不中断交通条件下的桥梁荷载试验中车重管制的计算方法

技术领域

本发明涉及公路桥梁检测技术领域，具体而言，尤其涉及不中断交通条件下的桥梁荷载试验中车重管制的计算方法。

背景技术

随着近年来公路运输的发展，公路运输已成为最重要的货运方式之一。与此同时，道路事故和桥梁倒塌也很常见。货运车辆的超载是导致桥梁老化和缩短使用寿命的主要原因之一，而在桥梁建设过程中，仓促的施工、不恰当的方法、糟糕的管理和低材料标准都会降低桥梁的质量，因此有必要进行桥梁荷载试验以确保其安全使用。

桥梁荷载试验是分析和评价桥梁结构的主要方法，通常采用中断交通的试验方法来确定载荷试验的参考载荷。

然而，中断交通进行桥梁荷载试验，不仅需要花费大量的人力物力，还需要大量的时间去进行试验，得到的结果往往也与实际交通情况不符。尤其是在车重管制方面，现有的试验过程中只能按照规定的桥梁最大载荷进行粗略管制，但是不同的桥梁上通行的车辆类型、车重都是不同的，现有技术无法针对通行车辆车重不同的各种桥梁进行准确的、适应性的车重管制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种不中断交通情况下桥梁荷载试验中车重管制的计算方法，能够完成不中断交通的桥梁荷载试验中对车重的管制，可为桥梁荷载试验荷载效率及桥梁结构安全性检测提供重要的试验手段。

本发明采用的技术手段如下：

本发明提供了一种不中断交通条件下的桥梁荷载试验车重管制的计算方法，包括：

S1：建立待进行荷载试验的桥梁计算模型，得到桥梁在车辆作用下的加载控制截面内力或位移的最大计算效应值；

S2：拟定不开放交通的车道位置和车重P1，并基于P1和所述最大计算效应值进行不考虑开放交通情况下加载效率系数η

S3：拟定开放交通的车道位置和车重P2，固定开放交通车道上车辆的间距，并基于P2和所述最大计算效应值进行考虑开放交通情况下加载效率系数η的计算；以多种不同类型的车辆作为开放交通车道加载车辆；

S4：在S3的基础上，更换开放交通车道上加载车辆的重量P2，得到新的加载效率系数η；

S5：重复S3～S4，保证加载效率系数η均小于1.05，并利用所得到的多组车重P2与η之间的关系利用插值法求得当η＝1.05时所对应的车重P0，在随后的桥梁荷载试验中选取不超过P0的车辆进行荷载试验，从而完成不中断交通的桥梁荷载试验中对车重的管制。

进一步地，建立待进行荷载试验的桥梁计算模型，包括：

在Midas Civil中建立待进行荷载试验的桥梁计算的模型以及最不利截面位置的选取。

进一步地，拟定车道位置和车辆荷载大小，包括：

将计算好的模型导入到Civil Designer中；

在Civil Designer中定义试验车辆参数。

进一步地，计算不考虑开放交通情况下的加载效率系数η

进行偏载车道的测试，测得最大加载效率系数及达到最大加载效率系数时车辆的位置。

进一步地，计算考虑开放交通下的加载效率系数η，包括：

保证不开放交通的偏载车道上车辆荷载大小P1不变，更换开放交通的偏载车道上的车重P2，且固定开放交通的偏载车道上车辆的间距，通过模拟试验求得不同P2下所对应的加载效率系数。

进一步地，利用所得到的多组车重P2与η之间的关系利用插值法求得当η＝1.05时所对应的车重P0，包括：

将多组车重P2与η整理绘制成加载效率系数同开放交通车道车重的点线图；

将所得到的多组数据进行插值，求得η＝1.05时所对应的车重P0。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明对不中断交通桥梁荷载试验中控制加载效率系数提出了一种新的管制方法，可以通过限制开放交通车道的车重来控制加载效率系数；

(2)本试验可真实模拟跑车试验的过程且操作方法更简便，只需要通过模拟计算来计算加载效率系数，可一定程度上减少人力物力的消耗；

(3)本试验方法可通过数值模拟来进行开放车道车辆重量的调控，通过测试提前对开放交通车道的车重进行管制，从而对桥梁荷载试验进行优化。

基于上述理由本发明可在桥梁荷载试验等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中不中断交通条件下的桥梁荷载试验中车重管制的计算方法流程图；

图2为本发明实施例中在Midas中建立好的桥梁计算模型图；

图3为本发明实施例中桥梁计算模型梁单元弯矩图；

图4为本发明实施例中桥梁计算模型梁单元剪力图；

图5为本发明实施例中桥梁计算模型梁单元挠度图；

图6为本发明实施例中导入到CDN中的桥梁模型图；

图7为本发明实施例中偏载车道不开放交通时布载方案图

图8为本发明实施例中开放交通车道车重为2t小客车时的布载方案图；

图9为本发明实施例中开放交通车道车重为10t小货车时的布载方案图；

图10为本发明实施例中开放交通车道车重为55t大货车时的布载方案图；

图11为本发明实施例中加载效率系数同开放交通车道车重的点线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例提供了一种不中断交通条件下的桥梁荷载试验车重管制的计算方法，具体包含以下步骤：

S1：建立待进行荷载试验的桥梁计算模型，得到桥梁在车辆作用下的加载控制截面内力或位移的最大计算效应值Ss，并将计算模型导入到Civil Designer(CDN)中；

具体实施中，在空间有限元分析软件中建立待进行荷载试验的桥梁计算的模型以及最不利截面位置的选取。空间有限元分析软件可以采用Midas Civil，Midas Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，Midas Civil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。Civil Designer是一种桥梁结构高效设计平台，本实施例中的桥梁布载方案和计算方案均在Civil Designer上进行。

S1具体包括以下步骤：

S11：本试验桥梁选取简支T梁桥，桥梁全长40m，宽10m，全桥材料选用C50混凝土，桥梁设置六个车道分别为中载1、2、3车道与偏载1、2、3车道，桥梁模型采用Midas Civil软件进行建模，桥梁模型图如图2所示。

S12：设置好桥梁模型后进行计算，在结果中查看梁单元弯矩图，剪力图和挠度图并查找最不利单元节点，本试验梁单元内力图如图3、4、5所示。

其中，最不利单元节点也就是最可能出现变形的位置，最大车重如果这个位置可承受，那桥梁的其他位置也必然可承受，不会发生问题。

由于偏载试验工况能够反映桥梁实际内力及变形状态与设计状态差异且偏载车道加载效率系数远大于中载车道加载效率系数，如果偏载车道没问题，那中载车道也必然没有问题，故本实施例重只需进行偏载测试，即对偏载车道进行测试。本实施例中偏载测试的控制截面为1号边梁27号梁单元。

最大计算效应值Ss可以基于桥梁计算模型计算得出，用于求解加载效率系数。

S2：拟定不开放交通的车道位置和车重P1，拟定开放交通的车道位置和车重P2，固定开放交通车道上车辆的间距；

其中，可以任意指定一款试验车辆作为不开放交通车道加载车辆，尽量车重大一些，以便作为参考对象。开放交通车道加载车辆可以是任意类型的车辆，本实施例中选取多种不同类型的车辆进行试验，车重范围为2t～65t，65t是桥梁允许通行的最大车重。

具体地，拟定车道位置和车重，包括以下步骤：

S21：将计算好的模型导入到Civil Designer中，导入好的模型如图6所示；

S22：在Civil Designer中定义试验车辆参数，具体地，本实施例中选取40t三轴试验车辆为不开放交通车道加载车辆，拟定该试验车辆荷载大小为P1；2t小客车、10t小货车和55t大货车为开放交通车道加载车辆，拟定该三种试验车辆荷载大小均为P2进行测试。

40t三轴试验车辆两个前轮重80kN，与第二轴之间间距为3.5m，第二轴车轮重160kN，与第三轴之间间距为1.4m，车辆后轮重160kN。

2t小客车前后轮均为10kN，前后轴之间间距为2.9m，试验中，认定中载1和偏载1车道为开放交通车道。

10t小货车前轮重20kN，与第二轴之间间距为3.5m，第二轴车轮重40kN，与第三轴之间间距为1.4m，车辆后轮重40kN。

55t大货车前轮重30kN，与第二轴之间间距为3m，第二轴车轮重为120kN，与第三轴之间间距为1.4m，第三轴车轮重为120kN，与第四轴之间间距为4m，第四轴车轮重为140kN，与第五轴之间间距为1.4m，车辆后轮重140kN。

本实施例中拟定偏载1车道为开放交通车道，偏载2、3车道为不开放交通车道。

S3：基于P1和最大计算效应值Ss计算不考虑开放交通情况下加载效率系数η

本实施例中，在偏载1车道为开放交通车道的情况下，在偏载2、3车道各布置两辆40t三轴试验车辆进行测试，车辆前后间距为1m，测得此方案下最大加载效率系数及达到最大加载效率系数时车辆的位置。

偏载车道测试中，当前车位置为27m，后车位置在19.1m时，加载效率系数η

S4：在S3的基础上，更换开放交通车道上加载车辆的重量P2’，基于P2’和最大计算效应值Ss得到新的加载效率系数η；

具体地，在S3的基础上，保证偏载2、3车道上P1不变，更换开放交通车道即偏载1车道上的车重为P2’，且固定偏载1车道上车辆的间距，仅考虑不同车重不考虑间距的影响，并通过模拟试验求得不同P2下所对应的加载效率系数。

在本实施例中，令开放交通车道上车辆间距均为10m，保证偏载2、3车道上的40t三轴试验车辆位置不变，同时在偏载1车道满布2t小客车，此时加载效率系数η为1.027小于1.05，车辆位置如图8所示；

同样的，保证偏载2、3车道上的40t三轴试验车辆位置不变，同时在偏载1车道满布10t小货车，此时加载效率系数η为1.039小于1.05，车辆位置如图9所示；

保证偏载2、3车道上的40t三轴试验车辆位置不变，同时在偏载1车道满布55t大货车，此时加载效率系数η为1.13大于1.05，车辆位置如图10所示。

S5：重复S3～S4，保证加载效率系数η均小于1.05，并利用所得到的多组车重P2与η之间的关系利用插值法求得当η＝1.05时所对应的车重P0，从而完成不中断交通的桥梁荷载试验中对车重的管制。

具体地，重复S3～S4，对比以上各个布载方案的加载效率系数，记录当固定η

S51：综合上述所记录的布载方案的所得结果，将其整理绘制成加载效率系数同开放交通车道车重的点线图如图11所示，并将所得到的多组数据进行插值，求得η＝1.05时所对应的车重P0。具体的，在本实施例中，通过插值得出当η＝1.05时所对应的车重P0＝15.44t。

S52：根据S51所求得的数据，对参与进行桥梁荷载试验的车重进行调控。

本实施例中选取车重不超过15.44t的加载车辆进行试验，从而起到了对开放交通车道车重的一种管制作用。

综合上述布载方案的结果可得到关于开放交通车道车重与加载效率系数之间的关系，从而可以确定一个车重最大限值，在随后的桥梁荷载试验中可直接选取不超过该车重限值的车辆进行荷载试验，从而对桥梁荷载试验中车重起到了管制作用并对试验过程进行了优化。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。