荷载控制系统范文

荷载控制系统范文（精选10篇）

荷载控制系统 第1篇

建筑工程经常出现结构单元长度超过《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 所规定的混凝土结构伸缩缝最大间距的情况, 常见的如大底盘多塔楼高层建筑, 其裙楼或地下室的长度极易超规范, 给设计的实际操作带来一定困难。现阶段, 在解决结构受力问题后, 建筑物裂缝仍较为频繁出现, 通过大量的调查与实测研究证明这些裂缝与荷载作用并无直接关系, 而是由于变形作用引起, 包括温度变形 (水泥的水化热、气温变化、环境生产热) , 收缩变形 (塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩) 及地基不均匀沉降 (膨胀) 变形。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度而导致的裂缝, 本文称之为“非荷载裂缝”。我们通过某高层建筑超长地下室的结构设计实践, 对非荷载裂缝进行一定的理论分析, 从设计、材料、施工等三个方面采取有效的技术措施, 取消了伸缩缝, 取得良好的设计效果。

2 本工程非荷载裂缝的特性分析

本工程建筑面积约11万m2, 地上为三幢25层公寓楼, 地下1层车库, 埋深5.2m, 长约160m, 宽约50m, 塔楼长度约56m, 宽约26m。主体为钢筋混凝土剪力墙结构, 采用高强预应力混凝土管桩基础。出于使用功能、施工条件等种种考虑, 本工程地下室及塔楼均不设置伸缩缝, 因此不满足现行规范相关要求, 在解决与外荷载有关的裂缝问题后, 仍需采取一定的措施对非荷载裂缝进行控制。

由于地下室的侧壁、底板及顶板 (本工程顶板室外部分覆土厚800mm) 所处的环境湿度较大, 温差很小, 一侧长期处于饱和土和地下水中, 混凝土将产生膨胀, 与自生收缩和降温变形叠加, 最终收缩变形数量不大, 应力较小;另一侧表面处于地下空间, 受到温湿作用, 可能产生一些表面裂缝。因此对于地下室, 主要控制温差收缩变形 (因早期混凝土干缩及水化热而引起) 在地基约束下出现水平法向应力而导致的裂缝。对于上部结构, 在解决早期收缩裂缝后, 后期仍然会出现由于天气变化而产生的温差收缩裂缝, 这种非荷载裂缝则通过配筋和构造措施加以控制。

影响混凝土结构非荷载裂缝产生及扩展的因素有很多, 主要有:水泥、砂石等材料、混凝土的入模温度、结构的厚度、长度、施工养护条件、混凝土的配合比、及结构温度变化的幅度等。因而, 要有效控制裂缝的发生及开展, 必须从设计、施工角度进行全方位的控制。

3 控制非荷载裂缝的设计措施及施工措施

根据规范要求, 现浇混凝土结构每隔55m (框架结构) 或45m (剪力墙结构) 宜设一道温度伸缩缝, 这是基于普通混凝土的收缩特性而设的, 然而, 由于伸缩缝存在施工及使用上的不便, 后期的维护也存在一定的难度, 在进行本工程设计时经综合分析, 我们决定取消伸缩缝。为了避免混凝土干缩和冷缩的影响, 有必要采取一系列的设计措施及施工措施, 以下分别对设计和施工等方面进行阐述。

3.1 设计控制措施

限制膨胀值的计算:

超长地下室在解决结构受力后, 需要重点考虑的就是如何释放与抵抗混凝土的干缩与冷缩引起的应力, 一般有两种方法, 一是在混凝土中施加预应力, 但这种方法因投资较大且施工周期较长, 本工程未予采用;二是采用膨胀混凝土以补偿混凝土的收缩, 普通混凝土掺入膨胀剂后, 混凝土产生适度膨胀, 在钢筋和邻位约束下, 可在钢筋混凝土结构中建立一定的预压应力, 这一预压应力大致可抵消混凝土在硬化过程中产生的干缩拉应力, 补偿部分水化热引起的温差应力, 从而防止或减少结构产生有害裂缝, 本工程采用这种方法。

根据有关文献, 混凝土的极限拉伸值εP为 (1~2) 10-4;普通混凝土不具有膨胀性能, 在空气中产生的总收缩Sm一般为 (4~6) 10-4;要使本工程超长结构混凝土不开裂或裂缝控制在规范允许的范围内, 我们在设计时采用以下公式:

式中, ε2为补偿收缩混凝土的限制膨胀值;

普通混凝土的总收缩Sm分为两项, 即:

是混凝土的干缩变形, 按下式计算:

其中εy0为标准状态下的最终收缩值, 以结构相对收缩变形表示为εy0=3.2410-4, 准条件的修正系数。e=2.718M2取1.13 (425#水泥细度4000) ;M4取1.21 (水灰比0.5) ;M5取1.2 (水泥浆量0.25) ;其余取1, 则S2=εy (28) =1.3010-4。

其二是混凝土的冷缩变形, 表达式为:

α为混凝土线膨胀系数, 取1.010-5;T1为混凝土中最高平均温度;T2为环境温度。膨胀剂的掺入会使混凝土的早期水化热提高, 为防止或减少混凝土温度裂缝, 其内外温差一般宜小于25℃, 即 (T1-T2) , 5℃左右, 则ST=2.510-4两项代入式⑵, 总收缩Sm约为3.810-4。

混凝土极限拉伸值采用齐克斯列里的经验公式进行计算:

式中

ft混凝土轴心抗拉强度设计值 (N/mm2) ;

P配筋率100;

d钢筋直径 (mm)

本工程地下室底板混凝土强度等级为C35, ft=1.57N/mm2150, 配筋率为0.59%, P=0.59%100式⑸, 得εp=0.8210-4时荷载作用下的公式, 如果考虑徐变影响可增加50%, 则εp=1.50.8210-4=1.2310-4。

由式⑴可知, 当ε2≥Sm-εp= (3.8-1.23) 10-4=2.5710-4时, 混凝土不会开裂。本工程采用补偿收缩混凝土, 膨胀剂采用HEA抗裂型防水剂, 因此设计时提出限制膨胀值ε2≥2.6010-4作为底板的控制指标。

混凝土侧墙由于受施工、环境、湿度和温度的影响比底板大, 所以设计时将混凝土限制膨胀值稍作提高, 以ε2≥3.010-4为控制指标, 以提高其抗裂能力。

3.2 设计简图

根据地下室混凝土非荷载裂缝的特性, 设计时综合考虑该项目的分块施工情况, 在施工分段处设置后浇膨胀加强带, 膨胀加强带宽2m, 内掺HEA抗裂型膨胀剂 (具体掺量由试验确定, 控制混凝土的限制膨胀值在4.010-4) , 带内混凝土强度等级比带外提高一级, 后浇膨胀加强带在一般部位施工完毕后60天左右施工。地下室顶板后浇膨胀加强带设计简图见图1。

上部塔楼按规范要求本应设缝, 但因超长程度不大而未设置, 同时考虑到后浇带施工不但麻烦, 而且还会延长工期, 因此楼面混凝土要求连续浇筑, 在楼层长向约三分之一处设置两条膨胀加强带取代后浇带 (C塔平面见图2) , 使用阶段的温差收缩裂缝则通过配筋和构造措施加以控制。

3.3 节点设计及构造措施

⑴根据HEA膨胀剂之特性, 膨胀加强带带宽取2米, 带两侧分别架设单层密孔铁丝网 (孔径5mm) , 铁丝网与上下层钢筋绑扎牢固, 并用竖筋Φ14@200固定, 防止带两侧混凝土流向带内。为解决后浇膨胀加强带处施工期间的防水问题, 地下室底板与侧墙应设置临时防水层。

⑵后浇带处板、墙钢筋全部采用搭接连接, 以便两部分的混凝土各自自由收缩, 梁面筋及腰筋采用搭接连接, 底筋则连续通过, 不再截断, 以缓解施工困难。

⑶结构布置:尽量将次梁与结构长度方向平行设置;楼层开洞附近范围楼板加厚;屋面板加厚。

⑷板筋配置:地下室底板及顶板、标准层楼层开洞附近范围、屋面层均采用双层双向配筋, 纵向钢筋按受拉要求搭接。

⑸梁筋构造:纵向框架梁四角主筋及全部腰筋, 必须采用焊接接头连接, 每一截面内焊接接头面积百分率不得大于50%, 相邻的焊接接头间距应符合规范要求。

⑹地下室侧墙的水平构造 (温度) 钢筋的配筋率控制在0.6%, 水平筋的间距不大于150mm, 采取细而密的配筋原则。

⑺加强保温隔热措施:增加屋面隔热层厚度, 采用膨胀珍珠岩块材。

3.4 施工控制措施

3.4.1 选择优质原材料

水泥:425#低热水泥;石子:5~25mm连续级配碎石, 含泥量<1.0%;砂:中粗砂, 含泥量<2.0%;掺合料:优质二级粉煤灰 (掺量≯20%) ;膨胀剂:HEA抗裂型防水剂。以上所用材料都经严格复试。研究表明, 几乎混凝土的每种组成材料及其性能都与混凝土的裂缝控制密切相关, 在众多的条件和因素中, 只要有一个处理不当, 很可能会为裂缝产生留下隐患, 因此必须认真对待, 提出严格要求。

3.4.2 补偿收缩混凝土配合比设计

补偿收缩混凝土的配合比必须满足设计所需要的强度、膨胀性能、耐久性、技术指标和施工工作性要求, 配合比设计按《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ5-2000) 及《混凝土外加剂应用技术规范》 (GB50119-2003) 进行, 应充分考虑利于发挥膨胀剂的作用, 单位膨胀剂掺量应通过试验确定, 以保证达到设计提出的限制膨胀值指标。

3.4.3 混凝土的浇筑与养护

⑴膨胀剂使用时配料计量要准确, 事先制作定量容器, 称量误差±1%, 加料要有专人负责。为保证膨胀剂在混凝土中能达到最大程度的均匀, 现场拌制的混凝土要比普通混凝土延长30S以上, 预拌商品混凝土的搅拌时间则与普通混凝土相同。

⑵掺膨胀剂的混凝土浇筑方法和技术要求与普通混凝土基本相同, 混凝土的振捣必须密实, 不得漏振、欠振和过振。在混凝土终凝以前, 要用人工或机械多次抹压, 防止表面沉缩裂缝的产生, 以免影响外观质量。

⑶后浇带的施工:由于后浇带与其两侧混凝土的浇筑间隔一般都在两个月以上, 因此施工有一定的难度。杂物的清除、旧混凝土表面的处理、新旧混凝土的结合等, 都必须措施到位、操作规范, 方能达到设计所预期的效果, 否则, 极易在后浇带两侧留下产生裂缝的隐患。

⑷掺膨胀剂的混凝土要特别加强养护, 膨胀结晶体钙矾石的形成需要水, 补偿收缩混凝土浇筑后不少于14d湿养护, 才能发挥混凝土的膨胀效应。底板或楼板较易养护, 一般用麻包袋或草席复盖, 定期浇水养护。墙体等立面结构, 受外界温度、湿度影响较大, 容易发生竖向裂缝。工程实践表明, 混凝土浇筑完3~4d内水化热温升最高, 而抗拉强度很低, 如果早拆模板, 墙体内外温差较大而易于开裂。因此, 墙体模板拆除时间宜不少于7d。墙体浇筑完后, 应从顶部设水管喷淋, 模板拆除后继续养护7d。

⑸膨胀剂主要解决混凝土的早期干缩裂缝和中期水化热引起的温度收缩裂缝, 对于后期气候变化产生的温差裂缝是难以解决的, 因此要注意对结构的及时保养, 如地下室完成后.要及时回填土。

4 结论及建议

⑴混凝土结构的裂缝是不可避免的, 但其有害程度是可以控制的, 用膨胀剂配制防水混凝土对避免有害裂缝的出现是有效的, 但只有在科学理论的指导下, 正确应用膨胀剂, 精心组织施工, 协调各方面影响因素, 才能取得理想的效果。通过工程的设计和施工实践, 在采取较完善措施的条件下, 规范有关现浇混凝土结构伸缩缝间距的规定, 可以有条件地突破。

⑵膨胀剂主要解决早期的干缩裂缝和水化热引起的温差收缩裂缝, 对于后期天气变化产生的温差收缩是难以解决的, 只能通过配筋和构造措施加以控制。因此, 膨胀剂最适用于环境温差变化较小的地下工程, 可达到抗裂防渗效果。对于温差较大的结构 (屋面、楼板等) 必须采取相应的构造措施, 才能控制有害裂缝。

⑶一般工程设计图纸仅仅按经验或生产厂家提供的数据注明膨胀剂的掺量, 对混凝土的限制膨胀值没有提出具体要求, 造成膨胀剂少掺或误掺, 达不到补偿收缩而出现有害裂缝, 结构设计者必须根据不同的结构部位, 经相应的分析计算, 规定合理的限制膨胀值。

⑷严格来说, 设计人员在选用“膨胀加强带”代替伸缩缝和后浇带时, 应先通过有限元方法进行应力计算分析, 确认结构混凝土收缩应力较大部位, 确定加强带的设计位置与数量。但现阶段温度应力的计算是一个十分复杂的问题, 设计中温度应力的计算结果与工程实际有较大的差距。本工程采用了SATWE软件进行温度应力计算, 但仅对其结果进行定性分析采用, 加强薄弱部位的构造。

参考文献

[1]混凝土结构设计规范 (GB50010-2002) [S].北京:中国建筑工业出版社

[2]高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2002) [S].北京:中国建筑工业出版社

[3]混凝土外加剂应用技术规范 (GB50119-2003) [S].北京:中国建筑工业出版社

[4]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社.1997

桥梁荷载试验现场组织管理 第2篇

摘要：随着国民经济的迅速发展，我国公路桥梁建设事业已进入了建设发展的高峰，公路桥梁数量逐年递增，新桥交工验收荷载试验与旧桥鉴定荷载试验任务日益繁重，尤其是通行车辆的桥梁，荷载试验往往中断交通，社会影响较大，需要合理的组织实施，以同时取得较好的试验效果和减少占道时间的目的。

关键词：桥梁；荷载试验；组织管理

当前我国的公路桥梁保有量日益增大，不论是新桥的交工验收荷载试验还是旧桥的荷载试验，荷载试验的任务日益繁重，桥梁荷载试验看似是个小项目、小工程，但是任然需要精心组织实施，以提高质量与效益。

1、桥梁荷载试验内容

不同类型、不同规模的桥梁荷载试验测试参数不一，繁简各异。但是总的来说试验步骤大体是一致的，以一般的简支梁桥（或简支变连续梁桥）为例，荷载试验内容一般包括：桥梁静载试验、桥梁动载试验。静力荷载试验是指通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷載基本相当的静态外加荷载，利用检测仪器测试结构控制部位与控制截面在各级试验荷载作用下的挠度、变形、应力、混凝土桥可能出现的裂缝、荷载横向分布规律等力学效应，并与桥梁结构按相应荷载作用下的计算值及有关规范规定值作比较，从而评定桥梁承载能力；动载试验包括动力特性试验和动力响应试验。动力特性试验是指通过环境激励、桥面有障碍跑车、急刹车等方式激振，测定桥梁结构自由振动响应信号，进而识别桥梁结构动力特性参数，如结构的自振频率、振型和阻尼比。动力响应试验是指在试验桥面上通过载重汽车以不同速度匀速行驶激振，测定桥梁控制部位及控制截面的动挠度、动应变等受迫振动响应，进而识别桥梁结构相应控制部位的汽车冲击系数。

2、桥梁静载试验流程图

桥梁静载试验流程见图1。

桥梁荷载试验方案确定之前，应进行桥址情况调查，包括桥上和两端线路技术状况，线路容许车速、桥下净空、水深和通航情况、线路交通量、桥址供电情况等，并了解可供的试验车辆及其过磅地点。

流程图中：架设仪器是指架设水准仪、全站仪等观测挠度、变形的测量仪器；调试设备是指静态应变仪、动载相关仪器设备的调试；画线布点是指现场测点的放样与布置，如车辆加载位置、挠度观测点位；车辆调度是指试验车辆的装载与试验前的准备。

图1、静载试验流程图

3、桥梁荷载试验的组织管理要点

对桥梁荷载试验进行组织管理，首先要掌握桥梁荷载试验的内容，并根据试验内容编制试验方案，进行总体的规划，对试验所需的仪器设备、车辆、人员作出安排。桥梁荷载试验的关键还在于现场的组织管理，组织管理以提高荷载试验质量与水平、缩短试验时间（工期）为目的。未达到此目的，需采取以下措施：

1）、桥梁荷载试验人员必须技术熟练，人员的技术熟练程度关系着桥梁荷载试验的质量与效率。

2）、桥梁荷载试验的仪器设备必须完好，其功能必须满足试验要求，设备出现故障或损坏往往导致测试结果错误或因仪器设备的调试、修整而拖延时间。

3）、桥梁荷载试验各工序的组织。首先要搞清桥梁检测现场和周围的交通情况，制定合理的作业方案，精心安排桥梁检测工序，控制作业节奏，有步骤地组织检测作业，排好组织计划，减小对交通的影响，又满足检测作业要求。桥梁荷载试验中一些工序是可以同时进行的，一些工序有着时间上的先后顺序则需要按部就班地操作，例如静载试验中架设仪器、设备调试、粘贴应变片、画线布点、车辆的安排调度是可以同步进行的，也只有这些操作都完成后才能进行加载试验，这就需要合理安排人员同时进行这些工序已达到节约时间加快进度的目的，其中粘贴应变片又是这些工序当中的控制性工序，一般可以提前进行。

4）、预载的目的是消除塑性变形，桥梁荷载试验需在正式加载之前进行预压，这个步骤还可以检验仪器设备是否正常，以及时进行调校。

5）结构静力试验的加卸载过程一般采用分级制度，每级加卸载都有级间间歇时间，即每级荷载作用下，须待结构反应稳定后再进行下一级加卸载的时间间隔，在结构静力试验中常采用的加载控制参数有应变、挠度和裂缝，各测试项目的数据采集同步进行，以观测时间较长的测试参数控制整个加卸载流程。

6）车辆的指挥即加卸载的过程也是荷载试验的关键环节，车辆调度者应合理地进行车辆组织，规划好车辆的进出场顺序、停靠位置等，尽可能减少车辆调度就位的时间。

4、桥梁荷载试验实施的重点

桥梁荷载试验的现场实施，是试验检测工作中的主体部分，也是试验检测成败的关键。参加荷载试验的每一位工作成员都必须集中精力，各就各位，各尽其责，尽心做好本岗位工作。试验期间，一切工作都要按照试验检测方案规定的程序和加载方法进行，在试验检测过程中，每一个分项测试人员必须对测量数据，特别是起控制作用重要数据，随时整理和分析，如发现测量数据有较大的异常变化时，应及时查找原因，并向试验指挥人员报告，在实施过程中，除了观测记录试验数据外，还要对试验检测桥梁的关键部位进行观测，记录试验检测过程中出现的异常现象以及在现场检查中没有发现的结构损伤等，为试验数据的分析处理提供依据，必要时应及时调整试验方案，以确保结构安全。

5、结束语

随着国家公路基础设施建设的大力推进，桥梁荷载试验任务日益繁重，相对于一般的复杂、大型、周期长的土木施工项目或科研项目，桥梁荷载试验的内容相对单一、简单、时间周期短，但是工程的操作中任然需要精心的组织管理，荷载试验的实施与大型工程的实施也遵从同样的原则，同样追求着质量、成本、工期的目标，所以必须加强荷载试验的组织管理。

参考文献：

[1]施尚伟，向中富.桥梁结构试验检测技术[M].重庆：重庆大学出版社，2012.

荷载控制系统 第3篇

桥梁健康监测系统是集结构监测、系统辨识和结构评估于一体的监测系统, 能实现对桥梁运营荷载效应的长期实时监测, 在桥梁荷载效应的研究中应用广泛, 杨跃等[1]周建庭等[2]、兰成明等[3]、MingLiu等[4]等利用健康监测系统实测荷载效应, 对车辆荷载作用下的荷载效应及其最大值进行了研究。

1 工程背景

下白石大桥是沈阳至海口国高主干线福鼎至宁德高速公路的特大桥。主桥为145m+2×260m+145m四跨预应力混凝土刚构, 全长810米, 桥面宽为24.5m;设计荷载为汽超–20, 挂-120, 无人群荷载;设计时速为80km/h。该桥由中交第一公路勘察设计研究院设计, 湖南路桥施工, 于2003年7月建成通车。2007年5月完成了健康监测系统的安装、调试;2012年6月动态称重 (WIM) 系统安装完成, 实现了双系统的同时运行。

2 车辆荷载效应模型的建立

在累计时长为3个月的WIM系统车辆荷载信息采集中, 共采集到通过下白石大桥车辆830731辆, 在车重、车间距等车辆荷载参数统计分析的基础上, 基于平衡更新和荷载等效的原理, 对其实际运营车辆荷载效应模型进行研究。

经过对不同荷载重现期应变最大值分布进行拟合, 得到下白石大桥车辆荷载效应服从极值Ⅰ型分布, 拟合结果如如图1。结合下白石大桥“双系统”的特点, 本文尝试利用健康监测系统来验证基于WIM系统所建立的车辆荷载效应模型的准确性。

3 下白石大桥健康监测系统

下白石大桥健康监测系统构成如图2, 经过多年系统监测数据分析与荷载试验验证, 下白石健康监测系统能够真实反映下白石大桥在车辆荷载作用下的荷载效应, 这也为车辆荷载效应模型的验证奠定了基础。

4 应变数据的预处理

下白石大桥健康监测系统测点50s内的应变监测结果如图3所示, 横轴表示时间, 纵轴表示应变, 其中应变产生明显波动处表示有车辆通过。由图可知:健康监测系统采集的应变信号受到多种因素的影响, 如桥梁振动、温度变化水流冲击、地脉动等, 使得监测结果中含有很多高频的成分 (噪声) , 因此需要在实际分析过程中去除这些干扰信号, 才能得到较为准确的车辆荷载作用下引起的桥梁应变信息。

考虑到小波具有低熵、去相关、多分辨率以及基函数选择灵活等特性[5], 可以利用小波去噪的方法对健康监测系统采集的应变监测数据进行预处理, 本文利用MATLAB中的小波去噪函数wden进行应变信号的小波去噪, 采用7层小波分解, 使用的小波基函数为db3小波[6], 去噪前后应变对比结果如图4所示。需要说明的是由于健康监测系统应变信号噪声较大, 可能导致部分车重较小的车辆产生的应变在进行小波去噪的过程中被人为剔除, 这是用这种数据处理方法的一个缺点, 但不会影响到整体车辆荷载效应的统计。

由于小波去噪并不能消除温度的影响, 因此在对健康监测系统应变信号去噪处理的同时, 还需剔除温度引起的应变。本文取36s内没有车辆通过的应变作为应变基准值, 将降噪后的数据减去随温度变化的应变基准值得到车辆荷载作用下应变。

5 实测车辆荷载效应分析

经过对健康监测系统应变数据预处理, 即得到了车辆荷载产生的应变及其出现频率的数据点集 (εi, fi) , (i=1, 2, 3) , 其中εi为应变值, fi为该应变值所对应的出现频率。对此数据点集进行参数拟合, 可得到εi所服从的分布特征 (见图5) , 拟合结果如式1所示。

在对实测应变分布概率密度统计分析的基础上, 对由下白石大桥健康监测系统采集的应变分布和基于平衡更新理论计算的结果进行了比对 (如图6) 。

由图可知:虽然小波去噪影响实测应变的分布, 但对应变分布区间的影响并不大, 断面相应测点应变分布0.95分位值所对应的应变理论计算值和实测值相差很小, 断面应变分布的理论计算结果和实测结果相当接近, 表明:基于平衡更新理论的车辆荷载效应的计算结果可以较好地反映车辆荷载效应最大值的统计规律。

6 基于健康监测系统的车辆荷载效应模型

在下白石大桥健康监测系统车辆荷载效应分析的基础上, 利用平衡更新原理和荷载等效的方法, 可得到下白石大桥断面相应测点在不同荷载重现期内的荷载效应最大值分布 (如图7) :

由图可知:基于健康监测系统分析的车辆荷载效应仍服从极值型分布;断面测点实测得到的不同荷载重现期内应变最大值均集中在一个比较小的范围内;0.95分位点所对应的应变均小于图1中的相应值, 主要原因是实测值只取了24h的荷载效应数据, 调查时间有限, 且在这一天内并没有出现较大的应变。

7 结论

(1) 基于小波去噪的数据处理会影响荷载效应的分布特征但对其分布区间影响不大, 能够用于车辆荷载效应数据的预处理。 (2) 基于平衡更新原理的车辆荷载效应分析方法具有一定的合理性, 但受荷载效应最大值的影响较大, 不宜用于分析有突变特征的车辆荷载效应。 (3) 在统计数据充分的情况下, 健康监测系统能够用于车辆荷载效应的验证。

参考文献

[1]杨跃, 彭君义.基于健康监测的斜拉索荷载效应分析.施工技术, 2009, 38∶25~28.

[2]周建庭.基于可靠性理论的桥梁远程监测系统安全评价研究.重庆大学博士论文.重庆:重庆大学, 2005.

[3]兰成明, 李宏伟, 李惠等.大跨度斜拉桥智能拉索活荷载效应分析.市政公用建设, 2008, 1, 55~58.

[4]Ming Liu, M.ASCE1, Dan M.Frangopol, F.ASCE2, Sunyong Kim.Bridge Safety Evaluation Based on Monitored Live Load Effects.JOURNAL OF BRIDGE ENGINEERING, 2009, 257~269.

[5]葛哲学, 沙威.小波分析理论与MATLAB 2007实现.北京:电子工业出版社, 2008, 333~335.

某大桥三角形挂篮荷载试验分析 第4篇

摘 要：为了确保挂篮施工安全，减少挂篮的非弹性变形，获取弹性变形参数，得出压重与挂篮本身的变形关系，为挂篮的后续使用提供可靠的技术参数和安全保障措施，有必要对挂篮进行加载试验。本文结合某大桥的实际情况，针对施工所需要的三角形挂篮预压实验进行分析研究，为后续施工计算提供可靠的依据。

关键词：三角形挂篮；悬浇法；连续梁桥

中图分类号： U445 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-66-2

1 工程概况

某大桥主桥为70m+115m+70m=255m预应力混凝土连续梁桥，桥梁长520.0m，桥宽35.0m，分为左右两幅，两幅之间间距为2cm，是连接浏阳河南北两岸的特大桥。全桥双幅共有4个主墩，相应有4个T构，根据总体工期要求，计划投入菱形和三角形挂篮各2对（4只）同步对称施工，本文只对三角形挂篮荷载试验进行分析。

2 挂篮构造设计及特点

根据实际情况，按照悬浇最不利5#节段，梁段体积73.97m3，约196t设计。挂篮总体装配图如图1所示。

3 挂篮试压方法

由于大桥施工工期紧、任务量大等原因，经多方分析研究，决定在不改变挂篮受力状况的前提下，对挂篮采用主桁简易试压法对挂篮进行模拟试压。主桁架简易试压法步骤如下所示：①择一块平地，将两单片主梁系水平对称放置，中间支点相互支撑，形成相当于箱梁腹板混凝土的主梁受力支点。②将两根主梁后锚用4根？覫32精轧螺纹钢对称相连接，形成相当于整体挂篮前端吊带传递力给主桁架的受力体系。③通过千斤顶加压，给主梁前端的精轧螺纹钢筋加载，并测量各级荷载作用下对应的主梁前端的变形？驻l；在试压过程中，千斤顶按最大使用荷载的10%、20%、50%、80%、100%、120%进行分级加载，每级加载完成并稳压半个小时（最后一级为1小时）后检查各杆件的情况有无裂缝，测试各级荷载所对应的变形，然后进行分级卸载。反复2次。

4 挂篮试压计算

先按整体计算挂篮在1.2倍安全系数下结构受力，后将力分配到三片单主桁架上，得出挂篮预压的千斤顶张拉力。挂篮试压计算采用Midas/Civil2012空间有限元计算软件进行计算。计算整体有限元模型以及支点反力如图2所示：

从上图可以看出：三角形挂篮边主桁架后锚点反力为-465.8kN，中主桁架后锚点反力-558.6kN，三单片桁架后锚点受力按1：1.199：1分配；边主桁架前支点反力为950.4kN，中主桁架前支点反力为1137.3kN，三单片桁架前支点受力按1：1.197：1分配。对挂篮吊杆轴力进行分析如图3所示：

从上图可以看出：三角形挂篮吊带所受最大拉力为168.3kN，所有吊带总拉力为1437.3kN。将吊带所受总拉力按1：1.199：1分配给三片主桁架，并以中桁架分配力作为控制力，使单片桁架受力最不利。因此，三角形挂篮采用主桁简易试压法前端点油压表张拉控制力：

F=1437.3*1.199/（1+1.199+1）=538.71kN。

三角形挂篮主桁架等值变形图、应变图如图4所示：

从图中可以看出三角形挂篮采用主桁架简易试压模型前端最大变形为19.13mm。

5 测点布置

在进行主桁架对拉试验前，在每片主桁架的前端用百分表各布置一个位移测点，监测主桁架前端的下挠变形。

在每根桁架杆件的中截面底部用应变计各布置1个应变测点，监测主桁架各杆件的应变。测点布置如图5所示：

6 试验结果及分析

通过逐级加载，得到各级荷载下各测点的位移、应变，实验结果如表1所示：

7 结论及建议

7.1 结论

通过对××大桥菱形挂篮主桁架对拉的荷载试验过程及数据分析得到以下结论：

①所测主桁架变形校验系数和应变校验系数均不大于1；②所测主桁架相对残余变位和相对残余应变均未超过20%；③所测主桁架结构稳定性满足要求。

7.2 建议

①施工需严格按照施工方案进行，采用泵送混凝土，箱梁振捣采用插入式振捣器振捣；②施工过程中必须严格控制施工荷载的重量，防止出现施工荷载超重的现象；③在1号块的施工过程中实测主桁架前端的位移情况，用于指导2～14号块的施工。

参 考 文 献

[1] 徐君兰，项海帆.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3] 邵容光.关于预应力混凝土连续梁（连续刚构）桥中的若干问题[D].东南大学，2001.

[4] 刘刚亮.虎门大桥辅航道270m连续刚构悬臂施工控制[J].桥梁建设，2001（5）.

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[6] 朱旭红.三角挂篮预压荷载试验施工方法[J].山西建筑，2010.06.064.

荷载控制系统 第5篇

1 市政工程中路面裂缝产生的原因及类型

新铺的半刚性基层随着混合料中水分的散失而产生了干缩和干缩应力, 其收缩的程度和半刚性材料本身强度、组成级配、水分散失的快慢、环境的温差等都有一定的关系。

1.1 温差产生温缩裂缝

由于温度的变化, 基层产生收缩使半刚性基层处于受拉状态、水泥稳定粒料抗拉强度小于收缩应力时将产生永久变形, 形成横向收缩裂缝、横向贯通裂缝就属于此类型, 这种裂缝的特点是全幅贯通、层间上下贯通。裂缝较为明显, 宽度较大, 一般均在1~3m长。

1.2 温度疲劳裂缝

在自然环境因素影响下, 路面基层在温度应力的作用下, 反复伸缩, 发生温度疲劳破坏, 产生温度疲劳裂缝、由于基层已产生温度收缩裂缝。故温度疲劳裂缝宽度较小, 间距也较温度收缩裂缝较密。现场调查结果证明基层7d养护期揭薄膜时, 横向裂缝较少, 间距通常在加50m以上, 随着龄期的增长、裸露时间的增加, 裂缝明显增多。

1.3 混合料拌和不均匀, 产生裂缝

通过实地调查并分析裂缝的分布情况表明由于施工过程中原材料质量的波动、粗细集料比例的变化等原因将影响混合科的均匀性, 与级配曲线发生偏离, 使基层混合料铺筑后产生局部段落横向裂缝, 其特点是缝多而密、不规则、不一定贯通。

1.4 养生不当, 产生收缩裂缝

按要求乳化沥青透层渗入基层5mm深度且不允许在表面形成油膜, 但在实际施工中两个乳液的破乳时间不一致, 反乳液中沥青含量不均匀等, 将使得基层表面的乳液全部为乳化沥青所封盖。因此, 这种施工方法使乳化沥青透层起不到保湿养生的效果, 使基层自养生初期起, 一直处于较为干燥的状态环境中, 加之承包人未能在7d养生期满后尽早施工下封层, 基层易产生干缩裂缝。

1.5 施工工艺不当, 产生微细裂缝

这类裂缝产生的主要原因有: (1) 为使基层表面平整度好, 在面层补撒过多细料而产生收缩裂缝; (2) 由于拌和场混合料含水量的变化调整不当, 摊铺碾压时混合料含水量控制不佳, 碾压及收浆时含水量偏高易产生细微收缩裂纹; (3) 拌和场送料设备异常, 造成混合科不均匀, 摊铺过程中产生的粗集料容易松散、细集料窝易开裂, 通常这类裂缝不明显、不贯通, 雨水浸湿后较易发现。

以上所述裂缝调查中发现的5种基本裂缝类型, 均属于非荷载裂缝, 可认为是温度变形裂缝和干缩变形裂缝, 由于半刚性基层多数是用水泥作为结合料的混合物, 具有水泥混凝土的某些特性, 在温度变化和水分散失等因素影响下, 也会产生各种伸缩裂缝。

2 市政工程中路面工程施工质量的保证措施

2.1 事前主动控制是施工企业未进场开工前要做好的工作。

根据工程规模、性质、等级和特点, 确定合理的施工工期并明确灾害性外界环境因素 (指不可预见的) 对工期影响后的处理方法, 不应盲目追求完工期限。了解有关现行法律法规, 关于管理专业配套、人员数量、资格与其承担的工程质量管理要求相适应的管理人员和责任人员。中途尽量不要更换, 使其相对稳定, 增强责任和周全考虑质量方面的问题。完善质量检验、测试、计量和措施。确定违规的整改期限和造成不同档次施工质量事故的处罚措施。

2.2 事中检查是在施工过程中对照施工的规范检查。

严格检查在投标文件中承诺的各种机具设备、人员组合、项目经理、各项施工技术保证措施是否按时到位、技术工种作业人员持证上岗以及所有机械设备、原材料、构件的品级质量。对主要且用量较大的要采用定点供货方法, 以求质量的稳定性。对照建筑行业的施工技术规范、标准, 强化工序控制检查, 做到认真复查上道工序质量, 保证本道工序质量。上道工序质量不合格的不得进行后续工序的施工。在本道工序实施过程中应随时观察图形的平面几何尺寸、轴线、纵向的高程、拱度、垂度、钢筋的规程、数量、布置、模板支撑的变形和位移, 要善于发现质量波动、变异或事故征兆, 及时调整处理。

2.3 事后严肃把关。

对于质量控制要点、要害部位或质量有疑问的部位进行事后复检。严格按照质量评判标准组织验收认证。实行质量保证金制度, 让“制造”者跟踪一段时间的质量保证, 完善其缺陷服务责任。

3 市政工程中路面质量控制措施

为有效控制基层开裂尽量减少裂缝的产生, 应严格按照施工规范进行施工, 严格工序, 从原材料、集料配合比、施工工艺、养护及加紧后续工序施工等方面同时采取控制措施, 才能取得较好效果。

3.1 优化施工配合比, 在满足设计强度要求

的条件下, 尽量采用较小的水泥用量, 减少水化热。经过试验及施工验证, 上基层水泥含量尽量控制在5%左右, 极限用量不要超过5.5%。为了既满足强度的要求, 又保证钻芯取样完整, 应加强细集料尤其是石屑的质量控制, 优化粗细集料配合比, 保证粗集料的用量。

半刚性路面基层施工时, 着重加强对采石场料源的质量控制, 在集料质量有保证的情况下, 接下来对配合比设计进行优化, 基本原则是在保证设计强度的情况下合理地减少水泥用量, 级配曲线应为一条平顺的圆滑曲线, 同时级配曲线应尽可能靠近级配区域的下限。在确保现场摊铺混合料不离析的情况下增加碎石用量, 减少细料用量。通过一系列措施, 确保了基层的施工质量。在对基层裂缝的专项检查中发现, 贯穿性裂缝常发生在填挖交界处, 并且这类裂缝的特点是缝较宽且均为横向贯通, 说明这类裂缝是由于路基开挖交界处时的技术处理措施不当或不彻底而引起的不均匀沉降, 在以后的路基施工中要特别注意对填挖交界处的处理。其他路段裂缝间距均在50m以上, 在个别表面光滑、细料明显偏多路段的裂缝间距在25 m左右, 这类裂缝宽度大都在lmm以内, 以干缩裂缝为主。基层暴露时间长和施工车辆较多的地段, 裂缝比较多, 以干缩裂缝和温度裂缝为主。

3.2 加强对施工工艺的控制严禁随意浇水、

提浆, 以减少干缩, 掌握好碾压过程中含水量的变化, 保证在最佳合水量的条件下碾压成型。

3.3 重视基层的养护, 尽可能使用薄膜覆盖养生。

薄膜养护时应及早覆盖, 并做到薄膜覆盖严实, 保证薄膜内湿度。水分损失过快时, 注意补水、在基层施工实践中, 要求基层施工完8h内完成透层沥青的喷洒, 同时尽快覆盖薄膜, 整体效果较好。

3.4 加快后续工序的施工, 封层施工应尽量在揭膜后及时完成, 如采用稀浆封层效果更佳。

3.5 对基层上车辆通行进行管制, 禁止重车

在基层上行驶、施工车辆行驶时限速, 时速不超过30 Km/h, 并避免在主车道集中行驶。

4 路面裂缝的技术处理措施

4.1 大多数干缩裂缝通常在龄期40 d左右时基本趋于稳定, 可不作特殊处理。

4.2 全幅贯通的温度收缩裂缝, 对裂缝进行

清理, 清理后使裂缝口的宽度在l~2cm之间, 浇灌热沥青或乳化沥青。并加铺玻璃纤维格栅等阻裂材料。

4.3 由于原材料、混合料波动变异产生的裂缝密集区, 必须作返工处理。

总之, 在市政工程路面施工过程中, 施工应严格按照技术规范, 对已产生的裂缝采取相应的处治措施使路面的裂缝得到有效的控制, 才能确保工程质量。

参考文献

[1]CJJ1-2008, 城镇道路工程施工与质量验收规范, [P], 中国建筑工业出版社, 2008.

荷载控制系统 第6篇

车辆荷载的作用是路面使用性能和寿命的关键因素之一。不同类型、装载的车辆会产生不同级别的轴载, 对路面形成不同程度的损伤。因而, 对路面设计和管理人员来说, 感兴趣的不仅仅是交通量, 更重要的是轴载的大小和各级轴载出现的次数。当前路面设计和公路管理采用的是以某一 (几) 种代表车型在空载、半载和满载条件下的轴载以及交通量来模拟路上的轴载谱[1,2]。这种方法能满足车辆按照额定的装载吨位和均匀的装载方式进行装载行驶的情况, 却不能考虑车辆的超载和货物不均匀装载引起的轴载变化, 而这种情况在现有的公路运营中又已普遍存在。所以, 模拟轴载数据不能反映公路现场情况, 需要对道路实际的交通流量及轴载进行调查。为了掌握高速公路车辆荷载情况, 采用高速动态称重系统进行车辆荷载调查分析[3,4,5]。

2检测方法

采用高速动态称重系统进行检测, 可以同时采集轴重、轴数、总车重、轴间距、车长、车速、车辆分类等参数。高速称重系统安置于车辆正常行驶路段, 待车辆行驶通过后可以得到相应数据。

采用安装较为方便、采集数据能够满足要求的HI-TRAC 100高速称重系统。

2.1 HI-TRAC称重及交通调查系统工作原理

压电称重传感器输出的电压信号与车辆压过的压力相对称。信号由HI-TRAC控制器转换成电压。此电压信号用来决定轴被检测到的时间, 电压的大小计算出相应轴的重量。压电称重传感器埋设的截面图及车辆轮压示意如图1所示[6]。

图2为一辆四轴货车所压过传感器时系统所检测到的波形。

2.2设备安装及调试

具体安装如下:

1) 地感线圈的安装。

在每一车道上, 开5 mm宽, 30 mm深, 2 m见方的埋槽, 埋设地感线圈, 开1 cm宽3 cm深的埋槽, 将线引到路边, 开槽用填缝胶密封。

2) 压电传感器的安装。

每一车道, 开两条横跨车道的埋槽, 埋槽长度为3.5 m, 宽19 mm, 深19 mm, 埋设1条压电传感器 (长3.5 m) , 并开1 cm宽2 cm深的埋槽, 将线引到路边, 开槽用填缝胶密封。

3) 路面温度传感器的安装。

在最外侧车道路面中间开1 cm宽3 cm深的埋槽, 埋设温度传感器, 埋槽延伸到路边, 将温度传感器电缆线引到路边, 开槽用填缝胶密封。

4) 主机机箱的安装。

在安装点路侧基础上安装控制机柜, 控制机箱底座需要建一个长3 m, 宽2 m的水泥台, 台面与路面同高, 并预留穿线管道和修建一口接线用标准人井。

5) 供电电缆线的铺设。

2.3数据采集

该系统能采集单轴重、轴数、轴组负荷、总车重、轴距、总轴距、车长、车悬长、等效轴负载、车速、车间距时间、站点识别、车流量、车间距、行驶方向、跨道车辆、车道代码、车辆分类、违规代码、路面温度、有效性代码、时间、日期等参数。调查车型分为小车、大客车和货车。

交通量换算时采用小客车作为标准车型, 各类汽车代表车型与车辆折算系数如表1所示。

3车辆荷载调查统计与分析

3.1断面交通量

根据交通流量调查的数据统计出某高速公路一周内的断面交通量状况, 具体如表2所示。

由表2可以得到以下结论:1) 某高速公路24 h断面交通量平均为77 531辆, 上行方向车流总量 (37 703辆) 略小于下行方向 (39 828辆) , 方向分布系数为48.6%;交通组成中货车所占比例为28.9%, 上行方向与下行方向基本上一致。2) 在一周的交通荷载调查中, 客货车比率基本上保持一个水平, 货车的比率维持在27%~31%之间。客车的比率在69%~73%之间。双向的客货车比率较为稳定。3) 一周之中, 断面交通量比较稳定, 本次调查显示为星期三断面交通量为最大交通量, 因此, 在后面的分析中选择2008年12月24日交通荷载进行讨论。

3.2交通量昼夜分布情况

把此次交通流量调查的数据 (2008年12月24日00时~25日00时) 分为白天和夜间分别进行统计, 具体情况如表3所示。

由表3得出以下结论:1) 某高速公路白天的车流量明显大于夜间, 白天车流量的比例达到70%左右, 无论是上行方向, 还是下行方向结果基本一致。而且对于客车和货车的结果也较为一致。2) 某高速公路夜间货车的比例要大于白天, 特别是下行方向, 货车所占比例达到32.4%, 大于白天货车所占比例27.6%。另外, 根据调查数据可以得出某高速昼夜断面比例, 如图3所示。由图3可以得到, 某高速公路交通流量高峰时段在下午16:00~18:00出现, 这时行驶的车辆最多, 17:00~18:00时段达到7 005辆/h然后慢慢减少, 03:00~04:00时段为711辆/h, 在早上5:00~6:00开始增加。

3.3轴载调查与分析

轴载的调查与分析主要针对货车, 小汽车与客车超载超重现象基本上不会出现, 而且程度较低。货车的轴载类型标准及限重值如表4所示。

3.3.1货车车型分布

对某日的荷载调查结果进行货车不同车型的统计分析, 具体结果如表5所示。

由表5可以看出, 某高速公路车流量中上行方向与下行方向货车的数量相当, 分别为12 293辆、12 875辆;货车主要以2轴货车为主, 双向比例达到69.2%, 下行方向比例比上行方向要小;4轴、5轴、6轴车占货车的比率基本相当, 为7%左右, 而且两个方向也较为一致;3轴车的比例分别为11.6%, 7.6%, 两个方向相差较大, 达到4个百分点。

3.3.2货车载重情况分析

1) 总体超载情况。

对某日的荷载调查结果进行货车超载情况的统计分析, 按照限载标准进行计算, 具体结果如表6所示。

由表6可以得到以下结论:

a.下行方向货车的超载率 (10.5%) 要低于上行—下行方向 (15.4%) , 相差将近5个百分点, 说明两个方向车辆荷载存在一定的差异, 这也与实际情况相符合, 因为上行方向的车辆主要是原材料等货物, 而下行方向主要是生产出来的商品, 这样相对来说重量要轻。

b.超载率<30%的比例最大, 双向达到7.1%;其次为超载率>30%, <50%比例, 双向为3.2%;超载率>50%的比例为2.9%。

2) 不同车型超载情况。

按照不同车型进行超载分析, 主要是考虑货车的轴数不同, 按照限载标准进行计算, 得到不同车型的超载情况如表7所示。

由表7可以得到以下结论:

a.从各种不同车型的情况来看, 轴数越多, 车辆的最大载重超重越多, 最大载重量的车型为6轴车, 达到138.3 t, 其他依次为5轴、4轴、3轴、2轴车。最大载重超载率为6轴车, 其他依次为3轴、5轴、2轴、4轴车。

b.不同车型的超载比例, 基本上呈现轴数越多, 超载比例越大的趋势, 上行方向的6轴车的超载比例达到52.2%;2轴车超载的比例最小, 不到10%, 上行与下行方向的比例基本一致;而从3轴、4轴、5轴、6轴车型超载率来看, 上行方向明显要大于下行方向。

c.对于超载不同程度的比较来看, 基本上为超载率<30%的比例最大, 其次为超载率>30%, <50%的比例, 超载率>50%的比例为最小。

3.3.3货车轴重情况分析

对不同轴型的轴重进行统计分析, 按照轴载类型标识进行统计, 得到不同轴型的轴重超载情况如表8所示。

由表8可以得到以下结论:

1) 对于不同轴型的轴载, 下行方向的三联轴超载比例最大, 达到29.1%;上行方向的双联轴超载比例最大, 达到52.2%。超载比例较少的为单轴单轮, 两个方向的超载比例不超过20%。总体趋势为单轴单轮<单轴双轮<双联轴<三联轴。

2) 对于不同轴型及轴载超载程度的超载比例, 超载率<30%的超载比例最大的为上行方向的双联轴 (18.6%) , 最小的为上行方向的单轴双轮 (9.4%) ;超载率>30%, <50%的超载比例最大的为上行方向的双联轴 (12.7%) , 最小的为上行方向的单轴双轮 (1.7%) ;超载率>50%的超载比例最大的为上行方向的三联轴 (26%) , 最小的为下行方向的单轴单轮 (0.9%) 。

3) 不同轴型的最大轴重为三联轴, 达到74 400 kg (74.4 t) , 超载率达到238.2%;对于下行—上行方向, 单轴单轮、单轴双轮、双联轴的最大轴重的车型都为3轴车, 三联轴的最大轴重的车型为6轴车;对于上行方向, 单轴单轮的最大轴重的车型为4轴车, 轴重达19 300 kg (19.3 t) , 超载率221.7%, 单轴双轮、双联轴、三联轴的最大轴重的车型为6轴车, 最大轴重分别为25 000 kg (25 t) , 50 000 kg (50 t) , 74 400 kg (74.4 t) , 最大超载率分别为150.0%, 177.8%, 238.2%。

4结语

采用高速动态称重系统可以连续不间断得到道路交通流量及轴载情况, 从而可以更准确地对公路路面结构进行计算, 采取相应措施确保结构的使用安全。同时也为公路规划、设计、养护和管理提供重要、科学的决策依据。

参考文献

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[5]周道武.动态称重技术若干问题研究[D].西安:西北工业大学硕士学位论文, 2001.

荷载控制系统 第7篇

当前,我国桥梁建设已趋于饱和,已建或建成后不久的桥梁均出现了不同病害。其中,由于当时设计荷载不足,加之日后交通量增大、超载现象频频发生,许多桥梁在建成后不久引起不同程度、不同位置的受力裂缝较为常见。结合桥梁出现的类似病害,考虑相关的研究结论与理论尚较少,给养护部门带来不便。针对此问题,为了更好的给其养护部门提供相应的技术参数及处理意见,对这方面的研究显得非常有必要。

1实桥简介

洮儿河二号桥(旧)位于洮北区207省道K121+501处,桥梁全长为243 m,桥跨结构(孔数×跨径):13 m×17 m。上部结构每孔采用5片工字梁,采用预制吊装施工,梁高100 cm,间距160 cm,混凝土标号25号。下部结构采用钻孔灌注桩基础,双柱式墩台,柱顶设置钢筋混凝土帽梁。支座采用钢铰支座。桥面横向布置为0.5 m(栏杆)+7.0 m(行车道)+0.5 m(栏杆),总宽8 m,桥面铺装采用沥青混凝土。该桥设计荷载:汽—15、挂—80,建成时间为1982年,主要病害是1/4L,1/2L有受力裂缝,3号～4号 主梁之间微弯板处有纵向裂缝,在桥下底部观测时发现行车作用下主梁变形过大。主梁截面及全桥截面尺寸如图1,图2所示。

2桥梁理论承载能力的计算

本研究只考虑桥梁在损伤后控制荷载作用下的有限元分析,故实际加载均使用老规范荷载。模拟过程如下:按照梁格理论,采用midas.civil进行模拟,共划分157个梁单元。端横隔按实际模拟,厚度h=0.2 m;纵向梁格以1 m为一个单元,跨中部分因无横隔梁,故采用虚拟横梁,横梁梁格截面特性按板厚h=0.2 m,宽b=0.5 m取,间距1 m。支座边界条件设置为简支,主梁节点与支座节点设置梁端释放约束(主梁节点与支座节点之间采用刚性连接)。桥面设置两个车道,车道系数取1,挂车加载按一车道设置[1],按汽—15,挂—80加载,承载能力按组合荷载计算。最后计算得到在挂车荷载综合作用下42号单元J端,即1号梁跨中内力为最大2 018.97 kN·m,从而确定挂—80为该桥控制荷载。然后根据最大内力影响线加载方法找出最不利的移动荷载位置。

3桥梁实体模型

3.1 实体单元及控制荷载的模拟

整个模拟利用大型有限元软件midas.fea进行,生成实体单元后共2 213个单元,边界条件为铰支。其中,Ⅰ型主梁从左至右编号依次定义为1号～5号,Ⅰ型主梁与微弯板按固结处理,Ⅰ型主梁与微弯板组合横截面生成平面单元,划分50个网格单元,然后将该平面单元沿跨径方向按支座长度、损伤位置等进行划分均匀后生成空间实体单元,端横隔板横截面按在Ⅰ型主梁的实际坐标位置与主梁节点共用,将两边主梁节点连成三维曲线,生成平面单元后扩展成实体单元。因midas.fea移动荷载的施加较为不便,故模拟时利用midas.civil移动荷载追踪器找出位置后,控制荷载用等效节点载荷代换来完成。模型如图3所示。

3.2 损伤的模拟

因各主梁底部1/2L,1/4L处已有受力裂缝并出现损伤,为了方便的找出1/2L,1/4L处的破损位置,在建模时,主梁单元沿纵向尺寸为(0.2+8@1+2@0.3+8@1+0.2)m,(其中,0.2 m为支座沿跨径方向的长度)。参照有关培训资料,考虑模拟条件的局限性,本文将梁底相应位置处节点分割,以期实现主梁横向裂缝(1/4L,1/2L处损伤位置)、3号～4号梁微弯板间的纵向裂缝。

4分析

4.1 各根主梁沿跨径方向的主应力分析

将控制荷载作用下,损伤桥梁与未损伤桥梁模型计算所得到的数据整理成图。以下为计算后经提取并整理好的未损伤与损伤桥梁每根主梁的主应力对比分析,如图4所示。

从数据及图形分析能够得到如下结论:1)将1/2L,1/4L跨做损伤与未损伤模拟,每根主梁主应力在跨径方向上的分布趋势相同。各根主梁主应力在跨中位置,有损伤的要大于无损伤的,其中,1号主梁在桥跨1/2处有损伤位置承受的拉应力较大,而且有突变现象,较明显,有此明显现象主要是因行车控制荷载作用下在此处产生最大内力、裂缝位置有应力集中现象造成的。2)各根主梁主应力在支座位置及1/4L跨之间,有损伤与无损伤的情况相比,有损伤主梁承受的主应力与无损伤主梁位置承受的应力相差不大,在1/4L位置,损伤桥应力要小于未损伤桥应力。

4.2 损伤后在控制荷载作用下各主梁跨中裂缝宽度及相应挠度

4.2.1 损伤后在控制荷载作用下各主梁的跨中裂缝宽度

本次研究假设该桥材料为线弹性结构计算,故裂缝宽度的数值也为线弹性材料在荷载作用下的裂缝宽度。经过控制荷载的实际作用,通过midas.fea软件实际分析得到各根主梁在行车荷载作用下的最大宽度,以供养护参考,数据整理如表1所示。

mm

结合《公路桥梁养护技术规范》[2]承重结构在车载作用下跨中裂缝最大不允许超过0.5 mm,可知在挂车控制载荷作用下,位于挂车车道附近的1号,2号,3号主梁均裂缝超限,说明主梁刚度将有所下降,4号,5号缝宽未超限。但因上述车载的布置只是为了得到该桥内力的控制荷载而考虑,人为的将车道定于左幅。而实际行驶中挂车行驶在右幅,所以在控制荷载作用下,该桥各根主梁跨中裂缝均超限。即说明在损伤情况下,理论的控制荷载作用将对该桥裂缝破损有加剧破坏的趋势。

4.2.2 损伤后在控制荷载作用下各主梁的跨中最大挠度

经过控制荷载的实际作用,通过midas.fea软件实际分析得到各根主梁在行车荷载作用下的最大挠度,以供养护参考,数据整理如表2所示。

cm

参照预应力混凝土桥涵设计规范,主梁的最大挠度不应超过计算跨径的L/600,可知1号,2号梁在跨中损伤时控制荷载作用下最大挠度将超过规范允许值,3号梁因处于行车道中间,在损伤后挠度未超过规范数值,同理,如挂车作用右车道位置,4号,5号梁跨中挠度也将超过规范允许数值。即说明只要在损伤情况下,理论的控制荷载作用将对该桥刚度有明显影响,如果未加固的情况下,在超限荷载作用下对该桥的抗弯性能将会有更大的折损。

综上分析,若桥梁因超载或其他原因发生如上损伤,即便是在理论的控制荷载作用下,对该桥的破坏也是十分明显的。因此若从长远角度考虑,为使桥梁结构不受损坏,设计部门一定要尽量提高桥梁的设计等级,此外路政部门加大超载车辆的控制、处罚力度,也是使桥梁不受损害的重要手段。

4.3 微弯板有纵向裂缝下的横、竖向剪应力研究

为了更好的研究微弯板有裂缝作用下的剪应力分布,本次特意选取裂缝长度方向的端部、中部、尾部,不利车载作用的所有位置及无裂缝状态下的位置查看应力,将裂缝长度方向的横向、竖向剪应力数据提取整理,如图5所示。

经研究数据得到如下规律:在纵向裂缝损伤情况下,沿裂缝长度范围内,靠近车后轮载荷的裂缝横向剪应力最大,相对车前轮载荷的裂缝横向剪应力相对略小,而裂缝的两端部横向剪应力相等(不是最大),基本呈波浪形式。竖向剪应力明显要大于同一位置的横向剪应力,距车载较远的端部出现最大负剪应力,是对应的横向剪应力的近40倍,其他位置相对降低,在接近裂缝长度1/3位置出现最大正剪应力。

结合数据分析得到如下结论,在控制荷载作用下及微弯板有纵向裂缝情况下,产生的横竖剪应力因数值较小,对整个桥面不构成加剧损伤破坏的影响。

5结语

1)通过损伤与未损伤梁桥模拟分析,得出了两种工况下各主梁沿跨径方向的主应力分布趋势、损伤与未损伤位置主应力谁大谁小的结论。

2)该桥在设计控制荷载不超限的情况下行驶,如跨中有损伤,跨中挠度、裂缝宽度均将超过规范允许范围,有加剧破损的影响。

3)得出了桥面微弯板有纵向裂缝情况下的横向、竖向剪应力分布规律,通过计算数据证明在控制荷载作用下该剪应力对其不构成加剧损伤的影响。

摘要：以洮儿河旧二号桥为例,采用大型有限元软件midas.fea进行了上部结构的无损与损伤模拟,利用两种桥梁模型做有限元分析,得到了相关理论数据,以期为今后桥梁养护工作管理提供技术指导。

关键词：承载能力,损伤,控制荷载,应力,挠度

参考文献

[1]JTG D260-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTG H11-2004,公路桥涵养护技术规范[S].

荷载控制系统 第8篇

地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力, 在计算地基承载力的理论公式中, 一种是根据土体极限平衡条件导得的临塑荷载和临界荷载计算公式, 另一种是根据地基土刚塑性假定而导得的极限承载力计算公式。工程实践中, 根据建筑物不同要求, 可以用临塑荷载或临界荷载作为地基容许承载力, 也可以用极限承载力公式计算极限承载力除以一定安全系数作为地基容许承载力。

地基的临塑荷载是指地基中即将出现塑性变形时, 基底单位面积上所承受的荷载。经验证明:即使地基发生局部剪切破坏, 地基中的塑性区有所发展, 只要塑性区的范围不超出某一限度, 就不致于影响建筑物的安全和使用。因此, 如果使用临塑荷载作为承载力偏于保守, 工程中经常使用控制地基中塑性区的开展深度的方法来确定承载力, 我们把地基中塑性区开展到不同深度时, 其对应的荷载称为临界荷载。

一般教材和资料中均是依据条形均布荷载的条件下, 并假设地基土的侧压力系K0=1, 以此来推导地基的临界荷载的。这里假定K0=1, 一方面是与实际 (K0=1仅在淤泥、饱和软粘土下差别小些) 不相符合的;另一方面取K0=1相当于假定地基中的自重应力场如同静水压力, 这样人为地过高估计了地基的承载力。另外, 尽管也有人从不同的方面导出了K0=1的一些公式, 这些成果主要有以下两个:一个是赵树德1995年9月在《西安建筑科技大学学报》上发表的题为《地基弹塑性承载力K≠1.0时的计算公式》;另一个是崔江余等1998年11月在《工程力学》上发表的题为《地基临塑荷载的分析》。前者的推导结果比较复杂, 没有写为统一的形式, 没有说明与一般公式的差别, 而且没有说明因为土质不同所带来的影响。后者推导的仅仅是一种特殊情况, 不具有普遍的意义。本文基于太沙基关于塑性区发展的理论, 推导出具有普遍意义的公式, 并指出与一般公式的差别。另外, 本文还对一种特殊情况进行了探讨, 并根据公式推导出了塑性区的近似范围。

2 地基破坏的形状和塑性区的发展

太沙基 (1943) 根据试验研究提出两种典型的地基破坏型式, 即整体剪切破坏和局部剪切破坏。这两种地基破坏型式的共同特征在于:当基础受力时, 在基础下形成一个三角形压密区, 随同基础压入土中, 压密区向两侧挤压, 土中产生塑性区, 塑性区先在基础边缘产生, 然后逐步扩大, 直到土中形成连续的滑动面。

根据这一理论, 最先出现塑性区的土体发生在基础边缘, 工程上当按照控制塑性区的发展深度时, 应该控制基础边缘土体的塑性区发展, 这时基础中间土体应该还处于弹性阶段。本文就基于太沙基的两种地基破坏型式及塑性区的发展探讨地基临界荷载计算公式的推导。

3 基本假设

⑴条形基础, 承受中心荷载作用;

⑵地基为单一匀质土;

⑶土体破坏时满足莫尔-库仑强度理论。

4 临界荷载公式的推导

如图1所示为一条形基础, 设均布条形荷载为p0, 作用在地面下一定深度D (基础的埋深) 处, 基础埋深D范围内土的重度为γ0, 基础下地基土 (持力层) 的重度为γ, 基础宽度为b, 土的抗剪强度指标为c、φ, 土的静止侧压力系数为K0。根据塑性区理论, 讨论基础边缘下深度为z=1/4b的M点的受力, 由于基础承受中心荷载, 基础形式又是对称, 不妨考虑如图1所示M的点。坐标系建立如图1所示。

此时, 设附加应力引起的M点最大和最小主应力分别为σ1和σ3[1], 土体自重在M点引起的应力为σx和σz。由于点的附加应力的方向和自重应力的方向不同, 在求点总应力时不能直接相加。因此, 我们根据点的自重应力求出它在附加应力σ1和σ3方向上的正应力和剪应力, 然后在附加应力图上进行两种应力的叠加。具体步骤如下:

⑴如图1, 由自重应力求出它在附加应力σ1和σ3方向上的正应力和剪应力, 也就是计算自重应力作用下的M点的斜截面 (其法线与水平向成β角度) 上的应力:

⑵附加应力引起的M点的最大最小主应力[1]为:

⑶在附加应力上进行叠加即:

因此, M点的总应力为:

式中p0=p-γ0D, z=b,

按照莫尔-库仑理论, 土体极限平衡公式为, 根据σ1、σ3与σx、σz之间的关系, 可将上式改写为:

我们利用近似计算公式, 按这个方法对公式 (4) 进行处理得:

将公式 (1) 、 (2) 、 (3) 代入公式 (5) , 可得临界荷载公式 (6)

为了求得极值, 我们将公式 (6) 分别对β0、β求导:

令, 得到

令, 得到2β≈20.81°, 将β0、β代入 (6) 式可得到下式:

我们把 (7) 称为临界荷载的统一公式, Nq、Nγ与内摩擦角和静止侧压力系数有关, Nc只与内摩擦角有关。它们称为承载力系数。

5 各种不同土类的临界荷载公式

由公式 (6) 可以看出, 静止侧压力系数对于临界荷载的确定有重要的意义, 土的种类、超固结比对于静止侧压力系数有较大的影响。

⑴正常固结土:

按照约克 (jaky) 推出的经验式, 对于正常固结的砂性土, 其静止侧压力系数应取下面的值计算:K0=1-sinφ, 将此式代入 (7) 得承载力系数为:

对于正常固结的粘性土, 伯勒克 (Brooker) 认为K0=0.95-sinφ比较合适, 将此式代入 (7) 得到承载力系数为:

⑵超固结土:

我们常常利用康夸脱 (Caquot) 公式的改进公式:, 其中K0n是正常固结下的静止侧压力系数, 对于粘土b=0.39, 对于砂性土b=0.58。因此, 对于超固结土有如下的两个公式:

⑶一般对于其他类型的土:

如果我们已知土的静止侧压力系数的具体数值, 就可以带入公式 (6) 计算, 得到地基承载力的估计值。假定K0=b, 可以求得其它类型土的承载力系数:

(1) 对于有粘聚力的土:

(2) 对于无粘聚力的土:

⑷在公式 (6) 中, 我们令, 可以得到与一般土力学教科书上相同的承载力系数:

按照上面的处理方法, 也可以得出当K0=1的承载力系数表, 如表3所示。

⑸各种承载力公式的简单讨论:

一般粘性土:[1]设某基础宽度B=3m, 埋置深度D=3m, 地基土是均匀的老粘性土, 其物理及其力学性质指标 (土为正常固结土) 见表4。

按照各种方法求得的地基承载力值见表5:

由表5可以看出, 根据本文所确定的方法比一般教材的临界荷载要小, 而且接近载荷试验所确定的数值, 从一定意义上要优于其它的几种方法。

6 塑性区范围的近似确定

下面我们对一种特殊情况下进行讨论:如图2所示, 我们讨论基础中心点下M点的受力 (如图2) , 应力为:

代入土体极限平衡中并经过像前面一样的验算可得到:要使P1/4最大, 同样应该, 但当时, β0=126.86°, 相减得到负值, 这是显然不可能发生的, 因此, 当M点位于基底中心下时是不可能发生塑性变形的, 基地中心土体没有发生破坏。

当允许基础下范围土体出现塑性变形时, 在横向并不是所有土体都处于极限状态, 要使得土体发生破坏, M点在横向与基础两端的夹角。

下面我们谈论当允许土体在竖向出现的塑性变形时, 在横向X轴方向塑性范围的大小。取单位长度宽度b=1离基础左边沿x处出现塑性变形, 则:

由这两个式子根据三角变换可以得出:, , 其中φ为土体的内摩擦角, -4x-2-2-32对于不同的土取不同的值。当知道了土的内摩擦角后就可以求出具体的x值。

对于塑性区曲线形状的确定, 我们仍然可以将 (1) 、 (2) 和 (3) 式带入 (5) 式, 并取消假设, 改z为一般的深度, P为一般的荷载, 可以得到用z表示的P的关系式:

这个式子中:

(对于粘性土)

Nc=0 (对于无粘性土)

同样, K0可以按上述讨论确定。

由这个式子可以确定出临塑荷载下塑性区的曲线形状:, 是与K0、内摩擦角φ、荷载p、视角β、β0有关的一条曲线。

5结论

⑴本文推导出了在一定意义下较为精确的各种土类的地基临界荷载, 制作了砂土、粘性土的图表供查用与参考, 提出了一般土考虑侧压力系数的地基临界荷载的公式, 从一定意义上可以看出该公式的优越性。

⑵从本文的推导过程和结论可以看出, 静止侧压力系数对土体是个非常重要的参数, 目前其研究成果还有一定的局限性, 需要进一步的深化研究。

⑶本文推导出了当地基土在竖向允许出现一定塑性区时, 土体横向塑性区的大小, 并提出了考虑静止侧压力系数的地基塑性区边界线的表达式。

参考文献

[1]高大钊袁聚云主编。土质学与土力学-3版。北京:人民交通出版社, 2001.3

[2]现代工程数学手册编委会.现代工程数学手册第一卷.武汉:华中工学院出版.1985

荷载控制系统 第9篇

【关键词】荷载与结构设计原理 教学方法 改进措施

【中图分类号】TU3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0029-01

1.概述

为了适应厚基础、宽口径的人才培养目标，土木工程的新课程体系由如下六大模块组合而成[1]：①结构分析；②荷载与结构设计准则；③结构设计基本原理；④结构工程设计；⑤结构试验与测试；⑥结构工程施工。

其中，第2模块的知识内容，以前散落在有关结构设计课程的教学内容中，缺乏系统性，且重复过多，现已将其整合为一门独立的课程：荷载与结构设计原理。这一课程目前已被国家高校土木工程专业指导委员会采纳，并列为土木工程专业必修基础课程。该课程旨在使学生熟悉工程结构各行业中常见的荷载类型及其特点，掌握结构设计理论和方法，了解规范建立的可靠度理论背景，为今后培养工程结构的设计计算能力和科研创新能力打下必要的基础。

本文主要分析了“荷载与结构设计原理”课程在教学环节中存在的主要问题，并对其进行分析和解决，提出了一些改革措施。

2.存在问题

《荷载与结构设计原理》课程内容大致分为两个部分[2]：荷载分析和结构设计方法分析，其特点为：理论性较强，且较多地用到了数学中数理统计的知识，许多学生感觉课程抽象枯燥，接受起来较困难。笔者在该课程教学和实践过程中，归纳总结了目前存在的一些主要问题，具体如下：

1）学生对各类荷载的作用方式理解不够。

《荷载与结构设计原理》一般安排在第五个学期，此时大部分专业课程尚未接触，学生对各类荷载的工程背景了解不够，以至于往往只停留在对条文和公式的死记硬背上，难于深入理解和掌握荷载的作用方式、计算思路。

2）不同工程中需要考虑的荷载有所不同，同类荷载的计算方法和考虑方式也各有偏重，学生对此缺乏理解。

3）设计方法中，较多地用到了概率论、数理统计、可靠度方面的知识，学生在此方面理论基础不扎實，学到此处常感觉课程抽象、难以理解、无所适从。

3.教学改进措施

笔者认为，教师需针对学生情况理清课程体系和授课重点，有的放矢，刺激学生的学习兴趣，使得教与学能较为融洽地相互配合。针对前述共性问题，以提高教学质量、培养应用型人才为目标，提出以下几个方面的改进措施供参考。

1）理清知识结构，突出课程主线。

在绪论中，首先介绍本课程的课程性质、主要内容、基本特点和学习方法，使得学生充分了解“为什么学”、“学什么”和“怎样学”等基本问题，掌握本课程的学习主线。在以后的课堂讲解过程中，教师还宜不时地强化这条学习主线，并根据学生的实际情况去粗取精、突出重点，从而使学生有明确的学习目标，达到事半功倍的效果[3]。

2）交代工程背景，介绍预备知识。

例如，在讲述厂房中的吊车荷载时，建议先介绍厂房排架的结构组成、荷载类型和传力方式作为预备知识，若有条件时还可带学生进行有吊车的厂房排架结构的实地参观，使得学生对吊车荷载的工程背景、产生原因、荷载传递方式和特点有更清楚的认识，并利用多媒体辅助教学，通过理论与实践的结合刺激其学习兴趣，以便对移动荷载的特点以及竖向、横向、纵向吊车荷载标准值的确定方法有更准确的理解。

不同工程结构需考虑的主要荷载类型也有所不同。例如，建筑结构需考虑楼面活荷载，而桥梁结构则需考虑汽车荷载。这两类荷载都是可变荷载，但是作用方式和特点不同，计算方法也各不相同。建议教师在讲课中适当地补充两类工程结构的结构布置和荷载传递方式。

3）结合工程实例，重视实践应用。

在课程中宜尽可能结合工程实例进行分析，既可将抽象的知识概念具体化，便于学生理解，又可刺激学生的求知欲。课程基本内容结束后，教师还可找一些建筑结构、桥梁结构、水工结构等工程实际案例，指导学生进行结构上各类荷载计算、内力组合和可靠度分析，将课程所学内容融会贯通，并强化学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。

4）详略得当，突出基本思路。

为了给混凝土结构、砌体结构、钢结构等专业课程打好基础，大部分高校将“荷载与结构设计原理”课程安排在第五个学期，此时结构力学中的动力学知识尚未学到。因此，对于地震作用一章，建议可着重介绍相关概念和地震反应谱法的基本理论、思路，具体的公式推导和计算方法可待“结构抗震”课程再做详细讲授。

此外，结构可靠度的计算分析也宜详略得当，建议将数理统计的一些必要概念（随机变量、正态分布、特征值、分位值等）灵活穿插于分析思路中，以图、表、举例等形式较生动地唤起学生对相关数学知识的记忆，并在此基础上讲清可靠度计算的基本理论和实用方法。笔者认为，讲授过程中宜尽量避免长篇累牍地进行数学推导和演算，充分发挥多媒体教学的优势，将抽象的数学理论和概念用较形象生动的图、表或者动画表现出来，激发学生的学习兴趣。

4.结语

笔者多年来从事土木工程专业相关课程的教学工作，对厚基础、宽口径的人才培养目标和本专业的课程体系构成有较深刻的理解。以上是我在讲授《荷载与结构设计原理》这门课程中积累的一些总结和体会，谨供参考，衷心希望能够为提高教学质量、培养具有创新思维能力的综合型人才贡献一份力量。

参考文献：

[1]李国强，陈以一等.土木工程专业结构工程课程体系与教学内容改革总体方案[J].高等建筑教育， 2002，43（2）：53-54.

[2]季静，罗旗帜等.工程荷载与结构设计方法[M].北京：中国建筑工业出版社， 2013.6.

荷载控制系统 第10篇

国内早期建成的桥梁在多年的使用当中可能出现各种病害,如混凝土收缩徐变、混凝土裂缝、钢筋锈蚀等原因导致桥梁的承载能力下降,在对这些桥梁初步安全性评估中特别是外观检测中,明显反映桥梁存在多种安全隐患。如果在静载试验中还按设计使用荷载和荷载效率系数这种方法折算成的试验加载荷载进行试验加载会对桥梁造成较大的损伤,甚至影响到试验人员的安全,因此在这种情况下我们有必要降低试验加载荷载,寻求一个既能保证试验安全又能较好的反映桥梁实际承载能力的试验加载荷载。根据试验的数据试提出一个科学的限定通行荷载,在该限定荷载下,车辆的通行不会造成桥梁损伤以及加重桥梁的病害。

1 文武桥工程简介

文武桥位于佛山市禅城区,该旧桥建于1973年,后来在旧桥边扩建了一座拱桥。文武旧桥连接文河路和南堤,共有两个车道。桥梁全长38 m,净宽12.24 m,其中主拱圈的净距为32 m,设计荷载汽—13,拖—60。该桥已经被限载10 t通行。

2 加载荷载的确定方法

根据《方法》的要求,桥梁的静载试验按荷载效率η来确定试验的最大荷载。静力荷载效率η的计算公式为:

其中,Sstat为试验荷载作用下,检测部位的变形或内力的计算值;S为设计标准荷载作用下,检测部位的变形或内力的计算值;δ为设计取用的动力系数。

荷载效率取值范围为0.8～1.05。

文武桥共有7片拱肋,本次荷载试验选拱顶截面和拱脚截面。试验内容为下面两种工况;工况1:拱顶截面(A截面)处最大正弯矩工况;工况2:拱脚截面(B截面)最大负弯矩工况;载位及荷载效率。文武桥设计荷载为汽—13,拖—60的标准跨径设计,但考虑到有关部门对该桥进行了限载10 t通行的规定和现场检测桥梁的工作性能,初步认定试验加载的车辆吨位应比在设计荷载汽—13,拖—60作用下,按桥梁有限元软件设计出最大弯矩值与之产生等效弯矩汽车的吨位要小。考虑到桥梁和试验人员在加载过程中的安全,以限载10 t为依据进行试验方案设计。经计算,在拱脚工况布置1辆约35 t的试验车,在拱顶工况布置2辆约35 t的试验车,两个工况分别做三级加载。第一级加载检验在10 t作用下的安全性,在确认没有异常的情况下,进行第二、三级加载,根据第二、三级加载的结果,判断是否可以提高限载的吨位。

实际加载车重见表1。在试验荷载作用下,第二级和第三级的荷载效率见表2,表3。

kN

3 限定荷载的确定

挠度量测及结果分析:图1,图2分别是拱脚工况和拱顶工况三级加载跨中实测挠度值与理论挠度值的比较图。从图1,图2可以看出,实测挠度值和理论挠度值很接近。

应变量测及结果分析:图3为应变片布置的位置,图4,图5分别是拱脚工况和拱顶工况第三级加载跨中实测应变值与理论应变值的比较图。从图4,图5可以看出实测挠度值和理论挠度值很接近。

根据本次荷载试验检测得到的结果,可以得到在静力荷载作用下,文武桥的挠度、应变与考虑微弯板加强作用下的理论值相比,各项指标均满足《方法》的要求。其刚度与强度均满足限载10 t的使用要求且有所富余。自然脉动试验所得到的桥梁第一阶竖向振动的固有频率稍小于理论计算值,桥梁实际刚度稍小于设计值。

基于上述结论,必须限载以确保安全,当前限载为10 t太保守下面计算限载推算值

按照弯矩等效的原理,可根据试验结果推算出该桥通行的限载值。推算时取20 t汽车轴距、轴重分布及30 t汽车轴距、轴重分布见图6。在试验荷载、20 t汽车和30 t汽车作用下,桥梁拱脚、跨中和各片梁跨中的弯矩见表4,表5。

根据试验结果,该桥在试验荷载下处在较好的工作状态。从表5可以看出,20 t和30 t的汽车作用于文武桥时,每片梁的弯矩值都小于试验荷载产生的弯矩值。因此,从理论上说,该桥是可以通行20 t甚至30 t汽车的。由于文武桥梁体、支座均被水泥砂浆包裹,掩盖了结构可能产生的病害,不能从外观上对上部结构做出恰当的评价。从安全上考虑,建议该桥限载20 t。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1990.

[2]JTG H11-2004,公路桥涵养护规范[S].

[3]JTJ 021-89,公路桥涵设计通用规范[S].

[4]王涛.桥梁工程检测技术与实例[M].广州:华南理工大学出版社,2007.

[5]吴志勤.桥梁检测技术及其发展趋势概述[J].山西建筑,2007,33(5):278.