midasCivil在橋梁承載能力檢算及荷載試驗(yàn)中的應(yīng)用(以Civil_V2012為例)

1、目錄1 橋梁承載能力檢算評(píng)定 . 21.1 檢算總述 . 21.2 作用及抗力效應(yīng)計(jì)算 . 22 橋梁荷載試驗(yàn) . 72.1 靜載試驗(yàn) . 72.1.1 確定試驗(yàn)荷載 . 72.1.2 試驗(yàn)荷載理論計(jì)算 . 102.1.3 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 . 122.1.4 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定 . 152.2 動(dòng)載試驗(yàn) . 162.2.1 自振特性試驗(yàn) . 162.2.2 行車(chē)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn) . 182.2.2.1 移動(dòng)荷載時(shí)程分析 . 182.2.2.2 動(dòng)力荷載效率 . 292.2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能評(píng)價(jià) . 29參考文獻(xiàn) . 30精選文檔結(jié)合公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程，應(yīng)進(jìn)行橋梁承載能力檢算評(píng)定，

2、判斷 荷載作用檢算結(jié)果是否滿(mǎn)足要求。另外如果作用效應(yīng)與抗力效應(yīng)的比值在 1.0 1.2 之間時(shí)，尚需根據(jù)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行荷載試驗(yàn)評(píng)定承載能力。下面將對(duì) midas civil 在橋梁承載能力檢算評(píng)定及荷載試驗(yàn)中的應(yīng)用詳細(xì)敘述。1 橋梁承載能力檢算評(píng)定1.1 檢算總述進(jìn)行橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定時(shí)需要進(jìn)行（1）橋梁缺損狀況檢查評(píng)定（2）橋 梁材質(zhì)與狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)評(píng)定（3）橋梁承載能力檢算評(píng)定。通過(guò)（1）、（2）及 實(shí)際運(yùn)營(yíng)荷載狀況調(diào)查，確定分項(xiàng)檢算系數(shù)，根據(jù)得到的分項(xiàng)檢算系數(shù)，對(duì)橋梁 承載能力極限狀態(tài)的抗力及正常使用極限狀態(tài)的容許值進(jìn)行修正，然后將計(jì)算作 用效應(yīng)值與修正抗力或容許值作對(duì)比，判斷檢算結(jié)果是否

3、滿(mǎn)足要求。一般來(lái)說(shuō)承 載能力檢算主要包括抗彎、正斜截面抗剪承載力檢算、裂縫寬度檢算、撓度檢算、 穩(wěn)定性驗(yàn)算等。1.2 作用及抗力效應(yīng)計(jì)算為得到檢測(cè)橋梁在荷載作用下的計(jì)算效應(yīng)值，可以通過(guò) midas civil 進(jìn)行計(jì)算分 析得到。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土及鋼筋混凝土等配筋混凝土橋梁，為得到結(jié)構(gòu)抗力效 應(yīng)值，可以結(jié)合 psc 設(shè)計(jì)、rc 設(shè)計(jì)驗(yàn)算得到相應(yīng)抗力值。前處理當(dāng)中需要考慮 自重、二期及其他恒載、預(yù)應(yīng)力荷載、成橋時(shí)候的溫度作用（整體升降溫+梯度 升降溫）、移動(dòng)荷載、支座沉降（根據(jù)實(shí)測(cè)得到的變位定義）等荷載作用；定義 施工階段分析，可設(shè)置包括一次成橋及服役時(shí)間長(zhǎng)度的收縮徐變兩個(gè)階段。計(jì)算 分析完畢后

4、，先進(jìn)行荷載組合：結(jié)果荷載組合，選擇“混凝土設(shè)計(jì)”表單，可 以結(jié)合通用設(shè)計(jì)規(guī)范 d60-04 自動(dòng)生成功能生成荷載組合，組合類(lèi)型按照檢測(cè)評(píng) 定規(guī)程選擇承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗 彎、剪、扭驗(yàn)算及抗裂驗(yàn)算。2精選文檔進(jìn)行 psc 設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)，輸出參數(shù)中可以只選擇抗彎、剪、扭驗(yàn)算及抗裂驗(yàn)算 內(nèi)容；如果不考慮扭矩驗(yàn)算，相應(yīng)選項(xiàng)可不勾選。進(jìn)行 rc 設(shè)計(jì)時(shí)，選擇承載能 力極限狀態(tài)驗(yàn)算，進(jìn)行抗彎、剪、扭驗(yàn)算及裂縫寬度驗(yàn)算。3精選文檔對(duì)于混凝土橋梁，可以結(jié)合規(guī)范檢測(cè)評(píng)定規(guī)程（jtg/t j21-2011）6.4 節(jié)的 規(guī)定確定檢測(cè)位置及內(nèi)容：跨中正彎矩、支點(diǎn)附近剪力、1/4

5、 截面附近彎剪組合 連續(xù)梁墩頂負(fù)彎矩等，選中這些位置處的單元，作為設(shè)計(jì)位置。當(dāng)然也可以將全 橋主梁?jiǎn)卧鳛樵O(shè)計(jì)位置。設(shè)計(jì)驗(yàn)算完畢后，可以在結(jié)果當(dāng)中表格里面通過(guò)表格查找到橋梁作用效應(yīng)值 及抗力值。（1）對(duì)于抗彎、抗剪、抗扭驗(yàn)算，以承載能力極限狀態(tài)抗彎設(shè)計(jì)驗(yàn)算為例， mu 即為考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的作用效應(yīng)值，mn 為橋梁抗彎承載能力。4精選文檔(2)對(duì)于正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算，以正常使用極限狀態(tài)正截面抗剪驗(yàn)算為例， 程序分別輸出截面頂板、底板及四個(gè)角點(diǎn)位置處的正應(yīng)力結(jié)果，然后取其最大值 得到 sig_max，即可作為作用效應(yīng)值， sig_alw 為容許應(yīng)力值，即正截面抗裂抗 力值。(3)對(duì)于裂

6、縫寬度驗(yàn)算，可以在 rc 設(shè)計(jì)驗(yàn)算中輸出，也可以在 psc 設(shè)計(jì)驗(yàn)算中對(duì) b 類(lèi)部分預(yù)應(yīng)力橋梁輸出。以 b 類(lèi)部分預(yù)應(yīng)力橋梁裂縫寬度驗(yàn)算為例，sig_ss 表示受拉鋼筋應(yīng)力，w_tk 是計(jì)算裂縫寬度，w_ac 為允許裂縫寬度。在檢測(cè)評(píng)定 規(guī)范 7.3.4 中裂縫寬度限值表也給出了各類(lèi)別橋梁容許最大裂縫寬度。5精選文檔(4)對(duì)于撓度檢算，在 civil 中不需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以直接在結(jié)果變形當(dāng)中查找 到相應(yīng)荷載組合或工況下的位移，如下圖中承載能力極限狀態(tài)組合 1 下的位移， 提取相應(yīng)檢算位置處的變形，將其與容許變形對(duì)比進(jìn)行檢算。6精選文檔（5）對(duì)于穩(wěn)定性驗(yàn)算，可以通過(guò) civil 進(jìn)行屈曲分析，得

7、出橋梁結(jié)構(gòu)在自重等 靜力荷載作用下的特征值，即安全系數(shù)，安全系數(shù)越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。通過(guò)計(jì)算分析得到作用效應(yīng)值及抗力值后，尚需根據(jù)橋梁缺損狀況檢查評(píng)定 和橋梁材質(zhì)與狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)評(píng)定確定承載能力檢算系數(shù) z1,對(duì)于鋼筋混凝土橋 梁尚需確定承載能力惡化系數(shù)、截面折減系數(shù)、鋼筋截面折減系數(shù)等，通過(guò)規(guī)范 公式 7.3.1、7.3.3-1、7.3.3-2、7.3.3-3 分別進(jìn)行強(qiáng)度、應(yīng)力、變形、裂縫寬 度驗(yàn)算。對(duì)于圬工結(jié)構(gòu)橋梁可以通過(guò) civil 計(jì)算分析得到荷載作用效應(yīng)值，然后將其 與引入承載能力檢算系數(shù) z1 修正的抗力值作對(duì)比，進(jìn)行檢算。對(duì)于鋼橋，可以 通過(guò) civil 計(jì)算分析得到荷載作用下的應(yīng)

8、力及變形，然后將引入承載能力檢算系 數(shù) z1 修正的應(yīng)力變形容許值對(duì)比檢算。對(duì)于拉吊索承載能力檢算，主要是將計(jì) 算拉索應(yīng)力與考慮檢算系數(shù)的容許應(yīng)力限值做對(duì)比。詳細(xì)內(nèi)容可參照公路橋梁 承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程第 7 章內(nèi)容，確定檢算公式及檢算系數(shù)等。2 橋梁荷載試驗(yàn)根據(jù)公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程規(guī)定，如果荷載作用效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力效 應(yīng)的比值在 1.01.2 之間時(shí)，尚需根據(jù)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行荷載試驗(yàn)評(píng)定承載能力。 故本節(jié)主要講解如何結(jié)合 midas civil 及 fea 進(jìn)行荷載試驗(yàn)分析。2.1 靜載試驗(yàn)2.1.1 確定試驗(yàn)荷載首先是確定靜力試驗(yàn)荷載，根據(jù)控制內(nèi)力、應(yīng)力或變位等效原則，選擇滿(mǎn)足靜力荷載試

9、驗(yàn)效率的試驗(yàn)荷載及加載方案。7精選文檔-靜力試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力/ 變形的最大計(jì)算效應(yīng)值；-檢算（控制）荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力、應(yīng)力或變位的最不利 效應(yīng)計(jì)算值；-按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值；驗(yàn)收性荷載試驗(yàn)- ：0.851.05；鑒定性荷載試驗(yàn)- ：0.951.05。對(duì)于加載控制截面，可以參考公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程中表 8-1-3 “不同類(lèi)型橋梁主要加載測(cè)試項(xiàng)目”及公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程中 5.2.2-1/ 2/3/4“各橋型試驗(yàn)荷載工況及控制截面”進(jìn)行選擇確定。s 表示檢算荷載或控 制荷載作用下的計(jì)算效應(yīng)值，此荷載一般取移動(dòng)設(shè)計(jì)荷載，如車(chē)道荷載或者是其

10、 他設(shè)計(jì)荷載。對(duì)于沖擊系數(shù)，如果在 civil 中定義了移動(dòng)荷載分析控制中沖擊系數(shù)，那么計(jì)算結(jié)果中即包含了沖擊效應(yīng)，可以直接用計(jì)算靜載試驗(yàn)效率。以一連續(xù)梁橋?yàn)槔?，跨徑布置?25+35+25，依據(jù)上述規(guī)范條文選擇試驗(yàn)工 況及控制截面如下：（1） 主跨支點(diǎn)位置最大負(fù)彎矩工況，主跨支點(diǎn)截面，圖示 b 截面 （2） 主跨跨中截面最大正彎矩工況，主跨最大彎矩截面，圖示 c 截面 （3） 邊跨主梁最大正彎矩工況，邊跨最大彎矩截面，圖示 a 截面根據(jù)公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程說(shuō)明，靜載試驗(yàn)工況應(yīng)包括中載工況和偏載 工況，故設(shè)置兩個(gè)移動(dòng)荷載工況：偏載和中載。偏載車(chē)道布置依據(jù)通用設(shè)計(jì)規(guī)范 中最不利的布置形式設(shè)置。計(jì)

11、算分析后分別查看兩個(gè)工況 a、b、c 三個(gè)控制截面8精選文檔的計(jì)算效應(yīng)值，此時(shí)如前處理中在移動(dòng)荷載分析控制定義了沖擊系數(shù)，則計(jì)算效 應(yīng)值已經(jīng)包括沖擊效應(yīng)。以 a 截面為例，模型中為 12 號(hào)單元中點(diǎn)位置，查看其 在偏載移動(dòng)工況作用下的最大正彎矩為 5411.1kn*m，此值即為公式中的分母值， 如圖所示。得到檢算控制荷載計(jì)算效應(yīng)值后，可以通過(guò)移動(dòng)荷載結(jié)果影響線(xiàn)梁?jiǎn)卧獌?nèi) 力，輸出 12 號(hào)單元中點(diǎn)在偏載三個(gè)車(chē)道下的彎矩影響線(xiàn)，如下圖偏載 1 車(chē)道下 彎矩影響線(xiàn)，同時(shí)可將影響線(xiàn)數(shù)據(jù)通過(guò)“生成文件”導(dǎo)出為 mct 文件。通過(guò)移動(dòng)荷載結(jié)果移動(dòng)荷載追蹤器梁?jiǎn)卧獌?nèi)力，輸出 12 號(hào)單元中點(diǎn)產(chǎn)生 最大正彎矩

12、時(shí)的移動(dòng)荷載布置情況，如圖所示，并可通過(guò)“輸出最大/最小荷載 文件”將移動(dòng)荷載布置情況輸出為 mct 格式文件，導(dǎo)入 civil 后作為靜力荷載計(jì) 算分析。9精選文檔根據(jù)上述導(dǎo)出的彎矩影響線(xiàn)數(shù)據(jù)、最不利移動(dòng)荷載布置情況，結(jié)合其他輔助 工具（檢測(cè)行業(yè)自編小工具），確定試驗(yàn)車(chē)輛荷載布置在哪些位置時(shí)可以使公式 中 ss 項(xiàng)滿(mǎn)足靜載試驗(yàn)效率的要求。2.1.2 試驗(yàn)荷載理論計(jì)算確定試驗(yàn)荷載加載位置后，即可采用試驗(yàn)車(chē)輛或重物加載試驗(yàn)，關(guān)于如何在 civil 中模擬試驗(yàn)荷載加載，以下述例子進(jìn)行說(shuō)明。首先是對(duì)于單梁模型，試驗(yàn) 車(chē)輛荷載可以采用荷載梁荷載線(xiàn)集中荷載進(jìn)行施加模擬，假設(shè)試驗(yàn)車(chē)輛荷載 為 3 軸重車(chē),

13、軸重與軸距統(tǒng)計(jì)如下表所示：前軸80kn后軸 1130kn后軸 2130kn前后軸間距3.5m后軸間距1.3m如將該試驗(yàn)車(chē)輛加載在最外側(cè)車(chē)道上，如圖所示，選擇集中荷載后，因試驗(yàn) 車(chē)輛荷載加載在最外側(cè)車(chē)道上，所以需要勾選“偏心”，下面選擇“中心”表示 以截面質(zhì)心位置處作為參考位置，“偏心”表示以設(shè)置截面偏心后的位置作為參 考位置；方向選擇局部坐標(biāo)系 y 設(shè)置橫向偏心，通過(guò)距離參考位置（加載區(qū)間確 定的直線(xiàn)）i-端、j-端的偏心距離，確定加載位置，因?yàn)樽钔鈧?cè)車(chē)道中心線(xiàn)距離 車(chē)道單元-4.35m，故此處距離輸入 4.35；然后輸入根據(jù)軸距分配數(shù)值，后軸 2 放在 10 號(hào)節(jié)點(diǎn)，后軸 1 則相對(duì)位置為

14、1.3/5.094，前軸相對(duì)位置為 4.8/5.094， 輸入對(duì)應(yīng)軸重，選擇加載區(qū)間兩點(diǎn)即可完成試驗(yàn)車(chē)輛荷載的輸入。10精選文檔對(duì)于梁格模型，可以參照單梁模型對(duì)縱梁?jiǎn)卧┘恿汉奢d模擬試驗(yàn)車(chē)輛，也 可以在梁格模型上添加一個(gè)虛擬板或者橋面板單元，如果是添加虛擬板，將其容 重設(shè)為 0，厚度設(shè)置較小，此時(shí)主要是方便在梁格模型任意位置處參加平面荷載， 如果建立橋面板單元，按照橋面板實(shí)際厚度建立相應(yīng)板單元。在板單元上施加試 驗(yàn)荷載，首先通過(guò)荷載壓力荷載分配平面荷載定義平面荷載類(lèi)型，假設(shè)在此 板單元上施加兩輛車(chē)組成的試驗(yàn)車(chē)輛荷載（假設(shè)從左側(cè)開(kāi)上橋梁），車(chē)輛軸重、 軸距、車(chē)距統(tǒng)計(jì)如下表：前軸后軸 1后軸 2前

15、后軸間距后軸間距車(chē)距80kn130kn130kn 3.3m 1.3m3m定義車(chē)輛荷載名稱(chēng)，選擇荷載類(lèi)型為集中荷載，定義試驗(yàn)車(chē)輛的荷載的局部 坐標(biāo)，假設(shè)第一輛車(chē)的后軸 2 位于 0 點(diǎn)，根據(jù)軸距及車(chē)距，依次定義其余軸重位 置，完成試驗(yàn)車(chē)輛荷載的定義。完成平面荷載定義后，選擇分配平面荷載，主要 是把之前定義的車(chē)輛平面荷載放在加載位置上，加載位置通過(guò)三點(diǎn)確定：原點(diǎn)、 x 軸上任意點(diǎn)、x-y 平面上任意點(diǎn)。一般可以將平面荷載中第一個(gè)集中荷載放在 加載平面原點(diǎn)位置處，方面平面荷載的定義和分配。11精選文檔如果靜載試驗(yàn)荷載需要進(jìn)行逐級(jí)加載，對(duì)于理論計(jì)算，可以通過(guò)定義施工階 段，將不同階段分級(jí)荷載定義為不同

16、的荷載組，然后在不同施工階段激活模擬。 試驗(yàn)過(guò)程中要以理論計(jì)算結(jié)果作為參考，分析控制各分級(jí)加載過(guò)程。2.1.3 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析根據(jù)公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程（征求意見(jiàn)稿）中 5.3 節(jié)測(cè)試內(nèi)容中說(shuō)明，靜載 試驗(yàn)主要關(guān)注控制截面的應(yīng)力（應(yīng)變）觀(guān)測(cè)、撓度變形測(cè)試、構(gòu)件表面開(kāi)裂狀況、 環(huán)境溫度等，并給出不同橋型的試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容表格。另外 5.5 節(jié)給出了詳細(xì)的應(yīng) 變測(cè)點(diǎn)、變形測(cè)點(diǎn)的布置示意圖，可根據(jù)此規(guī)定選擇相應(yīng)的控制截面應(yīng)變、變形 測(cè)點(diǎn)布置，并在試驗(yàn)過(guò)程中作為記錄和監(jiān)測(cè)。12精選文檔試驗(yàn)完畢后，需要結(jié)合公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程（征求意見(jiàn)稿）進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù) 分析，主要包括對(duì)于試驗(yàn)資料進(jìn)行測(cè)值、溫度影響修正和支座沉

17、降影響的修正； 各測(cè)點(diǎn)變形與應(yīng)變計(jì)算；主要測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形；靜載加載試驗(yàn)主要測(cè)點(diǎn)的校 驗(yàn)系數(shù)；詳見(jiàn)公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程（征求意見(jiàn)稿）5.7 節(jié)。在此主要列出靜載加載試驗(yàn)主要測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)計(jì)算：式中 表示試驗(yàn)荷載作用下量測(cè)的彈性變形（或應(yīng)變）值；表示試驗(yàn)荷載作用下的理論計(jì)算變形（或應(yīng)變）值。與 的比較，可用實(shí)測(cè)的橫截面平均值與設(shè)計(jì)值比較，也可考慮荷載橫向不均勻分布而選用實(shí)測(cè)最大值與考慮橫向增大系數(shù)的計(jì)算值進(jìn)行比較。橫向增大 系數(shù)最好采用實(shí)測(cè)值，如無(wú)實(shí)測(cè)值也可采用理論計(jì)算值，實(shí)測(cè)橫向不均勻增大系數(shù) ，為實(shí)測(cè)變形（或應(yīng)變）的最大值， 為橫向各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形（或應(yīng)變）平均值。對(duì)于 理論計(jì)算值，civi

18、l 計(jì)算可以輸出變形和應(yīng)力值，其中通過(guò)結(jié)果變形中查看相應(yīng)控制截面位置處的變形值（不能輸出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的變 形）；通過(guò)結(jié)果應(yīng)力梁?jiǎn)卧獞?yīng)力查看相應(yīng)控制截面的最大組合應(yīng)力，如果要結(jié) 合測(cè)點(diǎn)布置輸出相應(yīng)位置的應(yīng)力情況，可以通過(guò)結(jié)果詳細(xì)梁?jiǎn)卧?xì)部分析輸出 截面上任意點(diǎn)的應(yīng)力情況，默認(rèn)輸出的是 1-10 個(gè)應(yīng)力點(diǎn)，可以結(jié)合規(guī)范測(cè)點(diǎn)規(guī) 定在前處理截面管理器應(yīng)力點(diǎn)中添加其他應(yīng)力測(cè)點(diǎn)為附加應(yīng)力點(diǎn)，然后提取結(jié) 果。對(duì)于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的計(jì)算應(yīng)力，可以通過(guò)胡克定律計(jì)算得到相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變，然 后與實(shí)測(cè)應(yīng)變值進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)。13精選文檔對(duì)于復(fù)雜或者重要的橋梁，如果想要在各測(cè)點(diǎn)位置處直接進(jìn)行變形和應(yīng)變對(duì) 比校驗(yàn)，可以通過(guò) midas

19、fea 進(jìn)行三維實(shí)體計(jì)算分析，可以計(jì)算得到各測(cè)點(diǎn)位置 處的變形和應(yīng)變值，并分別計(jì)算每個(gè)測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)。截面測(cè)點(diǎn)布置圖注：（1）“”表示應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，“”表示撓度測(cè)點(diǎn)，fea各測(cè)點(diǎn)撓度變形計(jì)算結(jié)果，可以通過(guò)查詢(xún)結(jié)果并進(jìn)行標(biāo)記，如下圖示。偏載工況邊跨最大正彎矩（a 截面）橫斷面理論撓度圖fea各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變計(jì)算結(jié)果，可以通過(guò)查詢(xún)結(jié)果并進(jìn)行標(biāo)記，如下圖示。14精選文檔偏載工況邊跨最大正彎矩（a 截面）橫斷面理論應(yīng)變圖計(jì)算完校驗(yàn)系數(shù)后，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，需要保證 滿(mǎn)足一定的要求式中 、 值可參考表 5.7.1 所列值。當(dāng) ，表明結(jié)構(gòu)彈性工作效率偏低，需要重新檢查結(jié)構(gòu)的尺寸、材料性能、靜力計(jì)算圖式、試驗(yàn)荷載效率

20、、荷 載稱(chēng)量和量測(cè)儀器的正常工作等，排除原因后再試驗(yàn)一次，以保證試驗(yàn)結(jié)果的可 靠性。另外對(duì)于量測(cè)的殘余變形值（ ）與量測(cè)的總變形（ ）的比值也要滿(mǎn)足一 定的要求，否則需要重復(fù)試驗(yàn)。除上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理外，尚需進(jìn)行試驗(yàn)曲線(xiàn)繪制，包括主要測(cè)點(diǎn)位置實(shí)測(cè)變 形（或應(yīng)變）與相應(yīng)的理論計(jì)算值關(guān)系曲線(xiàn)，各加載工況下主要控制點(diǎn)的變形（或 應(yīng)變）與荷載的關(guān)系曲線(xiàn)，各加載工況下控制截面應(yīng)變（或撓度）分布圖、沿縱 橋向撓度分布圖、截面應(yīng)變沿高度分布圖等，通過(guò)上述曲線(xiàn)對(duì)試驗(yàn)截面進(jìn)行評(píng)價(jià)， 找出異常點(diǎn)、判斷結(jié)構(gòu)是否處于彈性狀態(tài)、判斷應(yīng)變分布是否符合平截面假定等。另外要進(jìn)行受力裂縫的描述，對(duì)于試驗(yàn)加載前后的裂縫情況進(jìn)行描述

21、，關(guān)注 各加載階段的裂縫長(zhǎng)度和寬度的發(fā)展。2.1.4 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定（1）結(jié)構(gòu)工作狀況評(píng)定15精選文檔校驗(yàn)系數(shù)應(yīng)力（應(yīng)變）校驗(yàn)系數(shù)及變形校驗(yàn)系數(shù)，應(yīng)該不大于 1，且其值 越小結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備越大，并應(yīng)滿(mǎn)足表格 5.7.2-1 相應(yīng)橋梁類(lèi)型要求。實(shí)測(cè)值與理論值的關(guān)系曲線(xiàn)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形（或應(yīng)變）與其理論值成線(xiàn)性關(guān) 系，則說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于良好的線(xiàn)彈性工作狀況。截面應(yīng)變分布狀況實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件主要控制截面應(yīng)變沿高度分布圖應(yīng) 符合平截面假定。殘余變形(應(yīng)變)主要控制測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形（或應(yīng)變）越小，說(shuō)明結(jié)構(gòu) 越接近彈性工作狀況，當(dāng)大于 20%時(shí)，表面橋梁承載能力不滿(mǎn)足要求。（2）裂縫及其擴(kuò)展情況評(píng)定試驗(yàn)荷載作用下

22、新橋裂縫擴(kuò)展寬度不應(yīng)超過(guò)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝 土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（jtg d62-2004）的容許值，并且卸載后其擴(kuò)展寬度應(yīng)閉合到 設(shè)計(jì)規(guī)范容許值的 1/3。試驗(yàn)前后在用橋梁裂縫寬度不超過(guò)表格 5.7.2-2 規(guī)定的各橋型允許值。 2.2 動(dòng)載試驗(yàn)橋梁動(dòng)載試驗(yàn)包括結(jié)構(gòu)自振特性試驗(yàn)、行車(chē)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)及振動(dòng)法測(cè)試索力 試驗(yàn)；測(cè)試參數(shù)主要包括自振頻率、振型、阻尼比、沖擊系數(shù)和索力。2.2.1 自振特性試驗(yàn)自振特性理論計(jì)算可以通過(guò) midas civil 及 midas fea 進(jìn)行特征值分析得到， 主要要將自重轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，定義特征值分析控制，即可計(jì)算得到振型、周期、頻 率、振型參與向量等。在 ci

23、vil 中將自重轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，通過(guò)結(jié)構(gòu)類(lèi)型中將自重轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，如果要 將其他恒載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量參與特征值分析計(jì)算，可以通過(guò)荷載結(jié)構(gòu)荷載/質(zhì)量荷 載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量實(shí)現(xiàn)；特征值分析控制主要定義特征值分析的方法，一般可以選擇 特征值向量中子空間迭代或 lanczos 任一均可。16精選文檔fea 中特征值分析，在分析控制中定義結(jié)構(gòu)質(zhì)量，添加修改分析工況時(shí)指定 分析類(lèi)型為特征值分析，然后在右側(cè)分析控制中選擇任一計(jì)算方法及計(jì)算振型數(shù) 量，特征值計(jì)算分析結(jié)果如下圖示。17精選文檔2.2.2 行車(chē)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)行車(chē)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容主要包括動(dòng)撓度、動(dòng)應(yīng)變、振動(dòng)加速度或速度、 沖擊系數(shù)等，測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置可參照【公路

24、橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程設(shè)置，保證能 滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理的要求。對(duì)于無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)，可采用 midas civil 及 fea 進(jìn)行理論分析計(jì)算，通過(guò)時(shí)程分析中的動(dòng)力節(jié)點(diǎn)荷載模擬行車(chē)效應(yīng)， 詳細(xì)過(guò)程如下所示。2.2.2.1 移動(dòng)荷載時(shí)程分析時(shí)程分析(time history analysis)是通過(guò)動(dòng)力方程式對(duì)受動(dòng)力荷載作用的的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行求解的過(guò)程，即根據(jù)結(jié)構(gòu)本身的特性和所受的荷載來(lái)分析其在任意時(shí)刻結(jié) 構(gòu)的反應(yīng)，如位移、內(nèi)力等。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的移動(dòng)荷載進(jìn)行時(shí)程分析，其具體步 驟如下。1. 建立結(jié)構(gòu)模型2. 輸入質(zhì)量數(shù)據(jù)3. 輸入特征值分析數(shù)據(jù)4. 進(jìn)行特征值分析5. 分析特征值分析結(jié)果6.

25、輸入時(shí)程分析數(shù)據(jù)7. 進(jìn)行時(shí)程分析8. 查看時(shí)程分析結(jié)果18精選文檔（1）建立結(jié)構(gòu)模型例題如圖 1 所示，為一 30m 跨的單跨橋梁，所施加的車(chē)輛荷載可將其理想 化為如圖 2 所示的三角形荷載。模型的尺寸和荷載等數(shù)據(jù)如下：0.4 mv tp=1 kn , v=80 km/hr1 mzx600.5 m=30 m圖 1. 例題模型截面采用梁?jiǎn)卧７治?，c30 混凝土，彈性模量 : e=3.0303x104 mpa，截面 慣性矩 3333333 cm4 ，截面如上圖示。由于車(chē)輛荷載作用在節(jié)點(diǎn)時(shí)是個(gè)瞬間作用后隨即消失的一種沖擊荷載，所以 在這里將其近似地模擬為最大值為 1kn 的三角形荷載，其中時(shí)間

26、 t1 和 t2 間的時(shí) 間差由車(chē)輛的速度和所建模型的節(jié)點(diǎn)間距來(lái)決定。force1 knt t time(sec)1 2圖 2. 將車(chē)輛荷載近似模擬為三角形荷載設(shè)車(chē)速為 80 km/hr，所以 t1=單元長(zhǎng)度/車(chē)速=0.5 m/(80 km/hr)=0.0225 sec t2= t1x 2 =0.045 sec。（2）輸入質(zhì)量數(shù)據(jù)振型疊加法是根據(jù)特征值分析的結(jié)果來(lái)進(jìn)行的，所以需要輸入特征值分析所 需的質(zhì)量數(shù)據(jù)，將自重通過(guò)結(jié)構(gòu)類(lèi)型將自重轉(zhuǎn)化為質(zhì)量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量數(shù)據(jù)，對(duì)此 模型進(jìn)行特性值分析時(shí)只考慮豎直方向，所以選擇“轉(zhuǎn)換到 z”，其他參數(shù)如圖 示。如果考慮二期恒載的質(zhì)量，可使用“模型將荷載轉(zhuǎn)換成質(zhì)量

27、”的功能將荷 載轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)質(zhì)量。19精選文檔圖 3. 結(jié)構(gòu)類(lèi)型對(duì)話(huà)框（3）輸入特征值分析數(shù)據(jù)在主菜單選擇分析 特征值分析控制，按圖 4 所示輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)。分析類(lèi) 型選擇特征值向量中的子空間迭代或 lanczos 均可。在特征值分析控制對(duì)話(huà)框中 輸入振型數(shù)量，增加頻率數(shù)量可以提高結(jié)果的精確性，但所需的分析時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)， 而且高階模態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)的影響不是很大，所以我們對(duì)這個(gè)模型考慮到第 8 個(gè)模態(tài)，之后查看其振型質(zhì)量參與系數(shù)，查看選取振型數(shù)量是否足夠。圖 4. 特征值分析控制對(duì)話(huà)框（4）進(jìn)行特征值分析時(shí)程分析中所輸入的分析時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)分析結(jié)果影響很大，一般將分析時(shí)間步 長(zhǎng)設(shè)為最高階振型周期的 1

28、/10 比較合適。因此，盡管時(shí)程分析與特征值分析可 以同時(shí)進(jìn)行，但為了查看最高階振型的周期和振型參與系數(shù)，這里先進(jìn)行特征值 分析。（5）查看特征值分析結(jié)果20精選文檔根據(jù)特征值分析結(jié)果，模態(tài) 8 的自振周期為 0.009714 秒，查看自振周期和 振型參與質(zhì)量到模態(tài) 8 為止的振型參與質(zhì)量的合計(jì)為 96.42%，因此我們可以判 斷對(duì)于豎直方向的反應(yīng)，所參與的質(zhì)量已經(jīng)足夠可以獲得結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的主要特 征了。故可近似地將分析時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為 ( t) = 0.001 秒 t/10 = 0.00097。圖 6. 自振周期和振型參與質(zhì)量（6）輸入時(shí)程分析數(shù)據(jù)首先在荷載時(shí)程分析數(shù)據(jù)時(shí)程荷載函數(shù)中定義動(dòng)力荷載

29、；然后在時(shí)程荷 載工況中輸入分析時(shí)間總長(zhǎng)、分析時(shí)間步長(zhǎng)、阻尼比等數(shù)據(jù)；最后在節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷 載中考慮車(chē)速來(lái)輸入所定義的時(shí)程荷載函數(shù)和時(shí)程荷載工況到達(dá)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的時(shí) 間(arrival time)。定義時(shí)程荷載函數(shù):荷載 時(shí)程分析數(shù)據(jù) 時(shí)程荷載函數(shù)，點(diǎn)擊添加時(shí)程 函數(shù)，考慮模型中節(jié)點(diǎn)的間距和車(chē)速來(lái)輸入 1kn 大小的車(chē)輛荷載。若想定義成 實(shí)際車(chē)輛荷載的大小，在定義節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載時(shí)，調(diào)整其中的系數(shù)即可。21精選文檔圖 8. 添加時(shí)程函數(shù)對(duì)話(huà)框定義時(shí)程荷載工況：荷載 時(shí)程荷載數(shù)據(jù) 時(shí)程荷載工況分析時(shí)間總長(zhǎng)：輸入總的分析時(shí)間。例題中車(chē)輛以 80km/hr 的時(shí)速通過(guò) 30m 跨徑的橋梁需要 1.35 秒，但為

30、了了解車(chē)輛通過(guò)后結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效應(yīng)，在分析時(shí)間 總長(zhǎng) 欄中如圖 9 所示輸入8秒。分析時(shí)間步長(zhǎng)：時(shí)程分析的分析時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)結(jié)果的精確度影響很大。分析時(shí) 間步長(zhǎng)的大小與結(jié)構(gòu)的高階模態(tài)的周期和荷載的周期有密切的關(guān)系。車(chē)輛荷載作 為一種沖擊荷載，它的周期很難確定，因此我們?cè)谶@里如前所述考慮結(jié)構(gòu)的高階 模態(tài)的周期來(lái)決定分析時(shí)間步長(zhǎng)，輸入0.001 秒。22精選文檔輸出時(shí)間步長(zhǎng)：確定時(shí)程分析結(jié)果的輸出步驟數(shù)，輸入1的話(huà)將輸出所有 步驟的計(jì)算結(jié)果。時(shí)程類(lèi)型 ：瞬態(tài)-時(shí)程荷載函數(shù)不反復(fù)作用；周期-時(shí)程荷載函數(shù)反復(fù)作用， 本例中選擇瞬態(tài)。振型的阻尼比：所有振型的阻尼比 : 輸入對(duì)所有振型使用的阻尼比?；炷?土結(jié)構(gòu)的

31、阻尼比為 0.050.10，故這里取 0.05 作為此結(jié)構(gòu)的阻尼比。各振型阻尼比 : 各振型的阻尼比不同時(shí)，可分別輸入不同的阻尼比。 定義節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載：荷載 時(shí)程分析數(shù)據(jù) 節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載，考慮車(chē)輛時(shí)程荷載到達(dá)各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，如圖 10 所示定義節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載。函數(shù)名稱(chēng)方向: 在函數(shù)名稱(chēng) 中選擇定義的時(shí)程荷載函數(shù) : 選擇荷載作用的方向 (整體坐標(biāo)系)到達(dá)時(shí)間 : 時(shí)程荷載作用于相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間設(shè)定車(chē)輛荷載的作用從節(jié)點(diǎn) 2 開(kāi)始。如圖 10 所示，選擇節(jié)點(diǎn) 2，在到達(dá)時(shí) 間欄輸入0秒，點(diǎn)擊 。節(jié)點(diǎn)間距為 0.5m，車(chē)速為 80km/hr，所以對(duì)于節(jié)點(diǎn) 3 輸 入0.0225秒。注：被作用節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載 的

32、節(jié)點(diǎn)，若同時(shí)在加載方向上被約束了的話(huà)，程序會(huì)出現(xiàn)錯(cuò) 誤。因此這里對(duì)兩端 z 方向被約束的節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn) 1、節(jié)點(diǎn) 61)不輸入節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載。系數(shù): 定義的時(shí)程荷載函數(shù)的作用方向?yàn)橹亓Ψ较蛳嗤?，所以輸入?fù)值，假設(shè)荷載為-250kn，因?yàn)榍懊鏁r(shí)程函數(shù)定義的是集中力 1kn，所以此處應(yīng)填 入-250。 （沖擊荷載大小的確定？）圖 10. 輸入節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載23精選文檔對(duì)于所有節(jié)點(diǎn)都需根據(jù)不同的到達(dá)時(shí)間反復(fù)輸入節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載，非常繁瑣。 此時(shí)可以先對(duì)某個(gè)節(jié)點(diǎn)輸入節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載后，利用節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載表格和 excel 表 格的互換功能，比較方便地輸入剩余節(jié)點(diǎn)的動(dòng)力荷載。利用表格輸入節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載 的方法如下。1. 在

33、主菜單選擇 荷載 荷載表格 節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載2. 將如圖11所示的已輸入的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容復(fù)制到 excel表格中3. 如圖12所示，在excel表格中考慮節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的到達(dá)時(shí)間來(lái)生成節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載數(shù)據(jù) 4. 將excel表格中的結(jié)果復(fù)制到節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載表格 中(圖13)圖 11. 節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載表格（7）運(yùn)行時(shí)程分析所有數(shù)據(jù)輸入完畢后，運(yùn)行分析。（8）查看時(shí)程分析結(jié)果利用結(jié)果變形、內(nèi)力、應(yīng)力可以輸出分析時(shí)間內(nèi)結(jié)果的最大、最小值和包絡(luò)結(jié)果。圖 15. 時(shí)程荷載工況下變形形狀24精選文檔時(shí)程荷載工況下彎矩包絡(luò)圖時(shí)程荷載工況下應(yīng)力包絡(luò)圖查看各個(gè)時(shí)刻的結(jié)構(gòu)的反應(yīng)時(shí)，可利用結(jié)果 時(shí)程分析結(jié)果功能，時(shí)程分析結(jié)果包括位

34、移(速度、加速度)、內(nèi)力和應(yīng)力。另外程序也支持以時(shí)程圖形和文本的形式輸出結(jié)果。25精選文檔選擇結(jié)果 時(shí)程分析結(jié)果 時(shí)程圖表，在定義函數(shù) 選擇欄選擇位移或梁?jiǎn)卧獌?nèi)力/ 應(yīng)力，然后添加新的函數(shù)，輸入結(jié)果函數(shù)內(nèi)容。圖 17. 時(shí)程圖形對(duì)話(huà)框所示輸入各項(xiàng)參數(shù)，以輸出跨中（節(jié)點(diǎn) 31、單元 31）的位移和彎矩圖形。26精選文檔圖 18. 指定輸出內(nèi)容和輸出的位置圖 19 和圖 20 分別為位移和彎矩的時(shí)程分析圖形。由于分析時(shí)間總長(zhǎng)設(shè)為了 8 秒(圖 9)，所以盡管車(chē)輛已經(jīng)通過(guò)了橋梁，但結(jié)構(gòu)仍然存在動(dòng)力反應(yīng)。圖 20. 跨中的彎矩時(shí)程曲線(xiàn)圖 19. 跨中的位移時(shí)程曲線(xiàn)車(chē)速對(duì)動(dòng)力反應(yīng)的影響下圖是按照不同的車(chē)

35、速(10、80、120km/hr)分別建模進(jìn)行分析后，顯示的位移變化圖形。車(chē)速不同則車(chē)輛荷載作用在各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間會(huì)發(fā)生變化，因此需要在時(shí)程荷載函數(shù)對(duì)話(huà)框(圖 8)中修改時(shí)間間距，并在時(shí)程荷載工況對(duì)話(huà)框(圖 9)中修改分析時(shí)間總長(zhǎng)。另外在節(jié)點(diǎn) 動(dòng)力荷載中還需根據(jù)車(chē)速調(diào)整到達(dá)時(shí)間。根據(jù)分析結(jié)果，車(chē)速為 10km/hr 時(shí)跨中的最大位移為 5.612mm，與靜力分析的結(jié)果 5.586mm 很接近，但隨著車(chē)速增加，動(dòng)力反應(yīng)逐漸明顯，最大位移也逐漸加大了。(a) 車(chē)速為 10km/hr 時(shí)的位移變化 車(chē)速 最大位移 通過(guò)橋梁時(shí)間: 10 km/hr: 5.612 mm: 10.80 sec27 最大位移發(fā)生時(shí)間 : 5.124 sec精選文檔(b) 車(chē)速為 80km/hr 時(shí)的位移變化 車(chē)速 最大位移 通過(guò)橋梁時(shí)間: 80 km/hr: 6.013 mm: 1.35 sec 最大位移發(fā)生時(shí)間 : 0.498 sec(c) 車(chē)速為 120km/hr 時(shí)的位移變化 車(chē)速 最大位移 通過(guò)橋梁時(shí)