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不管是橋梁的設(shè)計還是橋梁荷載試驗，都需要對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析，通常采用有限元軟件建立橋梁結(jié)構(gòu)的理論計算模型。橋梁設(shè)計和荷載試驗雖然都是通過有限元模型計算，保證橋梁結(jié)構(gòu)在運營階段的安全。但二者所處的階段不同，其模型計算的思路、理念以及考慮的因素都會有所不同。橋梁荷載試驗是主要是通過橋梁理論計算同試驗測試結(jié)果進(jìn)行對比來對橋梁承載能力進(jìn)行評估的，因此理論計算結(jié)果準(zhǔn)確性直接影響最終評定結(jié)果。目前橋梁荷載試驗?zāi)Ｐ徒⑴c修正還沒有相關(guān)的規(guī)范與指南，不同橋梁檢測單位對于橋梁荷載試驗?zāi)Ｐ徒⒗斫獠煌?，使模型計算時會有一定的區(qū)別從而使計算結(jié)果會出現(xiàn)一定的偏差。中交路橋科技在本文談?wù)剺蛄涸O(shè)計和荷載試驗在模型建立的異同點。
一、橋梁檢測中模型計算相同點
1、總體目的相同
橋梁設(shè)計與橋梁荷載試驗對于橋梁結(jié)構(gòu)模型計算的總體目的是一致的，都是通過橋梁結(jié)構(gòu)受力的理論分析確保設(shè)計的橋梁和通過荷載試驗評定的橋梁在運營過程中的安全。橋梁設(shè)計階段建立結(jié)構(gòu)計算模型，計算在設(shè)計荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)承載能力能夠滿足要求；橋梁荷載試驗通過在設(shè)計荷載或運營荷載作用下模型計算的理論值來評估橋梁的承載能力。
2、模型計算的方法
不管是橋梁設(shè)計還是橋梁荷載試驗，橋梁結(jié)構(gòu)的模型計算都是采用有限元軟件建立結(jié)構(gòu)的有限元模型，需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化來進(jìn)行建模。
二、橋梁檢測中模型計算不同點
1、建模分析的策略不同
橋梁結(jié)構(gòu)的有限元建模根據(jù)計算分析的目的不同，建模的策略也不盡相同，得到的有限元模型也有較大差別。橋梁在設(shè)計階段建立的有限元模型相對實際結(jié)構(gòu)而言簡化較多且參數(shù)均是按照規(guī)范取值，計算分析的結(jié)果也偏保守。對于中小跨徑橋梁來說，由于橋面鋪裝（尤其是現(xiàn)澆調(diào)平層）等二期恒載對實際結(jié)構(gòu)的剛度有一定的貢獻(xiàn)，對于二期恒載的剛度貢獻(xiàn)在橋梁設(shè)計階段是不建議考慮的，不考慮橋梁二期恒載的貢獻(xiàn)對于設(shè)計計算是偏于安全的，會提高橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全系數(shù)。對于拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計在模型計算時可以不考慮拱上結(jié)構(gòu)對于其承載能力的貢獻(xiàn)，這對橋梁是安全的。
而橋梁荷載試驗承載能力評定主要是通過撓度和應(yīng)變的校驗系數(shù)來評定橋梁結(jié)構(gòu)承載能力，而校驗系數(shù)為實測值與理論計算值的比值。如果橋梁荷載試驗?zāi)Ｐ徒⒉豢紤]二期恒載或拱上結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，可能造成理論計算值的偏大，校驗系數(shù)計算值就會偏小，這對于橋梁承載能力評估是偏于不安全的。
而橋梁在進(jìn)行荷載試驗時結(jié)構(gòu)已是成橋狀態(tài)，并且在結(jié)構(gòu)自重與二期鋪裝等恒載作用下結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受了很大的內(nèi)力，故建模時須考慮結(jié)構(gòu)初始單元內(nèi)力的影響。因此荷載試驗的有限元建模如果不加以考慮會造成理論計算結(jié)果“失真”，從而導(dǎo)致對結(jié)構(gòu)承載能力的評價“誤判”。
2、模型計算參數(shù)不同
橋梁設(shè)計模型計算時，橋梁結(jié)構(gòu)模型的計算的材料特性參數(shù)按照規(guī)范進(jìn)行取值，截面尺寸按照設(shè)計參數(shù)進(jìn)行取值。對于橋梁荷載試驗，如果模型計算參數(shù)按照規(guī)范和設(shè)計參數(shù)進(jìn)行取值可能會造成較大的偏差。既有橋梁材料隨著運營時間的增加會出現(xiàn)一定的退化，材料的特性會發(fā)生變化。此外橋梁結(jié)構(gòu)的尺寸由于施工誤差以及運營過程中幾何狀態(tài)的變化，材料特性參數(shù)和幾何尺寸按設(shè)計狀態(tài)建模會導(dǎo)致計算結(jié)果的不真實。
3、橋梁結(jié)構(gòu)損傷或病害的影響
橋梁設(shè)計階段模型建立不考慮結(jié)構(gòu)損傷或病害對其影響，而在橋梁荷載試驗時，模型建立需要考慮結(jié)構(gòu)損傷或病害對結(jié)構(gòu)的影響。例如對于預(yù)制梁板橋，鉸縫由于損傷會造成橋梁在橫向受力分布不同，需要根據(jù)橋梁荷載試驗實測撓度分布來對模型進(jìn)行修正。對于橋梁上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂狀態(tài)，需要考慮裂縫對其受力狀態(tài)的影響。
4、控制荷載不同
橋梁設(shè)計階段計算時通常按照設(shè)計荷載等級狀態(tài)下，對不同荷載組合狀態(tài)進(jìn)行驗算。而橋梁荷載試驗的目的是評價運營狀態(tài)橋梁工作性能，由于實際運營荷載與設(shè)計荷載等級可能存在很大的差異，因此準(zhǔn)確評價橋梁承載能力需要用實際運營荷載作為控制荷載。目前由于橋梁管理單位沒有實際運營荷載的統(tǒng)計模型數(shù)據(jù)，因此荷載試驗加載往往采用設(shè)計荷載進(jìn)行加載，使荷載試驗的評估結(jié)果難以反映橋梁的承載能力等工作性能。
綜上所述，橋梁荷載試驗在模型計算時應(yīng)考慮橋梁結(jié)構(gòu)材料退化、實際結(jié)構(gòu)尺寸、損傷對其受力影響等因素，并結(jié)合橋梁試驗參數(shù)對模型進(jìn)行修正，使橋梁結(jié)構(gòu)模型能反映橋梁結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)。
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