裸梁静载试验加载控制弯矩确定方法下载

weixin_39821526 2020-10-02 04:30:51

现有方法将加载控制弯矩简单视为未施工前作用裸梁上的恒载(主要为桥面铺装)和设计车辆荷载之和,未考虑桥面铺装的承载能力,致使试验结果不准确。提出了一种基于应变确定裸梁静载试验加载控制弯矩的新方法。基于成桥状态下设计车辆荷载及桥面铺装联合作用下的最大应变,根据其最大应变值通过裸梁截面惯性矩反向计算确定控制弯矩。该方法充分考虑了裸梁至成桥施工及受力过程,在桥梁施工过程中桥面铺装的恒载完全由裸梁承担,成桥后营运过程中部分桥面铺装与梁体协调工作、形成受力整体,共同承担设计车辆荷载。通过工程实例验证,本方法可实现裸梁静载试验控制弯矩的精准化、试验控制的精细化。
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现有方法将加载控制弯矩简单视为未施工前作用裸梁上的恒载(主要为桥面铺装)和设计车辆荷载之和,未考虑桥面铺装的承载能力,致使试验结果不准确。提出了一种基于应变确定裸梁静载试验加载控制弯矩的新方法。基于成桥状态下设计车辆荷载及桥面铺装联合作用下的最大应变,根据其最大应变值通过裸梁截面惯性矩反向计算确定控制弯矩。该方法充分考虑了裸梁至成桥施工及受力过程,在桥梁施工过程中桥面铺装的恒载完全由裸梁承担,成桥后营运过程中部分桥面铺装与梁体协调工作、形成受力整体,共同承担设计车辆荷载。通过工程实例验证,本方法可实现裸梁静载试验控制弯矩的精准化、试验控制的精细化。

利用专门的试验装置进行了24个钢筋混凝土框架梁试验,对梁中拱效应进行了系统研究,得到了不同加载速度下梁中轴力、支座约束弯矩和荷载与挠度关系曲线。试验证明拱效应可显著提高框架梁的极限承载力,试验值与按塑性铰理论计算值比值的平均值为1。94。影响框架梁中拱效应的主要因素是纵向钢筋配筋率、跨高比和支座约束刚度,其中配筋率的影响最显著。快速加载情况下框架梁中拱效应与静载条件下相同,随加载速率提高承载力增加。

为研究钢-混凝土连续组合梁在正常使用阶段的刚度计算方法，对3根反向加载的钢-混凝土简支组合梁和3根2跨连续组合梁进行静载试验。研究结果表明：在负弯矩区采用只由钢筋和钢梁组成的完全开裂截面刚度计算连续组合梁的挠度过于保守，在计算中应充分考虑受拉刚化效应对负弯矩区截面刚度的影响；在考虑滑移效应的折减刚度的基础上采用等效刚度计算正常使用阶段连续组合梁的挠度，可以较大程度地提高挠度计算的精度。

Midas软件指导结构模型设计——大学生结构设计竞赛经验漫谈之二崔苗苗全国大学生结构设计竞赛是国家教育部批准的九个大学生竞赛资助项目之一，大赛旨在培养大学生的创新意识与合作精神，提高大学生的创新设计能力和动手实践能力。大赛自举办以来，得到了全国各大高校相关专业师生的广泛关注。笔者有幸参加了两届校级结构设计竞赛，并代表学校参加了第二届全国大学生结构设计竞赛。作为比赛的参与者，我现将结合自己第二届结构设计大赛中的参赛作品，对在比赛中如何正确使用软件来指导设计这一点的相关认识和经验略作总结，供各位参考。一、结构设计大赛的特点在实际桥梁设计中，应遵循安全、适用、经济、美观的基本原则。作为桥梁模型设计竞赛，则是基于竞赛条件，对这四个准则的体现和灵活运用。安全，即要求桥梁模型能承受足够的小车荷载，包括静载和动载；适用，即要求模型的挠度变形得到控制，包括结构跨中挠度及桥面变形；经济，即要求模型的自重轻，承载能力大，达到较大的"荷重比"；美观，即要求模型造型简洁，受力合理，制作精细。比较而言，对"荷重比"的追求和对结构变形的控制成为决定模型优劣的关键。作为结构竞赛模型，由于所使用材料的原因，其与现实桥梁的最大不同点在于：活载的比重非常大，恒载几乎可以忽略，实桥都有着足够的自重（恒载），而模型设计中几乎无法考虑恒载的作用。正是由于这个差别，导致模型设计与实桥设计之间存在着"大相径庭"之处。这也是在结构设计过程中应重点考虑的方面。二、结构有限元分析概述对静定结构和简单超静定结构，可采用结构力学方法计算分析。由于结构模型一般为超静定结构，采用对模型简化后进行手算的方法，不仅费时，而且计算结果也会存在很大的误差，这就要求我们学会用有限元软件来对结果进行受力分析。桥梁模型结构分析和实际桥梁结构分析的主要内容主要在计算深度上存在一定的差别，计算内容基本相同，主要包括： 1) 内力分析与强度验算：主要是活载作用下结构的内力、位移、反力等的计算，各构件强度的验算。 2) 结构稳定性计算：包括整体稳定和局部稳定；桥梁模型结构分析和实际桥梁结构分析的基本步骤基本相同，大致为： 1) 确定已知条件：一般在结构设计大赛竞赛细则中给出； 2) 建立分析模型：单元编号、节点编号、确定边界条件、单元的材料和几何特性、荷载简化； 3) 选择求解方法：有限单元法； 4) 分析计算：单元的轴力、剪力和弯矩； 5) 演算计算结果（结果不正确修改模型重新设计）：计算结果是否符合常规要求； 6) 计算结果正确判断其是否满足指标要求（不满足修改设计重新计算）：在满载情况下是否超出结构设计大赛竞赛细则中规定的限制； 7) 计算结果满足指标要求，分析计算结果。三、实例分析以下结合自己在第二届结构设计大赛中的参赛作品，来阐述如何正确运用Midas分析结果来指导模型设计。 1. 模型概述：综合考虑本次比赛规定的材料以及加载条件，并结合桥梁专业知识分析，认为空腹式的桁架是各种桥式的首选结构。经过一个月的模型试验，我们最终采用的方案结构体系为两跨简支鱼腹式桁梁桥，为无竖杆的三角形桁架，模型按1005mm＋1005mm等跨布置，全长2010mm，宽200mm。两纵梁中心距为130mm，桥面板自纵梁外缘向外各悬挑30mm，实际通车桥面宽200mm。纵梁采用单箱截面，梁高10mm,箱宽9mm；横梁也采用单箱截面，不等间距布置，梁高10mm，宽9mm；腹杆为不等节间布置，截面采用6mm×10mm矩形空心管；下弦杆采用纸带，尺寸高1.2mm，宽8mm；下弦跨中横联采用正三角形截面，边长为8mm；桥面采用经厚薄处理的整块纸张连续铺设。图1～2分别为最终设计的立面、平面及各杆件截面示意图。图1 立面布置示意（不包括桥面和局部加劲构造单位：mm）图2 平面布置示意（不包括桥面和局部加劲构造单位：mm） 2. 模型简化由于计算机模拟分析纸质桥梁模型的局限性，我们对计算模型进行了下列简化和假定： 1. 采用空间梁单元模拟桁架结构； 2. 车轮荷载按横向线集度荷载在两片主桁间进行分配，等效为作用在纵梁上的集中荷载； 3. 不考虑桥面板参与受力； 4. 忽略桥面及桥面系局部加劲构造的作用； 5. 两跨受力模式一样，仅取一跨进行计算分析。应该承认，上述简化和假定会带来一定的计算误差。考虑到理论分析用于纸质模型的指导性作用，这样的简化和假定是可以接受的。 3. 荷载简化采用简化计算模型，考虑将小车荷载转化为加载在左右两根纵梁上的移动点荷载来计算，将总重为100N的小车荷载简化为加载在两根纵梁上的竖向点荷载，即左右两个纵梁分别加载40N和10N的力，简化后的等价小车荷载模式如图3所示。图3 简化后的小车荷载（单位：mm）

(1)根据《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)规定，ABD选项为主要加载工况，主跨支点截面最大剪力为附加工况。C选项错误，因为中跨跨中轴力为零。这里需要提醒的是，最大负弯矩加载是针对主跨支点(内支点)截面，而非梁端支点。(2)根据前面的相关介绍，BCD选项均可用于该桥的混凝土表面应力(应变)检测。钢筋应变计是指利用电阻应变片作为敏感元件，采用合适的桥路组合，将应变片张贴在...

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