橋梁靜載試驗(yàn)加載方案研究綜述

摘 要：本文通過(guò)對(duì)橋梁靜載試驗(yàn)車輛加載方案概況的了解，對(duì)現(xiàn)今出現(xiàn)的加載方案進(jìn)行了綜合的分析與評(píng)價(jià)。事實(shí)表明，橋梁靜載試驗(yàn)加載方案仍處于半手工、半自動(dòng)化的加載階段。

關(guān)鍵詞：橋梁；靜載試驗(yàn)；加載方案

1 引言

眾所周知，橋梁在建造和使用過(guò)程中，橋梁的使用壽命，安全承載能力等一些相關(guān)問題一直是關(guān)注的焦點(diǎn)。每年由于橋梁質(zhì)量問題，導(dǎo)致的橋梁垮塌事件數(shù)不勝數(shù)。對(duì)于橋梁承載力的安全監(jiān)控，我們離不開橋梁荷載試驗(yàn)，必須通過(guò)橋梁靜載試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)其承載力是否滿足安全的使用要求。試驗(yàn)方法主要是通過(guò)車輛布載來(lái)尋求滿足控制截面的效率指標(biāo)。隨著社會(huì)的發(fā)展，針對(duì)橋梁靜載試驗(yàn)的加載方案出現(xiàn)了不少的研究。

2 加載方案研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的橋梁靜載試驗(yàn)加載方案的主要方法是：首先采用有限元分析程序（如橋梁博士、MIDAS和ANSYS等）來(lái)計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)指定截面的內(nèi)力影響線，并根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（控制荷載）計(jì)算活載設(shè)計(jì)效應(yīng)，然后采用手工試算的方式確定各個(gè)截面加載的車輛布置情況。

在手工試算確定車輛布置時(shí)，為了使其控制截面加載效率滿足規(guī)范規(guī)定的加載效率的要求，且能保證非控制截面加載效率不超限的安全要求，需要反復(fù)調(diào)整各個(gè)車輛之間的行駛方向間距、車輛的間距、車輛在不同車道上的分布情況等信息。但是，這種手動(dòng)布置方法還是不可避免的會(huì)出現(xiàn)橋梁其它部位的內(nèi)力或應(yīng)力超過(guò)設(shè)計(jì)效應(yīng)的情況，需要不斷反復(fù)調(diào)整車輛布載，存在工作量大、效率低的問題。

張宇峰[1]針對(duì)常規(guī)荷載試驗(yàn)法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、代價(jià)高昂、對(duì)正常交通運(yùn)營(yíng)干擾嚴(yán)重的問題，提出了針對(duì)梁式橋梁、基于影響線對(duì)比分析和模型校準(zhǔn)技術(shù)的準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)方法。該方法主要方法思路為：（1）針對(duì)梁式橋梁開展準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)，實(shí)測(cè)得到各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力影響線；（2）利用應(yīng)力影響線進(jìn)行模型校準(zhǔn)；（3）在此校準(zhǔn)前后模型上分別施加傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)荷載，以校準(zhǔn)后模型施加靜載試驗(yàn)荷載的計(jì)算值與校準(zhǔn)前計(jì)算值的比值來(lái)表征結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)；（4）換算得到的檢算系數(shù)；（5）采用與傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)相同的方法對(duì)橋梁承載能力做出評(píng)價(jià)。

郭愛平[2]結(jié)合橋梁荷載試驗(yàn)的特點(diǎn)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)、橋梁結(jié)構(gòu)、高等數(shù)學(xué)理論和AUTOCAD工具開發(fā)了一套橋梁荷載試驗(yàn)靜動(dòng)力分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以計(jì)算恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力以及內(nèi)力影響線，恒載位移、活載位移以及位移影響線，省去了人工繁瑣的計(jì)算過(guò)程；同時(shí)還具有設(shè)計(jì)和驗(yàn)算荷載、試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)的性能；生成DXF文件格式的結(jié)構(gòu)離散圖、結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖、內(nèi)力影響線圖、位移影響線圖、結(jié)構(gòu)位移圖等圖形的性能。該軟件實(shí)現(xiàn)了半手工自動(dòng)化布載的功能，其實(shí)現(xiàn)思路為：通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，在控制影響線上進(jìn)行最不利布載，以此最不利荷載效應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)車輛的自動(dòng)布載，然后參照自動(dòng)布載的結(jié)果，用鼠標(biāo)拖動(dòng)試驗(yàn)車輛進(jìn)行手工布載；在進(jìn)行上述計(jì)算的同時(shí)，程序自動(dòng)計(jì)算其他影響線的相應(yīng)響應(yīng)值。

石永燕[3]針對(duì)橋梁靜荷載試驗(yàn)中試驗(yàn)規(guī)范推薦的傳統(tǒng)分級(jí)加載方法不能確保在分級(jí)加載過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)中的各個(gè)非控制截面同時(shí)安全、不超限這一問題，通過(guò)將荷載試驗(yàn)車輛加載位置比擬成廣義點(diǎn)，使得車輛加載的動(dòng)過(guò)程的安全性問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算加載安全域的邊界問題，使得計(jì)算工作量大大減少，同時(shí)安全域邊界得出后，也就容易得出車輛實(shí)際的加載路徑。在理論上和算法上解決了橋梁靜荷載試驗(yàn)加載動(dòng)過(guò)程中的安全性問題。石永燕在文獻(xiàn)中根據(jù)連續(xù)函數(shù)的性質(zhì)證明了車輛布載方程根的存在性，提出了指定效率時(shí)的快速布載方法，討論了加載安全性問題，最后實(shí)現(xiàn)了荷載實(shí)驗(yàn)車輛自動(dòng)快速布載系統(tǒng)。

王凌波[4]為改善目前大跨橋梁荷載試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中車輛布置復(fù)雜、加載工況繁多等難點(diǎn)與不足，設(shè)計(jì)了荷載試驗(yàn)方案全自動(dòng)車輛布置算法，并利用EXCEL VBA語(yǔ)言二次開發(fā)編制了車輛布載程序。該算法在滿足加載效率、保證所有加載工況安全的前提下，可以最大限度的合并工況并自動(dòng)生成試驗(yàn)車輛布置CAD 圖。

3 研究發(fā)展方向

傳統(tǒng)的橋梁靜載試驗(yàn)加載方案中，采用手工試算方法布置加載車輛，不僅具有工作量大、工作效率低和試驗(yàn)效率低、試驗(yàn)成本花費(fèi)高的缺點(diǎn)，而且對(duì)加載時(shí)有可能造成其它截面效率超標(biāo)的潛在危險(xiǎn)，甚至有可能造成重大的結(jié)構(gòu)安全事故。

隨著科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁工程與計(jì)算機(jī)的結(jié)合是橋梁工程快速發(fā)展的一個(gè)重要因素。傳統(tǒng)的加載方法越來(lái)越不能為人們所接受。橋梁靜荷載加載方案不斷向電算化，自動(dòng)化方向研究開發(fā)。橋梁靜載試驗(yàn)的加載方案的電算化，在目前的有限元分析理論和計(jì)算機(jī)硬件水平背景下還是可以高效地實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于提高橋梁荷載試驗(yàn)的可靠度與試驗(yàn)效率，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

從多年來(lái)的研究成果、發(fā)展方向，我們可以看出，靜載試驗(yàn)加載方案研究幾十年來(lái)取得了不少進(jìn)步，不斷與計(jì)算機(jī)計(jì)算相結(jié)合，雖然，還沒達(dá)到全自動(dòng)加載的技術(shù)，但與傳統(tǒng)加載方案比起來(lái)，還是有了很大的改善，一定程度上提高了試驗(yàn)效率，節(jié)約了一定的實(shí)驗(yàn)成本。目前，加載方案還處于半手工半自動(dòng)化的加載階段，隨著技術(shù)的成熟未來(lái)的研究會(huì)向著全自能加載方向發(fā)展的。

參考文獻(xiàn)

[1]張宇峰，段鴻杰，馬國(guó)志.基于準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)的梁式橋梁狀態(tài)快速評(píng)定[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2008，6（5）.

[2]郭愛平，賴敏芝.橋梁荷載試驗(yàn)靜動(dòng)力分析系統(tǒng)[J].中外公路，2004，24（5）.

[3]石永燕，王云莉.靜載試驗(yàn)車輛自動(dòng)加載算法及系統(tǒng)[J].公路交通技術(shù)，2003（6）.

[4]王凌波，賀拴海，蔣培文，等.大跨徑橋梁荷載試驗(yàn)加載方案算法設(shè)計(jì)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（2）.

作者簡(jiǎn)介：楊美云（1988-），女，廣西河池，研究生，碩士，主要從事橋梁動(dòng)力方面的研究。

通訊作者：楊美云，女，重慶交通大學(xué)研究生，碩士。