關于橋梁荷載試驗靜動力分析系統的研究

■羅 浩 ■貴州順康路橋咨詢有限公司，貴州 貴陽 550005

在對橋梁荷載進行試驗時，通常會使用橋梁結構計算軟件來進行計算，雖然這種軟件已經得到了不斷的完善，但是在使用的過程中仍然會有比較多的問題存在，比如橋梁荷載試驗時只要求對短時間內的結構的受力情況進行計算，通過軟件需要輸入混凝土的收縮徐邊、輸入配筋、溫度變化等無用數據，這些數據無疑增加了工作量，并且錯誤率也比較高，本文主要根據橋梁荷載試驗的基本特點，利用橋梁結構、結構力學、高等數學理論等來對橋梁荷載動力分析系統進行開發。

1 橋梁檢測與荷載試驗的意義

伴隨著我國經濟的飛速發展，我國的公路建設也取得了比較輝煌的成績，構成了以省市為中心的高等公路網，使我國的交通真正的實現了四通八達，公路交通的主要構成成分就是道路橋梁，現在國內每年都會有許多的公路橋梁在施工，這就需要對新建和正在使用的橋梁進行檢測和評估。

1.1 評估現存橋梁的承載力

評估現存橋梁的承載力包含以下幾個方面:(1)由于橋梁的使用時間比較久遠，關鍵部分發生變形，評估明顯損壞部位的損壞程度和承載力;(2)伴隨著大型工業機器和集裝箱的數量逐年增加，經常會出現超載車輛過橋的情況，檢測超重車輛能否順利過橋，為后期加固供應可靠依據;(3)對承載力較低的橋梁進行檢測，明確目前橋梁的最大承載力，看看是不是需要對其進行加固從而提升承載力［1］;(4)橋梁受到較大的損害的時候，需要進行檢測進而為加固改造提供依據。

1.2 創建橋梁信息庫，儲備重要的技術信息

目前，對于橋梁的儲存資料比較困乏，需要對橋梁進行認真的檢查，創建新的信息資料庫。系統的整理橋梁的技術資料，為實現橋梁的電腦管理打下堅實的基礎，使橋梁得到更加系統的養護，為今后的橋梁養護提供真實的信息。

1.3 明確橋梁的實用性，檢查橋梁的質量

那些使用新型結構類型的橋梁，經過認真的檢查，可以檢驗橋梁設計理論的實效性，還可以找到問題的根源，總結經驗和教訓為今后的橋梁設計提供理論依據;那些關鍵的橋梁和特大型橋梁在施工結束以后，經過檢查評估可以了解橋梁的設計是不是科學，質量是不是過關，這樣就可以使橋梁的可信度得到驗證;能夠掌握橋梁的真實承載力，明確橋梁結構的實際承載力和安全使用情況［2］;檢查那些維修過的橋梁，可以掌握橋梁的維修質量，檢驗橋梁的維修方式是不是科學合理。

2 橋梁荷載試驗靜動力分析系統的整體設計方案

首先，我們在開發的初期使用的系統是Microsoft VB5.0，在開發的后期進行調試和編譯的時候使用的系統是Microsoft VB.Net。

其次，本系統的性能比較多，例如能夠運算內力和影響線;能夠運算位移和影響線;能夠設計和估算荷載;能夠形成AUTOCAD中DXF文件格式圖形，包含離散圖、內力圖、影響線圖以及位移圖等等;還能夠形成振型圖。

再次，從整體上看使用的是對象設計方案，為了方便升級和養護，在進行結構設計的時候還是使用模塊化的設計理念。

第四，使用AUTOCAD結合高等數學積分理論對設計目標截面的特征進行自動獲得;在預備原始數據的時候，基本上使用的是自動和批量賦值，實現半自動建模的需要;設計試驗工況的時候，使用鼠標將汽車布載進行“拖動”，實現“即布即得”;原始圖形和運算成果圖都要和AUTOCAD進行對接。

3 橋梁荷載試驗靜動力分析系統設計的流程

橋梁荷載試驗靜動力分析系統的設計流程具體如下圖1.

圖1 設計流程圖

4 橋梁荷載試驗靜動力分析系統的特征

和現在的結構運算軟件比較，該系統有以下三個特點:(1)截面幾何特征的積分解答;(2)半自動與自動建模;(3)“即布即得”原理。

4.1 截面幾何特征的積分解答

4.1.1 運算原理

積分解答的原理非常的麻煩，會用到AUTO－CAD的二次開發以及高等數學的積分原理。在AUTOCAD里，全部的曲線經過“EXPLODE”之后都會變成直線或者是圓弧，使用間距一樣且和軸平行的直線進行割分截面，就會得到n－1個梯形的方塊，可以得到每個梯形的面積以及面積矩，這樣就可以得到總面積和總面積矩，找到形心的具體位置，接著逐項的去積分就可以得出截面的慣性矩。

4.1.2 操作過程

在AUTOCAD里逐個標示出截面的橫截面圖形(那些變截面箱梁的結構，這個程序有專門的模塊進行求解，自動得出結論)，子程序在運行的時候，逐個的將截面的橫截面圖形打開，就會得出相應的幾何特征，如圖2所示。使用AUTOCAD制圖會更加的簡單，不用錄入數據就不會出錯，可以在任何的截面里使用，比較方便，易于使用。

圖2 截面求解界面

4.2 半自動與自動建模

4.2.1 具體原理

簡支梁，只要有截面和路徑就能夠自動的來進行建模;拱橋，只要把拱軸線的曲線方程錄入就能夠自動的來進行建模;箱形結構的橋梁，模塊變截面箱梁截面插值的程序運行以后，得到許多的橫斷面圖形，確定每一截面的形心具體位置，把橋面的曲線方程錄入進去，可以得出形心的具體坐標，這樣就可以進行自動建模了。

4.2.2 操作過程

該橋梁是連續的箱梁橋并且有七跨變截面，它的跨度直徑為80+5×120+80米，橋面的豎曲線直徑為四萬米，依據橋梁施工階段的情況，選擇三十個比較有特點的截面，在模塊“變截面箱梁截面插值”中進行運行。從實際情況來看，這些選擇的截面參數基本一樣，僅會有幾個不一樣的，使用批量賦值迅速的把參數錄入進去，接著錄入需要求解的一系列問題，就會得出相應的截面幾何特點［3］。使用“公式賦值”的方法，把橋面的曲線方程式錄入到“高次曲線”里面，基準以“截面上緣”為標準，自動進行曲線建模。

4.3 “即布即得”原理

4.3.1 具體原理

使用動態規劃的方法，在影響線上進行設計荷載和驗算荷載的試驗，以此來進行試驗車輛的自動布載運行，以自動布載的結論為依托來進行手動布載，手動布載的時候使用鼠標來拖動試驗的車輛，與此同時程序會自動得出別的影響線的反應情況。

4.3.2 操作過程

進行完結構運算以后，把子程序進行運行，子程序會自動的選擇每條影響線，會自動的挑選控制和參考影響線，會對影響線進行設計荷載以及驗算荷載的運算，還可以自動的對控制影響線實施自動布載。進行手動布載的時候，需要使用鼠標來拖動試驗車輛，手動布載的時候，影響線的反映受試驗車輛的情況制約，該反映被界面下面的表單進行了如實的記載，要想布載成功就要求試驗荷載和設計荷載的比例控制在1以內。對車輛進行雙擊可以對其實施修改，修改的范圍包含準確定位、運行方向、軸重的改變、軸間距的改變以及軸的數目的改變等［4］。使用此辦法可以提升布載的速度，摒棄的繁雜的手動運行，對于現場載位的整合比較方便。控制影響線實施布載的時候，還可以監管別的影響線，完成同時控制多個項目的要求，保證了橋梁的安全性。

4.4 其他特征

橋梁荷載試驗靜動力分析系統的其他特征包含:使用EA、EI變量，能夠直接的運算出鋼管混凝土的結構;將每個工況的車輛當做外部負荷，運算出試驗負荷的結構;實現簡支架的一鍵通，把跨徑錄入后就可以自動運算;能夠可視工作，數據錄入的時候可以直接錄入表格和圖形，能夠按批量進行賦值，可以智能的糾錯;實現負荷橫向分布和截面的扭矩運算;實現全部的圖形AUTOCAD對接;運算超載車輛的營運結構。

5 結論

此軟件的主要特點是針對橋梁荷載試驗量身定做的，是一個比較簡單的有限元程序，可以有效的提升工作效率，被多個檢測單位所使用，經濟效益良好。

［1］楊美云.橋梁靜載試驗加載方案研究綜述［J］.科技創新與應用，2013(23):271～272.

［2］金中凡，羅昌宏，張高朝.大跨連續剛構橋的荷載試驗［J］.中外公路，2010(05):92～93.

［3］王興奎，郭昌祚.使用QLJC進行橋梁荷載試驗分析［J］.公路交通科技，2006(01):67 ～68.

［4］諶潤水，劉群安.公路橋梁荷載試驗的作用與基本原則［J］.公路交通科技，2006(05):83～84.