英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
从荷载试验了解桥梁的承载力等级
Chun S. Cai，PE1和Mohsen Shahawy，PE2
摘要：本文讨论了与现场测试结果有关的现有桥梁的承载力等级的一些问题。通过讨论两种测试的评分公式来介绍能力评估的验证和诊断负荷测试原理。验证额定载荷被证明是一种下限方法。诊断等级与线性外推相同，意味着自然界的上限方法。讨论了文献中用于计算载荷分布因子的两种不同方法。这两种方法在理论上证明在理想情况下是相同的，但由于许多场因素的影响，可能在现场桥梁上有显着不同。为了区分这两种方法，一种被定义为载荷分布因子（LDF），另一种被定义为梁分布因子（GDF）。用一个例子来展示讨论。结果表明，一方面，测得的LDF虽然是通过测量应变计算出来的，但不能完全反映现场桥梁的承载能力状况。它只反映了大梁之间的相对载荷分布。另一方面，GDF方法可能会高估桥梁容量，因为它包含了所有的有益效果。一些有益的影响可能对于最终容量并不可靠，因此需要从容量等级中去除.
DOI：10.1061 /（ASCE）1084-0680（2003）8：4（209）
CE数据库主题标题：承载能力; 桥梁;荷载试验。
介绍:
恶劣的环境条件，材料老化以及重型车辆的影响导致结构恶化，影响现有桥梁的承载能力。这些变化需要定期评估和更新承载能力。容量评估过程被定义为额定载荷。经常通过负载测试检查低负载级别或计划更换的可疑桥梁。分析从这些测试中收集的信息以评估桥接额定值。使用现场负载测试评估公路桥梁的行为越来越受欢迎。
来自现场荷载试验的结果表明，在许多情况下，测量的活荷载应力远远低于分析方法所预测的荷载应力，特别是对于预应力混凝土桥梁。测试结果还表明测得的载荷分布因子通常小于设计规范预测的载荷分布因子。
这种差异可归因于许多因素，如隔膜作用，护墙僵硬，次要构件的贡献，混凝土硬化，意外复合作用以及无意的轴承限制。这些因素的存在通常有利于活载分布和桥梁容量。另一方面，也存在有害的场因素，例如钢构件的腐蚀，由于裂纹引起的断面损失，并导致材料劣化，导致承载能力下降。这些场因素的影响通常在新的桥梁设计中不予考虑。考虑到现有桥梁的容量等级中的这些因素，可以更准确地预测桥梁的容量。但是，这些场因素的影响通常难以量化。在本文的讨论中，现实中存在但其对桥梁性能的影响难以量化的因素被定义为场因素。相应地，与理想计算模型不同的现有桥被定义为现场桥。在许多情况下，由于现场因素的不确定性，不可能有适当的分析评级。
建议进行负载测试的典型原因可能是结构元件的物理损坏，有关完工计划的可疑或不足的信息，或影响性能但在分析评估中无法充分说明的任何物理特性。在决定使用负载测试来建立桥梁的额定载荷之前，通常要进行分析强度评估。这种强度评估（额定载荷）通常基于一些假设，例如劣化程度，连续性程度和材料属性。负载测试有助于验证这些假设并建立更精确的负载能力。来自负载测试的信息也可用于估算负载分配因素和影响因素。
有两种类型的测试：验证负载测试和诊断测试。测试程序是相同的。这两种类型的测试之间的区别在于负载水平和用于解释测试结果的策略。
当桥梁出现遇险迹象时，例如腐蚀或无法量化的损坏，怀疑建造的桥梁与合同计划不同时，或出于阻碍确定桥梁的任何其他原因桥梁容量。在验证载荷测试中，桥梁逐渐加载到目标活载。建立的评级是真实承载能力的下限，这将在后面讨论.
诊断负载测试通常用于将实际桥接响应与分析值进行比较。从测试中获得的信息用于验证分析假设并确定预测能力是否准确。
总之，负载测试的目标通常是：（1）评分现有桥梁的承载能力;
（2）评估桥梁修理的有效性; （3）诊断桥梁行为
如活荷载分布和动态影响因素。现场测量是检查设计代码规格中使用的假设的重要信息来源。适当的额定载荷可消除一些不必要的改造/拆卸，并确定任何不安全的条件以确保公共安全。
本文的目的是讨论作家在使用现场测量评估现有桥梁时遇到的一些问题。这些讨论将有助于工程师制定负载测试策略并理解和解释测试结果，以便正确评估现场桥梁的承载能力。
分析负载额定值
为了便于根据现场测试对容量等级进行讨论，AASHTO（1994）的分析评级方法简要描述如下：
其中RF =评分因子; C =应力能力（Fy）或力矩能力（c：Mn）; D =静载荷应力（lt;Jd）或力矩（Md）; L=由评级车辆引起的活载荷应力（lt;J）或力矩（M）; I =影响因子; A1=静载荷的载荷系数; 和A2=活载的载荷系数。 对于负载因数评级方法，A1选择为1.3，A2为1.3，用于操作等级和库存评级为2.17。对于允许应力额定值方法，A1= A2= 1.0，C =容许应力，这在库存和运行额定值上是不同的。
桥梁的额定负荷取决于大量的变量。为了创建一个分析模型，必须对个别桥梁组件进行某些假设。为了简化分析，在设计规范中规定了活载梁分布因子（GDF）（AASHTO 1996; 1998）。 GDF被定义为由组件承载的活载与由隔离梁上的车道或车轮载荷产生的活载的比率。一旦GDF已知，由单个成员进行设计的活负载时刻ML计算为
ML= MWLGDF (2)
其中MWL=设计车辆车轮荷载下的计算梁力矩。 AASHTO（1998）LRFD规范规范的定义是相似的，但是以车轴而不是车轮负载为条件。
带有验证负载测试的评级：下限
顾名思义，验证载荷试验就是用来证明为活载保留的桥梁承载能力，即最终承载能力减去静载荷效应，如公式（5）中的提名者所示。（1）为了找到真正的容量，需要对桥进行失效测试，当然，这不是大多数桥测试的目标。相反，桥梁测试达到目标负载。一旦目标负载到达，或者桥梁显示任何遇险迹象，测试结束。然后使用最终的测试载荷来评估桥梁。这可以通过替换方程式中的CA1D的值来完成。
（1）以经过验证的（最终的）活载能力作为瞬间格式
其中M测试=施加试验载荷下测得的梁力矩; 和M=由于评级车辆而产生的预测梁力矩。
验证负载测试通常用于确定工作额定值。根据桥梁评估手册（AASHTO 1994），库存评级从运行评级中减少一个因子，例如1.67。在这种情况下，如果桥梁的目标库存负荷评级系数为1.0，则考虑到最差的位置，需要将测试时刻M测试= 2.17M鼠（1 I）放置在桥上和车道组合。 如果测试成功，则根据公式（3）是1.67，库存评级相应为1.0。
在测试中使用的测试车辆通常不同于评估桥的容量的评级车辆。据报道，梁分布系数对车辆结构不敏感（Arockiasamy et al.1997）。因此，假设测试车辆的主梁分布系数与评级车辆的主梁分布系数相同，（3）可以根据轮负载矩改写:
其中M测试-WL和M鼠WL分别为测试车辆和评级车辆的车轮负载力矩。 式。 （4）表明，验证载荷试验的载荷额定值可以方便地根据由梁分析预测的车轮载荷力矩比（M测试-WL和M鼠WL）计算。
值得注意的是，验证载荷试验等级的活载系数（A2）可能与分析等级（TRB 1998）不同。 这是由于事实证明测试中的活载能力实际上是被证实的而不是假定的。 然而，如果使用与AASHTO（1994）的值不同的值，则需要进一步研究以确定验证负荷试验的适当因子（A2）。
由于桥梁的承载能力可以从负载测试中直接得到证实，所以验证负载测试不需要复杂的桥梁分析。但是，由于目标活荷载通常远大于服务荷载，因此需要采取一些预防措施，以尽量减少损坏桥梁的风险。可以使用精细分析来确定实际的目标负载。同时，在每次负荷增量时，应密切观察并通过比较测量数据和预测来仔细监测试验以确保安全。如果负载的增加可能会损坏桥梁，例如观察到非线性行为的地方，那么应该终止测试。需要注意的是，验证负载测试是建立一个足以达到目标等级的下限容量，而不是找到导致电桥故障的最终承载力。
尽管施加在桥上的总试验载荷是已知的，但是在等式（3），M测试不是直接已知的。 人们可以假设M测试是用束理论计算的，即M测试= eES; 其中e，E和S分别是被测量的应变，材料的弹性模量和剖面模量。 由于以下原因，此假设可能导致负载测试的评级结果不合适：
以钢 - 混凝土组合桥为例。 由于材料性质的变化，混凝土E的curate值是未知的，且S的精确值未知，因为这些部分既不是复合材料也不是非复合材料，而是介于两者之间的事实。
如前所述，一些有利的场因素导致测量应变e较低，与没有-实地现场因素。这个较低的应变意味着MTES= eES的较低值，导致公式 （3）这与逻辑推理相矛盾; 有利的场因素应该导致更高的RF而不是更低的RF。因此，假设M测试=方程式中的eES （3）可能导致不合逻辑的评级。使用轮负载力矩比在等式避免计算所谓的测量的测试力矩M测试并且结果是合乎逻辑的; 施加在没有遇险的桥上的载荷越大，M测试-WL和M测试-WL/ M鼠WL就越大，相应地，RF越大。
诊断负荷测试评分：上限证明和诊断测试之间的差异之一是测试负载的水平。一般来说，诊断中的负载水平测试低于验证负载测试中使用的测试。另一个区别是解释测试结果的方式。如前所述，验证测试的目的是找到桥接电容的下限
保留活动负载。相比之下，诊断测试的结果被用来取代或校准活荷载效应的理论预测。
虽然验证负载测试可以直接证明桥梁承载力，还有其他情况下诊断测试是首选。其中一些情况如下：
·检查和分析的信息表明，桥梁不能冒险承担验证负载测试所要求的目标活载。
测试
- 测试车辆的负载能力无法提供验证负载测试所需的目标活载。
- 交通条件可以防止将测试车辆置于验证负载测试所要求的所有可能的车道组合中，以产生最大的活载效应。
- 根据以往类似桥梁和观测行为的经验，进一步加载不是必需的，并且在目标活载之前终止测试。
在使用诊断策略的评级中，通过测试测量或校准的活荷载效应用于代替等式（1）中L鼠的分析值。 （1） 例如，压力格式的评级，通常用于钢桥
其中lt;Jm=由于评级车辆而产生的测量或校准应力。 可以看出，方程 （5）与Eq。中给出的分析评级类似。 （1），除了测量活荷载应力而不是预测。 应该指出的是，尽管lt;Jm是从测试中，由于两个原因，评级不一定反映真实容量。首先，静载荷效应（lt;Jd或Md）和构件容量（Fy或c：Mn）基于假定的信息。 其次，如后面将讨论的那样，等式 （5）实际上是一个线性外推的测试性能达到极限状态。这可能导致由于裂纹和相关的非线性行为导致的强度估计不准确，理论上使线性外推无效。
鼠
在很多情况下，测试车辆的配置与评级车辆的配置不一样。在这种情况下，由于评级车的活载效应不能直接测量，因此它们与测试车的解释（校准）一样.
方程式中的分析活载效应（6）可以在轴载或轮载下使用，只要对于评级和测试车辆都使用相同的原则。值得注意的是，由于不同的车轴结构，活荷载效应的比率可能与总重量的比率显着不同。因此，在前面的计算中使用权重比来代替活荷载效应的比例是不合适的。
用方程（6）代入方程（5）给出
一个精炼的分析模型。例如，如果一个分析模型高估了活载荷应力lt;J测试，那么它将低估RFa，反之亦然。 lt;J测试和RFa的乘积近似恒定。 因此，可以使用简化的方法，例如AASHTO规范规范（AASHTO 1996）中规定的梁分布系数法来预测lt;J测试和RFa。 测量的应力lt;Jm中反映了场因素的影响。
测试
建议所应用的诊断负载应至少接近服务负载水平。一些场因素是依赖于负载的。太小的负载可能不会激活某些场地因素，无论是有益的还是有害的。例如，轴承可能部分锁定在低负载水平，但会在更高的负载水平下解锁。
如前所述，诊断评级[方程（5）]相当于一个线性外推。这个观察被讨论, 随后更好地了解诊断评级的性质。如图1（a）所示，假设应用的测试时刻M测试导致测量的活载荷应力lt;Jm，然后通过使用线性外推法计算用于消耗活载荷的可用应力容量所需的活载荷力矩Fy-A1lt;Jd ， 将会
其中MLC=基于线性外推的最终活载能力。
因此，基于线性外推的钢桥评估因子（应力形式）将从方程式推导出来。（3）和（8）作为评分。在最终阶段可能不存在一些有利因素，其影响已包括在测量的应力中。
可以看出，诊断评级[方程（7）]与方程（9），这是基于容量的线性外推。桥梁行为从测试载荷到极限状态的线性外推导致本质上不保守的上限容量。对于大多数桥梁来说，达到最终状态的桥梁的线性行为是不可能的。因此，诊断评级结果在服务负荷水平上可靠，但在应用于极限承载能力时需要更仔细地进行检查。
内部和外部时刻的差异
为了便于讨论，内部和外部时刻的解释是必要的。正如其他研究人员（Bakht和Jaeger 1988 1990,1992; Stallings and Yoo 1993）所报道的，对于现场桥梁，梁内部力矩（2-emEjSj）的总和可能显着不同于由于前面讨论的场因素的影响所施加的总外部力矩（nM测试-WL）。 这种差异并不意味着违反均衡。 这种差异是由于场因素导致在简化计算中无法准确计算内部和外部时刻。
lt;
全文共9806字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[12896]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
