胡 凱

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

橋梁荷載試驗(yàn)理論分析準(zhǔn)確性的影響因素分析

胡 凱

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

在進(jìn)行橋梁荷載方面研究試驗(yàn)工作的過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)理論方面的分析與計(jì)算工作應(yīng)當(dāng)作為全部工作的重點(diǎn)和關(guān)鍵。橋梁荷載試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于計(jì)算的準(zhǔn)確性要求極高，因?yàn)椋鳛楣こ淘O(shè)計(jì)中的最為重要的一部分，其設(shè)計(jì)是否精準(zhǔn)往往決定了工程質(zhì)量的優(yōu)劣，也就是橋梁工程結(jié)構(gòu)的承載能力是否符合標(biāo)準(zhǔn)。因此，也就關(guān)系到了社會(huì)民生及生產(chǎn)生活安全問(wèn)題。因此，本文針對(duì)橋梁荷載試驗(yàn)理論分析準(zhǔn)確性的影響因素的內(nèi)容進(jìn)行分析，對(duì)修正相關(guān)的影響因素問(wèn)題提供一些建議。

橋梁;載荷試驗(yàn);分析;準(zhǔn)確性

橋梁載荷試驗(yàn)是一項(xiàng)十分重要的關(guān)于檢驗(yàn)橋梁工程設(shè)計(jì)與工程質(zhì)量的試驗(yàn)措施，因此，具有重要意義和作用，是橋梁工程建設(shè)中不可或缺的重要組成部分?，F(xiàn)階段，橋梁載荷試驗(yàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到公路、市政等的大型工程建設(shè)質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)當(dāng)中來(lái)，而且作用十分顯著。所謂的橋梁荷載試驗(yàn)從內(nèi)容結(jié)構(gòu)上看主要包含了對(duì)于橋梁荷載試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作環(huán)節(jié)，橋梁荷載試驗(yàn)的分析設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)及進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)節(jié)等，最后還要對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行結(jié)果的評(píng)定與分析。這種荷載試驗(yàn)從其目的性與意義上而言，主要是為了對(duì)工程建筑結(jié)構(gòu)的功能與安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。確保工程建設(shè)的質(zhì)量安全符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

1 橋梁荷載試驗(yàn)中準(zhǔn)確性分析的主要因素

隨著現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展，橋梁施工建設(shè)中橋梁結(jié)構(gòu)理論內(nèi)容方面的計(jì)算機(jī)應(yīng)用已經(jīng)十分普及與廣泛，這對(duì)促進(jìn)橋梁工程建設(shè)的現(xiàn)代化發(fā)展需要具有重要意義，更是提高工程建設(shè)效率與質(zhì)量的關(guān)鍵所在。應(yīng)當(dāng)看到，現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)軟件信息系統(tǒng)固然具有其發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，但是，這種通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模式建立的方式中，其軟件形成的計(jì)算試驗(yàn)?zāi)Ｊ脚c工程實(shí)際需要是否相符，其準(zhǔn)確性是否能夠符合標(biāo)準(zhǔn)還需要通過(guò)進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)分析才能得出。因此，進(jìn)行橋梁載荷試驗(yàn)分析，檢測(cè)其設(shè)計(jì)與實(shí)際情況之間是否發(fā)生偏差十分重要。也是客觀準(zhǔn)確評(píng)價(jià)橋梁真實(shí)狀況和實(shí)際承載能力的重要內(nèi)容。

進(jìn)行橋梁載荷的試驗(yàn)過(guò)程，首先應(yīng)當(dāng)分析相關(guān)計(jì)算工作所涉及的關(guān)于橋梁的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與資料。對(duì)其設(shè)計(jì)中的情況有全面的了解，并以原設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行核對(duì)與檢算。在此基礎(chǔ)上得出結(jié)論，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的情況進(jìn)行修正。橋梁載荷試驗(yàn)中對(duì)其結(jié)果產(chǎn)生影響的主要因素從以下四個(gè)方面有所表現(xiàn):

1.1 橋梁載荷結(jié)構(gòu)出現(xiàn)離散化

通常情況下，有限元方法在進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)是最為常見(jiàn)的。但是，在這之前應(yīng)當(dāng)確保其結(jié)構(gòu)的離散化。所謂的“離散”是指將所進(jìn)行分析的內(nèi)容進(jìn)行單元性質(zhì)的分解，并采取節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。彼此關(guān)聯(lián)的單元內(nèi)容之間其參數(shù)也一定具有相互的關(guān)聯(lián)性，因此，也就能構(gòu)成一個(gè)完成的單元復(fù)合體，并以此替換原結(jié)構(gòu)。離散化的結(jié)構(gòu)特征具有兩個(gè)方面的表現(xiàn)形式:

(1)離散單元形式的選擇

在進(jìn)行離散化結(jié)構(gòu)分析的過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)選擇相對(duì)更符合離散化特征的有限元單元。選擇的重要參照標(biāo)準(zhǔn)主要包括從離散結(jié)構(gòu)的幾何性特點(diǎn)和橋梁應(yīng)力特點(diǎn)出發(fā)。一般情況下，有限元單元的種類包括梁?jiǎn)卧?、殼單元及?shí)體單元幾種，這些有限元都是結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)到繁的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

(2)單元在劃分程度

一般意義上，單元?jiǎng)澐值木?xì)程度越高，其計(jì)算分析得出的結(jié)果也會(huì)越詳細(xì)與精準(zhǔn)。但是，過(guò)分的追求單元范圍的大小往往也會(huì)形成適得其反的效果，如更小的單元會(huì)令求解的數(shù)目量大幅度增加而導(dǎo)致計(jì)算的結(jié)果精準(zhǔn)度下降。

1.2 模擬橋梁載荷試驗(yàn)的約束性條件

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束需要具備一定的條件，這種條件主要是指其內(nèi)部構(gòu)件之間及與外部環(huán)境之間形成的一種環(huán)境條件與結(jié)構(gòu)特征。實(shí)際工程建設(shè)中，橋梁結(jié)構(gòu)的約束條件在發(fā)揮作用的時(shí)候需要進(jìn)行簡(jiǎn)化成為有限元中的一種類邊界的單元條件，即是使理論化的計(jì)算形式轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際可用的計(jì)算方法。如，在進(jìn)行簡(jiǎn)支橋梁上部結(jié)構(gòu)與其下半部之間的連接過(guò)程中，其橡膠支座就常常被簡(jiǎn)化為鉸支座的形式，再進(jìn)行連接。這樣就使得簡(jiǎn)支橋梁的兩個(gè)部分在接觸的過(guò)程中將面接觸轉(zhuǎn)換為點(diǎn)接觸的形式，改變了約束結(jié)構(gòu)的條件，使解構(gòu)計(jì)算變得更加容易。

1.3 選取橋梁載荷試驗(yàn)材料參數(shù)內(nèi)容

E本身作為一種彈性模量的數(shù)值表征，一般是以設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度參照規(guī)范的參考值進(jìn)行取值。在取值時(shí)往往忽略以下兩個(gè)方面因素:

(1)具體的施工工程中材料參數(shù)與設(shè)計(jì)圖之間發(fā)生明顯的差異時(shí);

(2)工程材料由于時(shí)間延伸發(fā)生性質(zhì)變化的。

1.4 非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件對(duì)橋梁載荷試驗(yàn)的影響

在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上，對(duì)橋面進(jìn)行鋪裝、防撞墻等方面的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載計(jì)算，不能僅僅從其結(jié)構(gòu)整體上的剛度進(jìn)行對(duì)比參照。應(yīng)當(dāng)針對(duì)具體荷載情況，進(jìn)行分解結(jié)構(gòu)的分析與參照。橋面鋪裝一般會(huì)運(yùn)用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，而進(jìn)行鋪裝層的工程時(shí)則需要對(duì)主梁受力情況進(jìn)行參照等。這些都說(shuō)明了在進(jìn)行機(jī)構(gòu)理論的分析過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的簡(jiǎn)化模擬技術(shù)發(fā)揮與使用，使工程設(shè)計(jì)控制在合理的誤差范圍之內(nèi)。

2 橋梁荷載因素影響結(jié)果的修正

通過(guò)對(duì)橋梁載載荷試驗(yàn)理論分析準(zhǔn)確性的影響因素進(jìn)行分析，知道其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算的數(shù)值發(fā)生偏差的主要形成原因。因此，在此基礎(chǔ)上，就可以通過(guò)一定的方式進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的修正，實(shí)現(xiàn)橋梁載荷工程的順利施工，保證工程的質(zhì)量。

2.1 關(guān)于實(shí)體模型的修正問(wèn)題

梁?jiǎn)卧Ｐ驮诮⒅鬅o(wú)法對(duì)主梁橫隔板及齒板之間進(jìn)行結(jié)構(gòu)上有效調(diào)整，其在功能設(shè)計(jì)上無(wú)法做到這樣的準(zhǔn)確程度。另外，就是其單點(diǎn)支座與實(shí)際運(yùn)用中的雙支座模型之間還存在差別。因此，應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行其設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)建立具有全橋?qū)嶓w計(jì)算功能的模型。

2.2 針對(duì)模型彈性模量的修正問(wèn)題

在現(xiàn)成工程檢測(cè)中的無(wú)損檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行中，對(duì)主梁混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值重新估計(jì)。以該橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，進(jìn)行設(shè)計(jì)值的修正。

2.3 針對(duì)防撞墻的修正問(wèn)題

通過(guò)進(jìn)行防撞墻的外觀檢測(cè)可以看到，對(duì)原防撞墻的相關(guān)設(shè)置并未按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。而是僅通過(guò)對(duì)其表面進(jìn)行切割的方面進(jìn)行替換的。

這種情況下，原本屬于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防撞墻對(duì)主梁剛度的影響是不能忽視的。一次你，在進(jìn)行修復(fù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮防撞墻的影響，建立實(shí)體模型。而整體模型在考慮防撞墻的剛度影響效果下，其計(jì)算結(jié)果也明顯減少，表明連續(xù)的防撞墻對(duì)提高結(jié)構(gòu)整體剛度具有一定的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要是從影響橋梁荷載試驗(yàn)準(zhǔn)確性的因素方面進(jìn)行分析，其中包括結(jié)構(gòu)離散化、約束條件模擬、材料參數(shù)選取以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等因素。通過(guò)對(duì)這些因素的分析，橋梁荷載準(zhǔn)確性主要是由于上述的原因引起的。而作為影響因素之一的混凝土彈性模量的影響效果最為明顯。其次是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)橋梁載荷的影響力相對(duì)較大，再次就是另外幾項(xiàng)影響因素。本文還著重提出關(guān)于如何修正影響因素的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，并因此改善橋梁荷載能力與實(shí)際荷載情況。

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2014－03－11