桥梁荷载试验方案布置与优化过程

桥梁荷载载试验方案布置置与优化过程程大跨长联联连续刚刚构桥静力荷载载试验方方案设计与优化交流提纲纲

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化引言荷载试验验是检验验与评定定桥梁承承载能力力最直接接有效的的方法，，也是桥桥梁交（（竣）工工验收及及后期养养护的重重要科学学依据。。针对目前前荷载试试验工况多、耗时长、费用大等缺点，，结合高高墩大跨跨长联连连续刚构构桥的受力特性性与影响线特点，在在保障结结构安全全的条件件下，对对荷载试试验的工工况进行了优优化。第一部分分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化模型建立立（110+3×200+110）m预应力混混凝土变变截面箱箱形连续续刚构桥桥。箱梁为单单箱单室室横断面面，下部部结构主主墩为钢钢筋混凝凝土双肢肢薄壁墩墩。单向两车车道，按按照三车道设设计，设计荷荷载等级级为公路—Ⅰ级。模型建立立在建模前前，应首首先需要要根据分分析的目目的来选选择相应应的单元元以及模模型的简简化原则则，并应应事先划划分好施工阶段段、结构组、荷载组以及一些些必要的计计算（如一期期、二期期恒载））等。一般地，，在模型型完全建建立后，，可选择择“消隐隐”功能能以显示与校校验所建立的的有限元元模型是是否与实实际结构构一致；；还可以以按照不不同材料料、截面面等信息息选择不不同的颜颜色显示示，使得得桥梁整整体的有有限元模模型更加加清晰、明明了。模型建立立第二部分分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化内力计算算结构自重重由程序序自动考考虑，横横隔板与与齿板用用集中力输入，二二期（铺铺装、栏栏杆等））用均布荷载载考虑。汽车荷载载的冲击击系数通通过输入入基频来考虑，，由于是是单梁模模型，故故荷载横向向分布系系数为3（车道数数）×0.78（横向折折减系数数）×1.15（偏载系系数）×0.97（纵向折折减系数数）=2.61。由于荷载载试验是是测试桥桥梁在设设计活载载作用下下结构响响应的增量，且预应应力对结结构的刚刚度贡献献较小以以及对结结构的基基频影响响较小，，故暂不考虑预预应力效效应。内力计算算运用“特特征值分分析控制制”功能能对结构构进行动动力特性性理论计计算分析析，分析析前需将将结构的的荷载转转化为质质量，即即将结构构自重与恒载转化到““Z”上。内力计算算主梁正对对称竖弯弯（f1=0.774583Hz）内力计算算内力计算算第三部分分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化初步设计计此次静力力荷载试试验的加加载车拟拟选取总总重为300kN，前轴为为60kN，中后轴轴均为120kN，前中轴轴距为3.5m，中后轴轴距为1.5m，加载车车荷载采采用集中力等等效模拟。初步设计计初步设计计第四部分分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化方案优化化以右边跨跨M+max（E-E截面）为为例，将将同一截截面的内内力与挠挠度加载载工况优优化为1个工况，，优化后后的加载载车载位位布置。。方案优化化从初步载位位布置图图可看出，，中跨跨跨中M+max（A-A截面）与与6#墩顶附近近M-min（B-B截面）2个加载工工况的加加载车载位布置较为为接近，同时，，结合截截面影响响线图形的互互补性，即正负负弯矩影影响线曲曲线变化化趋势恰恰好相反反，可以以将A-A与B-B截面2个加载工工况优化化为1个工况。。方案优化化以右边跨跨M+max（E-E截面）为例，，通过适适当调整整加载车车载位，，将加载载车在纵纵桥向上上以控制截面面为对称轴进行布置置，即将将控制截截面留出出一定距距离的“空载段段”，而不是是将加载载车直接接加载在在控制截截面上。。方案优化化方案优化化工况数量控制

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1①A-A

M+max内力/kN·m27318.4726513.080.9713合并②挠度/mm-53.276-52.6270.992③B-B

M-min内力/kN·m-140324.72-139891.921.003④C-C

M-min内力/kN·m-38280.78-36332.760.9512合并4⑤D-D

M+max内力/kN·m27301.8127455.911.01⑥挠度/mm-52.565-51.0860.975⑦E-E

M+max内力/kN·m26852.6126821.181.008合并⑧挠度/mm-18.312-17.5460.96结语若只根据据内力影影响线进进行加载载布置，，虽然内内力的加加载效率率能够满满足要求求，但是是挠度往往往偏低低，而通通过考虑虑内力并兼兼顾挠度度的加载效效应，可可以将同同一截面面的内力力与挠度度加载工工况优化化为1个工况，，避免了了对同一一截面的的重复加加载。结语根据高墩墩大跨长长联连续续刚构桥桥结构的的受力特特点，并并结合截截面影响线图图形的互互补性，即正负负弯矩影影响线曲曲线变化化趋势恰恰好相反反，可以以将中跨跨跨中最最大正弯弯矩与墩墩顶附近近主梁最最大负弯弯矩2个加载工工况优化化为1个工况。。同理，可以将将右次边边跨L/4附近弯矩矩与右次次边跨跨跨中最大大正弯矩矩2个加载工工况优化化为1个工况。。结语这样将全全桥原来来5个大工况况、8个小工况况最终优优化为3个工况，，优化后后的试验验方案不不仅可以以保证各各控制截截面的加加载效率率均达到到规范要要求，极极大地提提高了加加载车的的加载效效应，缩短了试验过过程的耗时，而且避避免了加加载车在在同一（（相近））位置的的重复加加载，此此外，加载车辆辆较之优化化前有所所减少，具有一一定的经经济效益益。结语通过适当当调整加加载车载载位，将将加载车车在纵桥桥向上以以控制截截面为对对称轴进进行布置置，将控控制截面面留出一一定距离离的“空空载段””，而不不是将加加载车直直接加载载在控制制截面上上，避免免了加载载车直接接加载在在控制截截面上形形成内力力突变，，使得内内力在控控制截面面的一定定范围内内为一““恒定值值”，减少了现场测测点布置置偏差造造成的数数据采集集误差，提高了试验结结果的准确性与可靠性性。多跨矮塔塔斜拉桥桥静力荷载载试验方方案设计与优化交流提纲纲

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化引言矮塔斜拉拉桥又称称为部分分斜拉桥桥，是近近几十年年发展起起来的介介于连续续刚构桥桥与普通通斜拉桥桥之间的的一种新新桥型，，具有塔矮、梁高、刚度大等特点。。就矮塔斜斜拉桥这这一新兴桥型型而言，进进行成桥桥静力荷荷载试验验不仅是为检验桥桥梁结构构的整体体受力性性能，掌掌握结构构的实际际工作状状态，评评估桥梁梁施工质质量与实实际承载载能力，，为桥梁梁交（竣竣）工验验收提供供重要依依据，也是为桥梁的的健康监监测提供供完整的的初始状状态信息息，为同同类型桥桥梁结构构的受力力特性的的研究及及设计计计算积累累实桥试试验资料料。引言为减少桥梁荷载载试验耗时及中断交交通时间间等，以以一座四四塔五跨跨单索面面预应力力混凝土土矮塔斜斜拉桥为为例，结结合多跨跨矮塔斜斜拉桥结结构的受力特点点及控制截截面影响线的的特点，通过考考虑内力力兼顾挠挠度的加加载效应应，截面影响响线的图图形相似似性及互互补性，并适当当调整加加载车载载位，将将加载车车在顺桥桥向以控控制截面面为对称称轴进行行布置，，对桥梁梁静力荷荷载试验验工况进进行了优优化。优化后将将全桥9个荷载试试验工况况仅通过3次加载即可全部部实现，，各控制制截面的的加载效效率均能能够满足足《试验规程程》要求，可可为同类类型桥梁梁的荷载载试验提提供参考考。第一部分分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化模型建立立（128+3×210+128）m四塔五跨跨单索面面预应力力混凝土土矮塔斜斜拉桥，，采用墩墩塔梁固固结刚构构体系。。主梁为变变高度斜斜腹板单单箱三室室宽幅脊脊梁，索索塔为独独柱式钢钢筋混凝凝土结构构，截面面为八边边形，每每个索塔塔设置16对斜拉索索，全桥桥共计128根。设计荷载载为公路路—I级（双向向6车道），，人群荷荷载为2.5kN/m2。模型建立立在建模前前，应首首先需要要根据分分析的目目的来选选择相应应的单元元以及模模型的简简化原则则，并应应事先划划分好施工阶段段、结构组、荷载组以及一些些必要的计计算（如一期期、二期期恒载））等。一般地，，在模型型完全建建立后，，可选择择“消隐隐”功能能以显示与校校验所建立的的有限元元模型是是否与实实际结构构一致；；还可以以按照不不同材料料、截面面等信息息选择不不同的颜颜色显示示，使得得桥梁整整体的有有限元模模型更加加清晰、明明了。模型建立立全桥共划划分851个节点、、782个单元（（含128个桁架单单元与654个梁单元元）。第二部分分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化内力计算算结构自重重由程序序自动考考虑，箱箱梁横隔隔板与齿齿板不考考虑刚度度贡献仅仅考虑质质量影响响，用集集中力输输入，二二期恒载载（铺装装、栏杆杆等）用用均布荷荷载考虑虑，汽车车荷载的的冲击系系数通过过输入基基频来考考虑。根据图示示的计算算结果并并结合《试验规程程》要求，同同时考虑虑需要避开实际桥梁梁结构中中局部加劲劲（如横隔隔板等））位置及及测点布布置的易操作性性与合理性，最终选选取了如如图示的的6个截面作为此次次静力荷荷载试验验的控制制截面。。内力计算算测点布置置第三部分分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化初步设计计静力荷载载试验的的加载车车拟选取取总重为为350kN的车辆，，前轴为为70kN，中后轴轴均为140kN，前中轴轴距为3.5m，中后轴轴距为1.5m，加载车车荷载采采用集中中力等效效模拟。。根据各控控制截面面的内力力影响线线采用动动态规划划加载法法对全桥桥9个工况（即A-A、C-C、D-D控制截面面的弯矩矩与挠度度工况；；B-B、E-E控制截面面的弯矩矩工况；；F-F控制截面面的位移移工况））进行加加载车初初步布置置。初步设计计加载车纵纵向最小小间距为为7m，横向每每排布置置4列。图3方案优化化工况

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①A-A

M+max内力/kN·m73291.5369626.950.9516②挠度/mm-91.628-43.9810.48③B-B

M-min内力/kN·m-163773.02-155584.370.9524④C-C

M+max内力/kN·m72938.9369291.980.9516⑤挠度/mm-91.669-44.9180.49⑥D-D

M+max内力/kN·m74314.4871341.900.9616⑦挠度/mm-46.324-24.0880.52⑧E-E

M+max内力/kN·m21977.4120878.540.9528⑨F-F

f+max挠度/mm24.30821.3910.8820初步设计计各控制截截面的内内力加载载效率（（=0.95~0.96）满足《试验规程程》要求，但但是相应应截面的的挠度加载载效率却却较低（=0.48~0.52），初步步载位布布置不能很好地反反映出试试验荷载载作用下下桥梁整整体的刚度变化化；车辆布布置不不尽合合理，如E-E截面，，加载载车载载位距距离相相距甚甚远，，不利利于现现场加加载控控制，，而且且每次次加载载只能能够满满足一一个试试验工工况，，加载载车利利用率率较低低，耗耗时费费力，，需进进行优优化。。第四部部分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化方案优优化对于多多跨矮矮塔斜斜拉桥桥而言言，由由于结结构自自身特特点（（跨度大大、结构柔柔）的原原因，，设计计荷载载作用用下主主梁的的竖向向挠度度会比比较大大。对该类类结构构进行行静力力荷载载试验验时，，如果果仅按按照初初步加加载方方案来来布置置试验验荷载载，挠度荷荷载效效率往往往会会偏小小。挠度是是反映映桥梁梁结构构整体体刚度度的重重要指指标，，因此此应考虑内内力并并兼顾顾挠度度的加加载效效应。方案优优化以右边边跨M+max（A-A截面））为例例，将将同一一截面面的内内力与与挠度度加载载工况况优化化为1个工况况，优优化后后的加加载车车载位位布置置。方案优优化从初步载载位布布置图图可看出出，3号索塔塔底附附近最最大正正弯矩矩E-E截面与与3号索塔塔顶端端最大大纵向向位移移F-F截面2个加载载工况况的加载车车载位位布置置较为为接近近，且影影响线线曲线线变化趋趋势基基本一一致，可将将E-E截面与与F-F截面2个加载载工况况优化化为1个工况况。方案优优化根据多多跨矮矮塔斜斜拉桥桥结构构的受受力特特点，，并结结合截截面影影响线线的图形互互补性性，即正正负弯弯矩影影响线线曲线线变化化趋势势恰好好相反反，可可将3号墩墩墩顶附附近主主梁最最大负负弯矩矩B-B截面与与次边边跨跨跨中最最大正正弯矩矩C-C截面2个加载载工况况优化化为1个工况况。图6方案优优化由图3与图6对比可可发现现，为为了兼兼顾B-B截面达达到加加载效效率，，C-C截面的的加载载车总总数有有所增增加，，截面面荷载载效率率看似似超限限（＞1.05），但但值得得注意意的是是，增增加的的加载载车刚刚好布布置在在C-C截面的的影响响线负值区区域，很好好地起起到了了“降降低””该截截面加加载效效应的的作用用。按照图6所示的的加载载车载载位布布置进进行理理论加加载时时，E-E与F-F截面的的荷载载效率率已达达到0.86，故只只需对对图6的加载载布置置稍作调调整，便可可在一一个工工况里里同时时满足足B-B、C-C、E-E与F-F共计4个控制截截面的的试验验需求求。方案优优化为了保保障加加载过过程中中的安安全，，只需需适当当调整加载车车的加加载先后顺顺序，即先先加载载影响响线负负值位位置，，再加加载影影响线线正值值位置置（图图中先先加载载①~⑧车，再再加载载⑨~32车）。。方案优优化通过上上述二次优优化后将全全桥原原来9个工况况最终终优化化为3个工况况。优化后后的方方案不仅可以保保证各各控制制截面面的加加载效效率均均达到到《试验规规程》要求，，极大大地提提高加加载车车的加加载效效应，，缩短短了试试验过过程的的耗时时，而且可以避避免加加载过过程中中局部部截面面的内内力与与应力力超出出设计计限值值，有有效地地防止止了荷荷载试试验给给桥梁梁结构构可能能造成成的损损伤，，保障障了试试验过过程及及结构构的安安全。。方案优优化以中跨跨跨中中M+max（A-A截面）为例例，通通过适适当调调整加加载车车载位位，将将加载载车在在纵桥桥向上上以控制截截面为对称轴轴进行布布置，，即将将控制制截面面留出出一定定距离离的“空载载段””，而不不是将将加载载车直直接加加载在在控制制截面面上。。方案优优化工况

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①A-A

M+max20内力/kN·m73291.5372510.870.99挠度/mm-91.628-87.9630.96②B-B

M-min32内力/kN·m-163773.02-160738.750.98C-C

M+max内力/kN·m72938.9375127.101.03挠度/mm-91.669-93.7981.02E-E

M+max内力/kN·m21977.4122246.921.0