【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及橋梁安全監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及的是基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法。
技術(shù)介紹
1、拱橋具有較強跨越能力、節(jié)省材料、施工簡便等特點，因此被設(shè)計師們廣泛運用于我國中西部的山谷、大河和深溝地區(qū)，然而隨著交通量、服務(wù)年限的增長以及材料老化，這些受損的拱橋已無法滿足正常運營要求。由于拱橋的主拱圈為壓彎構(gòu)件，常因彎矩過大導(dǎo)致拱圈裂縫增多，尤其是拱腳裂縫的發(fā)展造成截面抗力降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降，進(jìn)而危及拱橋結(jié)構(gòu)的安全。同時，在實際橋梁交通場景中具有車流量大、車輛種類多、車輛運行隨機性強等特點，高效精確地獲得車輛荷載流以及交通流車輛荷載的力學(xué)作用是橋梁結(jié)構(gòu)性能評估的難點。因此，對車輛測點位置確定方法對橋梁荷載實驗的進(jìn)行十分重要。
2、橋梁荷載試驗包括靜力荷載試驗與動力荷載試驗。一般情況下只做靜力荷載試驗，必要時增做部分動力荷載試驗，如特大型橋梁、新型橋梁等。靜力荷載試驗是指將靜止的荷載作用于橋梁上的指定位置，以便能夠測試出結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變、靜位移以及裂縫等，從而推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)和使用能力。動力荷載試驗是指采用動力荷載，如行駛的汽車荷載或者其他動力荷載作用于橋梁結(jié)構(gòu)上，以測出結(jié)構(gòu)的動力特性，如振動變形，從而判斷出橋梁結(jié)構(gòu)在動力荷載下受沖擊和振動影響。
3、索-懸鏈線拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，在拱肋兩側(cè)對稱設(shè)置索，使索和拱肋形成新的受力體系，從而改變懸鏈線拱結(jié)構(gòu)的傳力路徑，進(jìn)而實現(xiàn)降低拱結(jié)構(gòu)內(nèi)力的目的。綜合現(xiàn)有的研究成果，眾多學(xué)者研究方向主要集中在索-拱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性承載力、動力響應(yīng)和實橋應(yīng)用等
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于針對上述現(xiàn)有橋梁荷載實驗技術(shù)中車輛位置需要進(jìn)行繁瑣模擬與測試確定，耗費大量資源和時長的不足，提供了一種基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，能夠簡化繁瑣模擬與測試操作，便于確定荷載試驗車輛布置位置。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，包括以下步驟：
4、步驟一，建立索-懸鏈線拱結(jié)構(gòu)的受力模型，假定拱為等截面懸鏈線拱，基于結(jié)構(gòu)力學(xué)的力法原理推導(dǎo)出懸鏈線拱結(jié)構(gòu)表達(dá)式；
5、步驟二，對索-懸鏈線拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)建立基本方程，基于彈性中心理論和數(shù)值積分的方法，將拱軸曲線微分利用泰勒公式展開，得到拱橋懸鏈線方程和拱軸精確微分的近似表達(dá)式；
6、步驟三，將常變位δij、載變位δip代入基本方程獲得拱頂贅余力x1～x4，由結(jié)構(gòu)的對稱性，以右半拱截面內(nèi)力為代表，即x≥0，得出拱截面的內(nèi)力解析表達(dá)式；
7、步驟四，使用步驟三中內(nèi)力解析表達(dá)式計算拱橋的截面彎矩，并繪制出拱的彎矩影響線，根據(jù)影響線圖像可得最不利荷載對應(yīng)的荷載試驗車輛布置的位置，即拱的最大彎矩處。
8、進(jìn)一步的，所述步驟一中懸鏈線拱結(jié)構(gòu)表達(dá)式為：
9、
10、式中，y為拱軸截面縱坐標(biāo)，f為矢高，m為拱軸系數(shù)，cosh(·)為雙曲余弦函數(shù)，懸鏈線方程變量ξ為拱軸相對坐標(biāo)，且ξ＝2x/l，x為拱軸橫坐標(biāo)，l為拱跨徑。
11、進(jìn)一步的，所述步驟二中基本方程為：
12、
13、式中，δij為常變位，δip為載變位，分別表示基本結(jié)構(gòu)在單位力或單位外荷載單獨作用下彈性中心沿xj方向的位移；xj(j＝1,2,3)為拱頂贅余力，其中x1為彎矩，x2為軸力，x3為剪力；xj(j＝4)為索力。
14、進(jìn)一步的，所述基本結(jié)構(gòu)中彈性中心的位移由拱軸變形構(gòu)成，此處考慮拱肋的軸向變形，不考慮剪切變形，δij和δip基本表達(dá)式為：
15、
16、
17、式中，和mp、np、tp分別表示基本結(jié)構(gòu)在贅余力和單位荷載單獨作用下的截面彎矩、軸力和索力；ds表示拱軸弧長微分；ei、ea分別為拱抗彎剛度和軸向剛度，令拱的彎壓剛度比b＝ei/ea；ecac、lc分別表示索的軸向剛度和初始長度，令索和拱的軸向剛度比t＝ecac/ea。
18、進(jìn)一步的，所述步驟二中拱橋懸鏈線方程和拱軸精確微分的近似表達(dá)式：
19、
20、
21、式中，稱為近似微分函數(shù)，其中λi和ni(i＝1～3)均為常系數(shù)，計算式如下：
22、
23、上式中，系數(shù)其中；f為矢高，m為拱軸系數(shù)，l為拱跨徑，o(ξ6)為泰勒公式的余項。
24、將常變位δij、載變位δip代入基本方程進(jìn)行拱橋基本結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算，根據(jù)移動荷載作用位置的不同可分為正負(fù)半軸兩種情況；分別分析當(dāng)移動荷載位于正半軸(右半拱)即0≤xp≤l/2時和當(dāng)移動荷載位于負(fù)半軸(左半拱)即-l/2＜xp＜0時的內(nèi)力解析表達(dá)式，可得出整個結(jié)構(gòu)的內(nèi)力解析表達(dá)式。
25、進(jìn)一步的，以右半拱(正半軸)截面內(nèi)力為代表，所述步驟三中內(nèi)力解析表達(dá)式為：
26、
27、式中，m為拱結(jié)構(gòu)的截面彎矩；x、y分別為拱軸的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；ys為剛臂長度；xp為豎向移動荷載p的橫坐標(biāo)；x1為索約束位置橫坐標(biāo)；α為索約束傾角；xi(i＝1,2,3)為拱頂贅余力，其中x1為彎矩，x2為軸力，x3為剪力；x4為索力。
28、進(jìn)一步的，以左半拱(負(fù)半軸)截面內(nèi)力為代表，所述步驟三中內(nèi)力解析表達(dá)式為：
29、m＝x1+x2(y-ys)-x3x；
30、式中，m為拱結(jié)構(gòu)的截面彎矩；x、y分別為拱軸的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；ys為剛臂長度；xp為豎向移動荷載p的橫坐標(biāo)；x1為彎矩，x2為軸力，x3為剪力。
31、本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點：
32、1.本專利技術(shù)提出采用近似曲線積分方法推導(dǎo)得到索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響線解析解，填補了研究中關(guān)于豎向移動荷載作用下索-拱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響線解析解的空白，為今后索-懸鏈線拱橋檢測、監(jiān)測及荷載試驗的理論分析提供參考數(shù)據(jù)。且本文解析解與有限元結(jié)果基本吻合，且整體相對誤差在1％以內(nèi)，完全滿足工程精度要求，同時驗證了本文計算公式的可靠性與精確度。
33、2.本專利技術(shù)推導(dǎo)出索-懸鏈線拱基本內(nèi)力解析解，具有高精度、計算方便、適用性廣等優(yōu)點，應(yīng)用于橋梁荷載實驗中，能快速準(zhǔn)確地確定加載車輛位置，不需繁瑣有限元模擬計算，減少現(xiàn)場試驗測試的耗時。
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1.基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述步驟一中懸鏈線拱結(jié)構(gòu)表達(dá)式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述步驟二中基本方程為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述基本結(jié)構(gòu)中彈性中心的位移由拱軸變形構(gòu)成，此處考慮拱肋的軸向變形，不考慮剪切變形，δij和ΔiP基本表達(dá)式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述步驟二中拱橋懸鏈線方程和拱軸精確微分的近似表達(dá)式：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述步驟三中當(dāng)移動荷載位于正半軸，即0≤xP≤L/2時，內(nèi)力解析表達(dá)式為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述步驟一中懸鏈線拱結(jié)構(gòu)表達(dá)式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述步驟二中基本方程為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于內(nèi)力影響線的索-懸鏈線拱橋荷載試驗車輛布置方法，其特征在于：所述基本結(jié)構(gòu)中彈性中心的位移由拱軸變形構(gòu)成，此處考慮拱肋的軸向變形，不考慮剪切變形，δij和δ...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘萬鈺，郝天之，寧杰鈞，陳齊風(fēng)，侯之瑤，龍夏毅，
申請(專利權(quán))人：桂林電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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