桥梁荷载试验方案布置与优化过程

桥梁荷载试验方案布置与优化过程大跨长联连续刚构桥

静力荷载试验方案设计与优化交流提纲

模型建立

内力计算

初步设计

方案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。第一部分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化模型建立（110+3×200+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—Ⅰ级。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。模型建立第二部分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化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。内力计算主梁正对称竖弯（f1=0.774583Hz）内力计算内力计算第三部分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化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。初步设计初步设计第四部分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化方案优化以右边跨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。方案优宋化从初步集载位亮布置获图可看仓出，艺中跨雷跨中M+max（A-A截面）烤与6#墩顶附察近M-mi豆n（B-B截面捞）2个加载架工况的述加载车载位布置较菠为接近，同酱时，酱结合由截面叔影响益线图形惕的互愉补性，即浑正负米弯矩鲁影响德线曲剖线变叠化趋很势恰思好相疲反，沟可以迟将A-A与B-右B截面2个加载图工况优配化为1个工况灿。方案优葡化以右身边跨M+ma仰x（E-敞E截面）为扑例，年通过裹适当俊调整据加载贿车载横位，海将加果载车螺在纵艇桥向腥上以控制截叔面为对称款轴进行建布置救，即减将控惹制截颠面留鲜出一公定距严离的“空载唱段”，而不悦是将加句载车直绸接加载掏在控制伙截面上沿。方案名优化方案优田化工况数量控制

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结语若只根屋据内力俭影响线祖进行加贴载布置图，虽然袜内力的蹦加载效里率能够卷满足要惊求，但受是挠度籍往往偏那低，而筐通过考志虑内力桂并兼借顾挠只度的加载深效应，川可以将西同一截覆面的内渣力与挠德度加载脑工况优犁化为1个工小况，诞避免叉了对卸同一夫截面筹的重管复加剂载。结语根据强高墩牲大跨歌长联爹连续蝴刚构扯桥结梅构的存受力礼特点输，并壮结合陆截面影响线尖图形的普互补性，即太正负挪弯矩教影响泽线曲宜线变瞒化趋枕势恰号好相继反，启可以梯将中漠跨跨沿中最来大正覆弯矩膛与墩两顶附远近主桑梁最呼大负赌弯矩2个加仍载工毅况优债化为1个工荐况。同理，可场以将卸右次球边跨L/4附近厘弯矩征与右当次边很跨跨筑中最蜡大正芳弯矩2个加载身工况优自化为1个工高况。结语这样誓将全砖桥原栋来5个大工伪况、8个小宾工况闸最终室优化导为3个工涨况，嫁优化怕后的污试验纽奉方案池不仅扰可以自保证爷各控龙制截处面的定加载坑效率螺均达走到规婚范要虏求，撑极大匙地提叔高了妙加载辩车的纵加载乖效应潜，缩短了试粒验过逐程的耗时，而且知避免了秆加载车惹在同一盟（相近弓）位置蹈的重复叉加载，井此外，加载狐车辆较之日优化四前有脉所减少，具有督一定的插经济效割益。结语通过适挺当调整域加载车肠载位，缩慧将加载犯车在纵否桥向上井以控制进截面为虹对称轴屯进行布拾置，将触控制截阅面留出腹一定距蛋离的“拥空载段肥”，而系不是将娘加载车绞直接加直载在控短制截面法上，避梅免了加啊载车直阅接加载出在控制惊截面上寨形成内园力突变狠，使得衔内力在毫控制截藏面的一穴定范围讲内为一鬼“恒定廉值”，减少了现场纳测点布纱置偏差勇造成的眨数据采誓集误差，提高了试殿验结棵果的准确解性与可靠谜性。多跨矮誓塔斜拉姓桥静力赶荷载辣试验行方案设计与优化交流提工纲

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化引言矮塔斜是拉桥又鹅称为部贼分斜拉静桥，是姥近几十吃年发展旬起来的朵介于连默续刚构斧桥与普公通斜拉糊桥之间率的一种亏新桥型盆，具有塔矮、梁高、刚度孝大等特点跪。就矮塔速斜拉桥辱这一新兴观桥型而言床，进姓行成刊桥静腊力荷深载试字验不仅是为检涝验桥随梁结事构的走整体舌受力郑性能白，掌往握结军构的惹实际沉工作窄状态芳，评役估桥谊梁施伍工质裹量与放实际声承载器能力括，为久桥梁销交（雪竣）锈工验月收提逆供重么要依茧据，也是为桥梁看的健康制监测提弱供完整盲的初始岭状态信估息，为匀同类型间桥梁结趴构的受简力特性尼的研究惠及设计剩计算积刑累实桥嫌试验资堂料。引言为减少桥梁向荷载纪试验耗时及中断鹅交通时盗间等，糊以一座沉四塔五拢跨单索狡面预应衰力混凝丧土矮塔娱斜拉桥川为例，损结合多月跨矮塔姿斜拉桥毒结构的受力词特点及控制遇截面影响公线的烘特点，通饮过考丝式虑内贺力兼僵顾挠迫度的兰加载棒效应陶，截面建影响议线的某图形梳相似失性及愁互补颗性，并反适当摇调整脂加载致车载卡位，驼将加袖载车商在顺查桥向挑以控畜制截异面为蔬对称之轴进被行布塌置，勺对桥议梁静谷力荷快载试折验工蓝况进母行了收优化亮。优化赏后将味全桥9个荷下载试碗验工古况仅通过3次加缝载即可快全部坏实现阶，各亿控制续截面幸的加亩载效块率均泼能够雄满足《试验规虾程》要求，版可为同扛类型桥默梁的荷院载试验珍提供参代考。第一康部分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化模型聚建立（12洲8+耀3×紧21宅0+亩12革8）m四塔合五跨铅单索隙面预变应力具混凝秆土矮强塔斜页拉桥晶，采奔用墩痛塔梁对固结轻刚构项体系酱。主梁萄为变塔高度戚斜腹懒板单佛箱三杀室宽迁幅脊宇梁，呈索塔黎为独报柱式凭钢筋但混凝顺土结烛构，港截面悬为八们边形所，每禽个索扒塔设仅置16对斜拉滋索，全烟桥共计12而8根。设计泉荷载唯为公申路—I级（双羽向6车道俗），母人群输荷载萄为2.5诱kN元/m2。模型闲建立在建忠模前俊，应幅首先乘需要配根据淹分析胳的目伍的来住选择静相应陕的单培元以腥及模催型的扁简化想原则努，并嫩应事涨先划珠分好施工阶隔段、结构组、荷载组以及一绣些必要么的计情算（如棉一期葬、二收期恒飞载）圈等。一般地拥，在模竿型完全纽奉建立后葵，可选铺择“消拿隐”功洒能以显示边与校省验所建炕立的给有限拿元模吃型是懒否与兔实际发结构粥一致纹；还络可以坚按照事不同我材料徒、截你面等云信息醒选择袖不同霞的颜牢色显扛示，指使得子桥梁毁整体缓的有消限元搁模型按更加清晰祥、明坛了。模型建壮立全桥共童划分851个节点嘴、782个单浑元（掘含12叶8个桁傲架单哑元与65岗4个梁单姨元）。第二部添分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化内力浮计算结构自冈重由程条序自动似考虑，齿箱梁横墨隔板与映齿板不静考虑刚洲度贡献扣仅考虑崖质量影刘响，用丢集中力两输入，妇二期恒拆载（铺槐装、栏队杆等）垮用均布星荷载考给虑，汽警车荷载桐的冲击报系数通笔过输入划基频来轰考虑。根据图兴示的计肢算结果耗并结合《试验规岛程》要求汽，同厅时考测虑需茄要避开实际勉桥梁胞结构换中局部加推劲（如员横隔闯板等衰）位团置及兴测点闷布置散的易操作李性与合理找性，最终拍选取了灾如图示言的6个截懂面作为慨此次累静力较荷载械试验礼的控慌制截仅面。内力计浸算测点帮布置第三部显分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化初步设忙计静力德荷载施试验挂的加搬载车狗拟选看取总坐重为350却kN的车辆诊，前轴习为70耐kN，中后的轴均为14匠0k溜N，前中墨轴距为3.扩5滑m，中后拘轴距为1.5醋m，加功载车馆荷载狮采用尝集中俯力等歌效模辉拟。根据各很控制截满面的内剂力影响剑线采用坚动态规波划加载备法对全肺桥9个工况（即A-报A、C-伴C、D-D控制迁截面恢的弯耕矩与国挠度臣工况扁；B-B、E-桐E控制截抓面的弯绍矩工况蛙；F-蓄F控制冻截面容的位寨移工呜况）伴进行岔加载鄙车初摸步布涉置。初步设俯计加载车肌纵向最浇小间距袋为7m，横向窜每排布紫置4列。图3方案优买化工况

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初步设煎计各控尿制截天面的够内力械加载和效率鸡（=0袜.9暖5~犯0.经96）满足《试验规颈程》要求塌，但虑是相竭应截碑面的挠度加精载效率中却较低（=0.促48~垫0.5挥2），初胃步载位却布置不能很好务地反既映出唤试验返荷载用作用邻下桥稿梁整脆体的刚度变秤化；车辆使布置悟不尽建合理，如E-粒E截面，蝴加载车制载位距宋离相距绘甚远，芦不利于亿现场加要载控制撑，而且叠每次加屋载只能咸够满足岩一个试剂验工况鲁，加载跳车利用亡率较低虏，耗时地费力，波需进行泊优化。第四股部分

模型建立

内力计算

初步设计

方案优化方案仰优化对于涝多跨细矮塔故斜拉膀桥而度言，婆由于鼓结构皆自身护特点跟（跨度大、结构柔）的予原因递，设戒计荷垦载作读用下深主梁纲的竖彼向挠付度会垄比较蹄大。对该类具结构进促行静力赴荷载试查验时，硬如果仅未按照初袋步加载压方案来垒布置试浩验荷载督，挠度荷王载效率迁往往会渐偏小。挠度阳是反登映桥纸梁结胆构整冷体刚司度的链重要档指标底，因烧此应考虑内培力并兼惑顾挠度画的加载刘效应。方案来优化以右品边跨M+max（A-A截面鲁）为胀例，随将同县一截痒面的报内力节与挠偿度加释载工宿况优劝化为1个工况衡，优化究后的加辆载车载渔位布置傅。方案优傍化从初步悟载位庭布置剧图可看鼓出，3号索塔盆底附近检最大正相弯矩E-寨E截面剥与3号索塔星顶端最同大纵向惨位移F-婚F截面2个加杀载工角况的加载壶车载版位布敲置较衡为接允近，且协影响长线曲随线变化另趋势龟基本鄙一致，可将E-待E截面恒与F-扒F截面2个加载咬工况优食化为1个工续况。方案须优化根据多巾跨矮塔将斜拉桥予结构的肌受力特阁点，并羽结合截谊面影响众线的图形察互补凳性，即班正负区弯矩唯影响箱线曲箩线变皂化趋洞势恰独好相树反，茂可将3号墩墩球顶附近候主梁最戴大负弯经矩B-宣B截面与峡次边跨魔跨中最春大正弯毙矩C-C截面2个加载织工况优镇化为1个工况查。图6方案优牙化由图3与图6对比可森发现，泻为了兼贯顾B-怀B截面犯达到做加载行效率倦，C-C截面的徐加载车疮总数有穿所增加纺，截面马荷载效支率看似惯超限（＞1.耗05），但再值得注棍意的是戚，增加此的加载雷车刚好驰布置在C-C截面的蹄影响线负值免区域，很耐好地刚起到灾了“亏降低忌”该盖截面珍加载边效应浸的作慰用。按照图6所示的摆加载车苗载位布肾置进行的理论加和载时，E-葱E与F-倚F截面线的荷开载效伞率已亭达到0.8按6，故只烦需对图6的加上载布焰置稍作调扫整，便扛可在坊一个掀工况独里同旨时满房诚足B-B、C-送C、E-E与F-藏F共计4个控制贤截面圣的试货验需笨求。方案家优化为了保筛障加载违过程中超的安全饼，只需邻适当调整加载车芝的加载先后拐顺序，即拣先加滚载影屯响线纵负值敢位置未，再妨加载煎影响勺线正站值位浇置（径图中厉先加险载①~⑧车，如再加祸载⑨~32车）基。方案万优化通过世上述二次惜优化后将全砖桥原来9个工浅况最丝式终优望化为3个工况宋。优化后钻的方案不仅可以保休证各控位制截面妨的加载刑效率均殖达到《试验贤规程》要求，挨极大地局提高加饥载车的究加载效灾应，缩巨短了试接验过程兽的耗时把，而且可以驶避免崭加载枪过程储中局咳部截言面的晃内力尸与应饼力超冶出设拌计限苍值，霉有效谅地防伪止了哀荷载尿试验般给桥邻梁结沈构可肝能造格成的哭损伤闯，保菜障了吴试验薪过程别及结脆构的歇安全批。方案优渠化以中跨器跨中M+max（A-A截面）为例低，通过你适当调誓整加载著车载位纵，将加冷载车在穴纵桥向兽上以控制截哄面为对称耐轴进行布壶置，即锦将控制桑截面留佛出一定临距离的“空硬载段掏”，而不览是将加很载车直慨接加载帐在控制宴截面上惠。方案优逐化工况

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