固定本试验主要用到的仪器由激振部分、拾振部分、数据采集部分三个方 面组成：其中激振部分为车辆模型和振动台；拾振部分包括应变片若干、导 线若干以及动态电阻应变仪（包括桥路、放大器和记录仪）；数据采集部分 主要是计算机和照相机。另外，还需要用到荷载的支撑设备支座若干。整个模型利用胶粘剂固定一端在一个有机玻璃板上，胶粘剂通常选用 氯仿和有机玻璃粉屑拌合物，有机玻璃板与铁板用螺丝钉连接，再将整体卡 在振动台

4、上构成一个悬臂梁整体，如下图所示。模型固定加载方案行车荷载部分：该模型为单跨悬臂曲线箱梁桥，采用车辆模型模拟行 车荷载通过模型桥，由于在汽车荷载作用下箱梁的顶板和底板的剪力滞系数 都是在荷载作用点处达到最大，在其他截面剪力滞系数较小，因此，本试验 记录小车跑过的控制截面时获取的试验参数，以时间对应的应变值取值，桥 梁设计为简单桥梁模型，车模宽度大约10cm20cm，重约2kg-3kg。初始 设计速度大约1m/s。按照动力相似分析，该模型相当于一辆重型车，后文中 的动力相似分析将作详细的介绍。地震荷载部分：该模型为单跨悬臂曲线箱梁桥，由于研究不针对特定 的场地，故地震波采用典型强震记录中的地震波

5、本文采用典型强震记录 中的天津波进行计算分析，地震波持续时间为5s，时间间隔为0.1s，并按照 第一水准烈度对其加速度峰值进行调整，并考虑沿箱梁纵向和竖向两个方向 输入地震波，在地震反应分析计算中，考虑沿梁纵向水平地震和竖向地震作 用的组合，在组合是竖向地震作用取水平地震作用的2/3。（4）量测方案试验时，主要测试构件的应变曲线。为了测试该模型的剪力滞效应，分别在 靠近悬臂端附近和二分之一跨（即跨中）布置测点，分别表示为截面I、截面II。 两个截面顶板上各设11个测点，其中主顶板设置5个测点，悬臂板上对称各设 3个测点，截面底板下表面设置5个测点，共计32个测点。顶板测点布置图底板测点布置图1

6、0202010横截面测点布置图数据处理数据记录分为电子与手写两份，以电子为主，手写辅助，记录所测得的 测点应变曲线。测试时：选取移动荷载经过控制截面附近区域时的应变量 值，即选取对应时间的应变值记录。由于地震持续时间较短，故数据记录 采用每隔0.1s记录一组数据。一共测试5次取平均值作为最终应变取值。而 应变到剪力滞的换算则是先利用虎克定律求得应力。，再通过经典剪力滞计 算公式利用求得应力。与理论应力。比值得出剪力滞系数入，最后绘制成图 表以便分析。试验主要步骤试验准备根据之前所列各项清单检查试件、加载设备和量测仪器是否齐全完整，并 检查、调试试验仪器设备的工作性能（选择采集频率）并作相应的率

7、定记录。安装试件，包括就位的形式、支撑装置以及边界条件的模拟和侧向稳定性。进行应变片的粘贴，包括前期应变片的检查分选和粘合剂的选择，贴片区 域用细砂纸打磨，使之形成与应变片粘贴方向成45的一些条纹，保证粘贴 牢靠。按图2、图3所示布片位置用直尺、钢针画出应变片定位线。然后进 行应变片的粘贴与干燥，焊接导线，最后综合检查并做好防潮防水的处理。仪器设备的连接，保证其正确有效的连通。通电后，进行仪器预热约30min 并调整好设置，包括平衡调零、修正系数以及选择测桥。（2）试验实施整个试验准备完成后，首先进行预加载，保证整个试验系统的流畅运行， 并用截面I进行试验，测试一组试验数据。在确定整个试验系统

8、能稳定运行 后，进行正式试验，分别对截面I-II进行试验取值。正式进行动载试验，使模型车通过模型桥梁和输入地震波的导入模型桥 梁，在获得的应变曲线上取荷载作用点到待测截面附近时的数据进行采集分 析，用应变曲线上的时间来控制。每个截面做5次加载试验取5次取值的平 均值作为最后分析的定值。正式试验结束后进行辅助试验，主要测试试件材料的物理力学性能，包括 有机玻璃的弹性模量和泊松比，在资料方面单独列出整个辅助试验的相关内 容。另外除了测试试件材料弹性模量和泊松比以外，还需测试模型车的速度 和应变片的电阻。（3）试验整理数据整理：将仪器测得数据整理后准确无误的记录到计算机上后，各种测 试值均取各级荷载

9、下读数的平均值；采用半桥接法，直接测出控制截面测点 应变值，然后取其均值；然后按照试验设计内容中的（5）进行处理，绘制 成图表以便查阅。资料整理：将试验前后所用到的资料一并清理归类以便查阅。仪器整理：在进行各部分拆分时，首先切断电源，保证安全，然后将试验 模型以及仪器有序的整理摆放在实验室。结果比较将试验得到的结果与ansys得到的结果进行比较，验证ansys分析结论的 正确性。试验文件资料试验目的与简要步骤试验模型材料、仪器清单试验日志试验各项图示试验照片辅助试验试验数据统计三、动力相似分析相似条件(理论部分略)几何相似运动学相似动力相似*文献阅读摘要T理文章标题）车瞬载作用下斜拉拱桥动力响

10、应分析及模型至振嶷研究口Amhw：（文章作者及堕位j朱克兆厂湖南大学Q：攵哀章来源）硕士学位论文Topic旅Id：嚎文章所底领域类别：）桥梁与隧道工程Key Wwd：（关膏 两原.派诡成至福载:有毓覆虱 宥谖垫投 Extractions：童摘录）.曷随着交通事业的蓬勃发展，桥梁结构不断向大跨径和轻型化方向演变，而车辆荷载以 及行车速度也在不断的提高，通过桥梁的交通量日益密集，这些变化使得车辆荷载对公路 桥梁结构的动力皴应变得的更加显著#大跨度斜拉钢管混凝土拱桥作为一种近年来出现的 新型蛆合桥梁其结构形式新颖独特，兼备了斜拉桥与拱桥的优点#目前在实际工程中已 经得到了应用，怛对其理论的研究尚处于

11、起步阶段s有鉴于此，本文以湘潭市湘江四大桥 为背演，就斜拉拱桥在车辆荷载作用下的动力响应问题进行分析探讨，主要开展了如下工 作：利用大型通用有限元软件弟建立了斜拉拱桥的空间有限元模型，在考虑桥面平 整度的前提下尸分别针对桥面障碍，行车速度、车辆载重、阻尼和有无斜拉索的情况，对 斜拉拱桥在车辆荷载作用下的动力响应进行了分析计算，探讨了冲击系数的变化趋势项 结合相似第二定理和量纲旁析法对斜拉拱桥模型进行动力相似分析，建壹了适合于车振试 验需要的动力模型始构J通过斜拉拱桥模型进行车辆振动试验，测得结构实际的频率、振 型和冲击系数并与理洛计算结果进行对比分析结果表明，桥面平整度/桥面障碍、行 车速度、

12、车辆载重、阻尼等均对结构的动力响应影响很大，特别是桥面障碍吏斜拉索的存 在将大大改善跨拱肋的在车振时的受力性能.Idea： +J本文与研究项目思路相似同为车辆荷载下对桥梁的动载试睑，并与澳氏分析作比 较1不同点在于桥的类型以及试验模型材料和试验目的.此类玄童需重点关注，反复研读!航量纲分析法 （1）选取与试验相关的物理量11个：。展叩l F M t g v】其中。-正应力；-正应变；E-弹性模量；四-泊松比；P-质量密度；l-长度（模型尺寸）；F-模型车牵引力；M-质量；t-时间；g-重力加速度；v-模型车速度。（2）基本思路：由相似第二定理，将这些物理量之间的关系写成一般形式为：f（。，E，

13、p，1，F，M，t，g，v）=0物理量的个数为n=11，选择绝对系统量纲，基本量纲个数k=3,所以独立的n数为（n-k）=8。n函数可表示为：O=（nl，n2，n8）=0所有的物理量参数组成n函数的一般形式:n=OaEbEcpdpelfFgMhtigjVk用绝对系统基本量纲表示这些量纲：o=FL-2； e=0; E=FL-2；四=0; p=FT2L-4; l=L; F=F;M=FT2L-i； t=T; g=LT-2; v=LT-i；按照它们的量纲排列成“量纲矩阵”为： EP1FMtgVab cdefgh1JkF10 101011000L-20 -20-410-1011T00 0020021-2-1经过MATLAB计算后得出n矩阵如下:GEp1FMtgVabcdefg11K1 uVv. Jk兀101000000000丸2-i0100000000冗300010000000丸4-i0000-2100000000-1-301000丸60.50000.5-100100ti7-100011000I0tt8-0.50000.5000001由以上兀矩阵可得出以下八个无量纲:n1_ n2_E/o n8_pv2/o兀3- n4_F/Ql2n5_M/pl3 n6_ct2/pl2 n7_ogl/p而由上式n2、7和8联立可得：Cv_Vm/Vp=Ci也