2001年--橋梁工程外文翻譯--梁橋在活動(dòng)荷載下的內(nèi)力分布（譯文）

1、<p>　　中文6900字,4800單詞，2.4萬英文字符</p><p>　　出處：Eom J, Nowak A S. Live Load Distribution for Steel Girder Bridges[J]. Journal of Bridge Engineering, 2001, 6(6):489-497.</p><p>　　梁橋在活動(dòng)荷載下的內(nèi)力分布<

2、/p><p>　　Junsik Eom,Andrzej S. Nowak</p><p>　　文摘:本文論述了貨車荷載在梁橋上的分布。以前的以采用有限元方法為基礎(chǔ)的分析</p><p>　　研究表明,在橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的梁分布系數(shù)(GDFs)是不準(zhǔn)確的。特別要注意的 是,GDFs 似乎限制了對(duì)較大的跨度和梁間距的影響,但是對(duì)短的跨度和梁間距太容許了。 因此,對(duì)大約20

3、座跨度達(dá)到45米的鋼梁橋進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。通過每個(gè)結(jié)構(gòu)測(cè)試，GDFs 是 由在梁體加載重型卡車后測(cè)量出的應(yīng)變所決定。測(cè)試卡車是軸重11t 的車輛,載荷達(dá)到了 密西根州的法律限制(超過650 kN)。記錄的應(yīng)變,分別為一輛卡車單獨(dú)行駛和兩輛卡車 并行時(shí)的。這些測(cè)試都是重復(fù)在爬行速度和正常行車速度的位置。在所有的被測(cè)試橋中, 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)所確定的 GDFs 均低于規(guī)范規(guī)定值。此外,這些橋梁使用商業(yè)有限元軟件 ABAQUS 進(jìn)行了分析。分析結(jié)果和現(xiàn)

4、場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定值進(jìn)行了比較。觀察到應(yīng)變的最大值和相應(yīng)的應(yīng) 力均低于利用 ABAQUS 分析所獲得的值。這種差異的原因是由意想不到的復(fù)合作用和局 部穩(wěn)定性所證實(shí)的(而不僅是簡單的支持)。</p><p><b>　　引言：</b></p><p>　　通過結(jié)合已發(fā)展的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范(AASHTO 1994, 1998）的分析研究表明橋梁設(shè)計(jì)規(guī) 范(1996 年)中規(guī)定梁分布系

5、數(shù)(GDFs)對(duì)某些種類的橋梁是不精確的。特別的，分析表明 GDFs 過分限制了對(duì)較大的跨度和梁間距的影響,但是對(duì)短的跨度和梁間距太容許了。</p><p>　　準(zhǔn)確 GDFs 知識(shí)用以確定活載（卡車荷載）對(duì)橋梁梁影響的實(shí)際數(shù)值。高估的 GDFs 值可以有嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)后果，因?yàn)橛腥毕莸臉蛄罕仨毿迯?fù)或恢復(fù)。根據(jù)目前的評(píng)價(jià)程序， 許多橋梁多有不足，被認(rèn)為是在需要修理或更換。因此，本研究的目的是驗(yàn)證規(guī)范中規(guī) 定的跨度

6、為10-45米鋼箱梁橋的 GDFs 值。驗(yàn)證是進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和有限元法分析。對(duì)現(xiàn) 有的橋梁進(jìn)行評(píng)估，以確認(rèn)其是否足夠的交通負(fù)荷。評(píng)估所需的主要參數(shù)包括實(shí)際載荷 和承載能力。</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是關(guān)于努力解決不斷惡化的基礎(chǔ)設(shè)施而日益重要的話題。有一種廉價(jià)的方 法準(zhǔn)確驗(yàn)證，載荷分配核查及實(shí)際承載能力的測(cè)定。在密歇根州相當(dāng)多的橋梁建于20世 紀(jì)50年代和60年代。他們中的許多顯示有缺陷的跡象。特別是，許多鋼鐵

7、和混凝土結(jié)構(gòu) 的腐蝕特別嚴(yán)重。通過分析研究，這些橋梁都不足以負(fù)擔(dān)正常的公路交通荷載。但是， 由于更為有利的荷載分擔(dān)，非結(jié)構(gòu)成分的影響（護(hù)欄，欄桿，和人行道），以及其他難</p><p>　　以量化的因素，實(shí)際的承載能力往往比那些可以通過分析（Bakht 和 Jaeger 1990年） 而確定的要更高?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試可以揭示隱藏的強(qiáng)度儲(chǔ)備，從而驗(yàn)證橋梁的實(shí)用性。</p><p>　　以前的研究是由

8、 Kim 和 Nowak（1997年）及 Nowak（1999年，2000年）等人提出的。 大約20座結(jié)構(gòu)被選定為在密歇根州橋庫存中的代表。對(duì)于每個(gè)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試和 分析。主梁通過儀器測(cè)量，以及應(yīng)變和應(yīng)力是通過沉重的卡車（761千牛）加載測(cè)量的。 GDFs 通過一車（一道加載）和兩輛卡車并排側(cè)（兩車道加載）計(jì)算出的。該 GDFs 也取 決于先進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析和有限元法（FEM）的基礎(chǔ)上。當(dāng)前可用的計(jì)算機(jī)程序允許的數(shù)學(xué) 精度有非常高的程

9、度。然而，即使是最新一代的有限元程序也有限制，那是輸入數(shù)據(jù)， 特別是材料性質(zhì)和邊界條件的準(zhǔn)確性。實(shí)際的支持條件難以代表解析。非結(jié)構(gòu)部件，如 人行道，路緣，和護(hù)欄等有助于整體剛度，這是很難估計(jì)和分析這方面的貢獻(xiàn)。</p><p>　　本研究僅涉及力矩的 GDFs 值。剪力的 GDFs 值沒有考慮。</p><p>　　規(guī)范指明的 GDFs</p><p>　　測(cè)量 G

10、DFs 對(duì)按目前的設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算值進(jìn)行了比較。在這個(gè)文件中，GDFs 被應(yīng)用 到卡車，而不是一個(gè)完整的輪載（半卡車）線。AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)1996年）和 AASHTO LRFD 橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范（AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)1998）指定了不同的主梁和梁 室內(nèi)外梁分布系數(shù)。然而，在外部梁的應(yīng)變測(cè)量絕對(duì)值非常小。因此，對(duì)于外部梁梁分 布不考慮這項(xiàng)研究。</p><p>　　對(duì)于室內(nèi)梁彎矩，AA

11、SHTO 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)1996年）指定 GDFs 如下。對(duì)于一 車道鋼梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，梁分布系數(shù)是</p><p>　　而多車道鋼梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土梁</p><p><b>　　S=梁間距</b></p><p>　　在 AASHTO LRFD 橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中（AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)1998年）指定為一主梁間距，跨度長，

12、剛度參數(shù)，分布系數(shù)和橋梁偏功能。對(duì)于一車道室內(nèi)梁彎矩，梁分布系數(shù)是</p><p><b>　　而對(duì)于多車道加載</b></p><p>　　式中：S為梁間距（mm）；L為梁跨度（mm）；Kg =n(I+Aeg2)；ts為混凝土板厚度（mm）； n為梁和板材料模塊化的比例；I為主梁慣性矩(mm4)；A為梁的截面積(mm2)；eg為重力 梁和板的中心之間的距離的(mm)

13、；θ=傾斜角（度）。在AASHTO LRFD橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中</p><p>　?。ˋASHTO標(biāo)準(zhǔn)1998）公式基礎(chǔ)上開發(fā)NCHRP項(xiàng)目12-26（Zokaie等人1991）。該公式包括 主梁間距S，縱向剛度參數(shù)Kg及梁跨度L。AASHTO標(biāo)準(zhǔn)荷載分配（AASHTO標(biāo)準(zhǔn)1994）與指 定的AASHTO LRFD橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中（AASHTO標(biāo)準(zhǔn)1998）的是同類型負(fù)載因素。</p><p>

14、<b>　　選橋</b></p><p>　　這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是與跨度為10至45米的簡支鋼箱梁橋。對(duì)一百多座橋進(jìn)行檢驗(yàn)，以 檢查他們的負(fù)荷測(cè)試的可行性。考慮的參數(shù)包括輔助測(cè)試設(shè)備，交通量（平均每天的交 通流量<15000），偏度（不超過307），和特別情形的存在。最后，有17座橋梁被選用為 代表密歇根州運(yùn)輸部提出的這項(xiàng)研究。</p><p>　　所有選定的橋梁負(fù)

15、載兩行車輛。有關(guān)詳情見于表1。一個(gè)典型的橫截面如圖1所示。</p><p><b>　　荷載測(cè)試程序</b></p><p><b>　　儀器儀表和數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　　圖1：典型例子的截面和應(yīng)變傳感器（橋位號(hào) 15）</p><p>　　表1.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選定的橋梁</p>

16、<p>　　應(yīng)變傳感器被裝到鋼梁底部邊緣的下表面或上表面。所有儀器均在梁跨中。對(duì)于一 些橋梁，應(yīng)變傳感器也被安裝在靠近支座用來衡量支座規(guī)定的力矩約束和梁跨中位置來 衡量沿梁跨度的變化。</p><p><b>　　荷載分配試驗(yàn)</b></p><p>　　為計(jì)算 GDFs 的應(yīng)變數(shù)據(jù)取自于跨中梁底邊緣。所采取的測(cè)量是一個(gè)和兩個(gè)車道的，</p>

17、<p>　　每一個(gè)為密歇根州的三個(gè)單元，11軸汽車與已知重量和車軸的配車。在密歇根州，對(duì)于 中小跨徑的橋梁跨中最大的力矩是由11軸貨車，與車輛總重量可達(dá)730千牛軸載配置而 定。這幾乎兩倍于其他國家的法律所允許的載荷。大多數(shù)州允許高達(dá)5或6軸車與350千 牛的最高車輛總重量。測(cè)試的卡車車軸重量在實(shí)際測(cè)量之前，權(quán)衡所有橋梁所能承擔(dān)的 荷載。應(yīng)變數(shù)據(jù)被用來計(jì)算載荷分布系數(shù)（即梁分布系數(shù)）。</p><p&g

18、t;　　單輛卡車在一條車道上和單輛卡車在其他車道的應(yīng)變數(shù)據(jù)疊加與兩輛卡車并排取 得的結(jié)果進(jìn)行了比較，作為橋線彈性行為的驗(yàn)算。</p><p>　　每個(gè)測(cè)試的橋梁，測(cè)試車以模擬在靜態(tài)載荷時(shí)爬行速度和正常速度行駛，以獲得橋 梁的動(dòng)態(tài)效果。</p><p>　　通過測(cè)試結(jié)果計(jì)算荷載分布系數(shù) 對(duì)于每一個(gè)梁，梁分布系數(shù)是通過獲得了靜載（爬行速度）在沿著橋的同一長度截</p><p

19、>　　面的最大靜態(tài)應(yīng)變計(jì)算出的。戈恩等人（1986）認(rèn)為，對(duì)于每一片梁，梁分布系數(shù)等于 在該梁上的靜態(tài)應(yīng)變與所有在其他梁上的靜態(tài)應(yīng)變總和的比。斯托林斯和 Yoo（1993） 所使用的受力應(yīng)變占了梁不同截面模數(shù)。因此，第 i 梁的梁分布系數(shù) GDFi，可推導(dǎo)如下：</p><p>　　Mi =第 i 個(gè)梁彎矩；E=彈性模量；Si =第 i 梁截面模量；Sl=標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部截面模量；εi =在 第 I 梁底部邊緣最

20、大靜態(tài)應(yīng)變；wi =第 i 梁的截面模量與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部截面模量的比值；k = 梁數(shù)。當(dāng)所有具有相同的梁截面模數(shù)時(shí)（即當(dāng)考慮的因素是所有梁的 Wi 等于 1），（7） 相當(dāng)于戈恩等人的（1986 年）。</p><p>　　對(duì)于兩輛卡車并排加載在雙線橋上，梁分布系數(shù)計(jì)算的（7）乘以 2 得到的值必須 與規(guī)范中指定的值比較，因?yàn)楹笳呤窃谝惠v卡車的荷載效應(yīng)。</p><p><b>　　有

21、限元分析</b></p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，分析計(jì)算。該分析采用 ABAQUS 的有限元法程序（ABAQUS 的 1996 年）由密歇根大學(xué)提供。材料和其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，基于對(duì)實(shí)際的評(píng)價(jià)指南和規(guī)范 中現(xiàn)有鋼鐵和混凝土橋梁（AASHTO 標(biāo)準(zhǔn) 1989 年），以及經(jīng)檢測(cè)后補(bǔ)充收集的與工程有關(guān) 的橋梁的信息。</p><p>　　對(duì)于有限元分析的目的，是可以對(duì)橋梁上部結(jié)

22、構(gòu)的幾何形狀做許多不同的方式理想 化。在這項(xiàng)研究中，建立了三維有限元法是適用于調(diào)查所考慮的橋梁結(jié)構(gòu)。混凝土板是</p><p>　　模擬三個(gè)自由度，每個(gè)節(jié)點(diǎn)各向同性，八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元。梁邊緣和網(wǎng)絡(luò)的建模使用三維， 四邊形，四節(jié)點(diǎn)單元以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)六個(gè)自由度（Tarhini 和弗雷德里克 1992）。次要因 素，如人行道護(hù)欄，結(jié)構(gòu)性影響，也考慮到在有限元分析模型。某一個(gè)以具有七片梁并 且梁間距 2.21m 的橋的有限元

23、建模例子如圖 2 所示。</p><p><b>　　邊界條件</b></p><p>　　所有調(diào)查的橋梁都是簡支梁。但是，在老結(jié)構(gòu)，軸承腐蝕的原因往往為旋轉(zhuǎn)和縱向 位移額外的限制。據(jù)觀察，也正如其他作者（Bakht 和 Jaeger 1988; 舒爾茨等 1995 年） 報(bào)告指出即使在邊界條件的微小變化對(duì)結(jié)果有相當(dāng)大的影響。</p><p>

24、　　圖 2：有限元模型網(wǎng)格例圖（第 15 座橋）</p><p>　　圖 3：三例邊界條件的有限元分析法：（一）簡支橋; （二）較低鉸接支承端的橋; （三）具有部分 固定端的橋</p><p>　　因此，三例在有限元模型中的邊界條件，如圖 3 所示。在圖 3（a）項(xiàng)，支承是由一 個(gè)鉸接端和一個(gè)滾軸端組成。在圖 3（b）項(xiàng)，這是假設(shè)這兩個(gè)支承都是鉸接，無縱向（水 平）方向位移。在圖 3（c）

25、項(xiàng)，支承被認(rèn)為是頂部和底部邊緣采用彈性彈簧單元的部分 固結(jié)，由 K 值代表剛度。在實(shí)際中，有許多影響了部分支承固定性的參數(shù)，并在此外， 部分支承固定性程度可以因梁而異。然而，這是非常難以確定這些差異的，并運(yùn)用相應(yīng) 的彈簧系數(shù) K 到每個(gè)支承上。因此，在這項(xiàng)研究中，與 Ktop 和 Kbottom 有相同的值和假設(shè)， 并應(yīng)用到橋梁的所有支承。通過試驗(yàn)和糾正，適當(dāng)?shù)?K 值通過比較由有限元分析的在跨 中下翼緣的應(yīng)變值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的值而得出的。

26、</p><p><b>　　應(yīng)用載荷</b></p><p>　　荷載是以兩個(gè) 11 軸，三聯(lián)卡車的形式，與在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中使用的相同。輸入數(shù)據(jù)包 括軸重，軸間距。</p><p>　　卡車被指定在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在實(shí)際測(cè)試中以該貨車橫向位置為測(cè)量位置。應(yīng)變傳感器 的位置位于卡車的縱向位置上生產(chǎn)的跨中最大彎矩處。跨中彎矩是通過簡支梁上使用影 響線計(jì)算出

27、的。</p><p>　　橋上的車位置確定后，集中載荷是呈線性分布在相鄰節(jié)點(diǎn)上，裝載位置是基于圖 4</p><p>　　布置的。這樣，兩輛卡車 44 輪的集中荷載以規(guī)范中的 176 等效集中力荷應(yīng)用到橋上。</p><p>　　這項(xiàng)研究只考慮垂直荷載。圖 5 顯示了被測(cè)試的某一橋梁的荷載分布。</p><p>　　圖 4：集中荷載在鄰近

28、節(jié)點(diǎn)的分布圖 5：有限元模型兩車道加載時(shí)荷載分布的例圖（第 15 座橋）</p><p><b>　　測(cè)試結(jié)果</b></p><p>　　對(duì)于每一個(gè)橋梁，收集的應(yīng)變數(shù)據(jù)作為 GDFs 發(fā)展的基礎(chǔ)。</p><p>　　圖 6 和圖 7 顯示的是通過測(cè)量由兩輛卡車并排方造成的壓力而計(jì)算出的 GDFs 絕對(duì) 值。在圖 6 中，17 座橋梁中測(cè)試

29、的 GDFs 最大值的標(biāo)示位置與跨度是相對(duì)的?？梢钥闯觯?沒有一個(gè)可以作為跨長功能變化的明顯趨勢(shì)。在圖 7 中，GDF 的測(cè)試值是根據(jù)梁間距繪 制的?？梢园l(fā)現(xiàn)這兩個(gè)參數(shù)有些微弱的相關(guān)性。</p><p>　　圖 8 和圖 9 顯示出從測(cè)試和橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值（橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 1996 年）和美國橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范（橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 1998）獲得的 GDF 的比值。按照美國橋梁 設(shè)計(jì)規(guī)范（橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 1

30、998）計(jì)算出的 GDF，而值實(shí)際使用的是由公式 K /(Lt 3) [see (3)–(6)]得出的。測(cè)試的 GDFs 值是不同的卡車裝載位置的最大值。在圖 8 中， GDFs 值的比率變化與跨度長相對(duì)，在圖 9 中，與梁間距相對(duì)。很明顯，規(guī)范中指定的 兩車道加載時(shí)的 GDFs 值是保守的，而在大多數(shù)情況下，或等于測(cè)量值，但不能太寬松。 對(duì)一個(gè)很大程度的變化進(jìn)行了觀察，即使有類似的結(jié)構(gòu)參數(shù)，部分原因是由于非結(jié)構(gòu)部 分，如人行道和欄桿性

31、及任意的部分支承固定。</p><p>　　圖 6：兩車道加載時(shí)測(cè)試的 GDFs 與跨長的關(guān)系圖 7：兩車道加載時(shí)測(cè)試的 GDFs 與梁間距的關(guān)系</p><p>　　圖 8：兩車道加載時(shí)測(cè)試的 GDFs 與規(guī)范值的比值和跨長的關(guān)系 圖 9：兩車道加載時(shí)測(cè)試的 GDFs 與規(guī)范值的比值和梁間距的關(guān)系</p><p>　　為了比較，通過得到一個(gè)單一卡車

32、加載測(cè)量的 GDFs 值與規(guī)范中一車道加載所指定 的 GDFs 值的比值，如在圖 10 和圖 11 所示。結(jié)果表明，對(duì)于一車道加載，AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　（AASHTO 1996 年）和 AASHTO LRFD（AASHTO 1998 年）中指定的都太保守了。 總之，圖 8 至 11 證實(shí)對(duì)于短跨度橋梁 AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO 1996 年）AASHTO LRFD</p>

33、<p>　　（AASHTO 1998）中指定的 GDFs 值都不能過分的容許。AASHTO LRFD (AASHTO 1998)提 供的 GDFs 值更接近測(cè)量值。</p><p>　　規(guī)范指定值和實(shí)驗(yàn)測(cè)定值之間的差異表明實(shí)際的橋梁狀態(tài)與規(guī)范中假設(shè)的有不同。 這可能是退化的原因。</p><p>　　為了驗(yàn)證橋梁上卡車加載線性反應(yīng)，比較了單一卡車分別在相鄰車道上加載所測(cè)量 的應(yīng)

34、變疊加值與兩輛并排加載所測(cè)量的應(yīng)變值。圖 12 為所考慮的橋梁的最大的疊加應(yīng) 變值與兩輛卡車最大應(yīng)變值的比值。比值都在 65％以內(nèi)，這是橋梁行為的線性反應(yīng)的一 個(gè)很好體現(xiàn)。</p><p>　　圖 10：單車道加載時(shí)測(cè)試的 GDFs 與規(guī)范值的比值和跨長的關(guān)系 圖 11：單車道加載時(shí)測(cè)試的 GDFs 與規(guī)范值的比值和梁間距的關(guān)系 圖 12：兩車道加載時(shí)測(cè)試應(yīng)變與疊加應(yīng)變的比值和跨長的關(guān)系</p>

35、;<p><b>　　有限元分析結(jié)果</b></p><p>　　使用三維有限元法計(jì)算了所考慮的橋梁的應(yīng)變值。有限元應(yīng)變值用來計(jì)算 GDFs 值。 在表 1 所示的是對(duì) 14 座橋梁的分析。三座大橋（第 3，8 和 9 座）不能使用有限元分析， 因?yàn)樗麄兊纳喜拷Y(jié)構(gòu)為不規(guī)則形狀。</p><p>　　通過對(duì)有限元模型的校正以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)測(cè)試結(jié)果。對(duì)某些參數(shù)包

36、括有支承條件的彈 性系數(shù) K 進(jìn)行了調(diào)整，以配合測(cè)試數(shù)據(jù)。有些參數(shù)的假設(shè)必須采用工程判斷如人行道和 欄桿的剛度。校準(zhǔn)的模型后，進(jìn)行有限元分析有三種情況顯示：（1）將有彈性的彈簧從 模型中刪除以模擬簡單支承;（2）縱向約束模擬的鉸接條件；（3）彈性條件。</p><p>　　三種不同邊界條件的有限元分析結(jié)果如圖 13,14 顯示。應(yīng)變值的最大值為鉸鏈輥支 承（簡支），而下限值為鉸鏈支承（橫向運(yùn)動(dòng)受到約束）。所測(cè)的應(yīng)

37、變值在這兩種情況下 之間，這意味著實(shí)際的邊界條件是介于簡支（自由的縱向位移）和梁縱向兩端固定的情 況。對(duì)部分的固定支承（彈性條件）進(jìn)行了調(diào)整，以適應(yīng)測(cè)試結(jié)果。彈性系數(shù)由試驗(yàn)和 修正確定。表 2 顯示的為分析所得的 K 值。</p><p>　　有限元分析得到的應(yīng)變值用于計(jì)算有限元 GDFs 值。圖 15 和 16 顯示的是由圖 13 和 14 中應(yīng)變值分別所計(jì)算出的 GDFs 值。簡支模型導(dǎo)致了 GDFs 值更均

38、勻的分布。當(dāng)支承完 全受約束而抑制其水平運(yùn)動(dòng)，則梁的 GDFs 值是最大的，從而梁的外部負(fù)擔(dān)較小的荷載。 根據(jù)對(duì)部分水平固定情況，GDF 的實(shí)測(cè)值是介于這兩種極端的情況下。</p><p>　　最高的應(yīng)變值模型對(duì)應(yīng)的最低 GDF 值。這意味著，即使具有鉸鏈鉸鏈支承的橋梁具 有最小的應(yīng)變值，而相應(yīng)的 GDF 值比簡支或部分固定支承的要大。</p><p>　　表 2．彈性系數(shù)的有限元分析

39、中的應(yīng)用</p><p>　　圖 13：兩車道加載時(shí)第 14 座橋的測(cè)試應(yīng)變值與有限元分析的應(yīng)變值的比較 圖 14：兩車道加載時(shí)第 17 座橋的測(cè)試應(yīng)變值與有限元分析的應(yīng)變值的比較</p><p>　　圖 15：兩車道加載時(shí)由圖 13 中的應(yīng)變值得出的 GDF 值 圖 16：兩車道加載時(shí)由圖 14 中的應(yīng)變值得出的 GDF 值</p><p>　　圖 17 和 1

40、8 是當(dāng)前試驗(yàn)測(cè)量應(yīng)變值與由有限元分析所得值的對(duì)比圖。所有的應(yīng)變測(cè) 試結(jié)果相應(yīng)于兩個(gè)極端支承條件的情況下。</p><p>　　有限元分析所得的 GDF 值與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所得的 GDF 值的比值如圖 19 和 20 所示。在圖 19 中繪制了 GDFs 的比率與跨度長的關(guān)系，而在圖 20 中是與與梁間距的關(guān)系。這些數(shù)字 表明 GDF 值被低估是因?yàn)橛邢拊治鲋患僭O(shè)了一種簡支的邊界條件。換句話說，部分固 定支承條件的橋

41、的梁分布特征比理想的簡支梁橋要差。然而，這并不意味著橋梁支承惡 化而承載能力降低，由于應(yīng)變的絕對(duì)值，可以作為部分支承固定性的增幅下降。此外， 差別并不大。對(duì)于較小的間距且較短跨度的橋梁，低估值可達(dá)到 20％左右。對(duì)于間隔較 大而跨度較大的梁橋，簡支條件下有限元分析所得的 GDF 值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的值比較接近。 這是因?yàn)檩^長的橋梁較少受部分固定支承條件的影響。</p><p>　　最后，在圖 21 和 22 中顯示的是

42、簡支條件下有限元分析所得的 GDF 值與規(guī)范中指定</p><p>　　的值的比值分別與橋跨度和梁間距的變化關(guān)系。兩個(gè)規(guī)范都考慮了，AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO 1996 年）和 AASHTO LRFD（AASHTO 1998）。表 3 顯示的是規(guī)范中指定的 GDFs 試驗(yàn)結(jié)果 以及有限元分析結(jié)果的比較。該規(guī)范指定的 GDFs 是保守的兩輛卡車并排加載下的情況。 在大多數(shù)情況（<80%）下，從有限元分析

43、得到的 GDFs 要比規(guī)范值較小。對(duì)于間距較長 且跨度較大的橋，比例接近 50％，即使在 AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)下（AASHTO 1996）。</p><p>　　在試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)范值相比較的情況下，AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO 1996）對(duì)于對(duì)較小梁 間距且短跨度的橋特別是間距較長且跨度也較大的橋是保守的。與此相反，AASHTO LRFD</p><p>　　（AASHTO 1998）指

44、定 GDFs 不依賴于主梁跨度間距和長度的變化。盡管如此，對(duì)于在大 多數(shù)情況（<70％）下的有限元分析結(jié)果，規(guī)范中指定的 GDFs 過于保守。</p><p>　　圖 17：兩車道加載時(shí)測(cè)試應(yīng)變與有限元分析的應(yīng)變隨跨長變化時(shí)的最大應(yīng)變值的比較 圖 18：兩車道加載時(shí)測(cè)試應(yīng)變與有限元分析的應(yīng)變隨梁間距變化時(shí)的最大應(yīng)變值的比較</p><p>　　圖 19：兩車道加載時(shí)有限

45、元分析的 GDFs 與測(cè)試值的比值和跨長的關(guān)系 圖 20：兩車道加載時(shí)有限元分析的 GDFs 與測(cè)試值的比值和梁間距的關(guān)系</p><p>　　圖 21：兩車道加載時(shí)有限元分析的 GDFs 與規(guī)范值的比值和跨長的關(guān)系 圖 22：兩車道加載時(shí)有限元分析的 GDFs 與規(guī)范值的比值和梁間距的關(guān)系</p><p>　　表 3. 分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果所得 GDFs 的最大值的比較<

46、;/p><p><b>　　概要和結(jié)論</b></p><p>　　在密歇根州測(cè)定了 17 座鋼桁架橋的應(yīng)變，跨度從 10 至 45 米。測(cè)試結(jié)果被用來計(jì)算 GDFs。有限元模型通過測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行改善和校準(zhǔn)。在有限元模型中，考慮了三種邊界條 件：（1）活動(dòng)鉸支座；（2）固定鉸支座；（3）部分固定支座。從試驗(yàn)和有限元分析獲得 的 GDFs 與規(guī)范中指定值相比較。可以從這項(xiàng)研究

47、的結(jié)果分析得到如下結(jié)論：</p><p>　　?測(cè)量的應(yīng)變絕對(duì)值低于通過分析預(yù)測(cè)的。最重要的原因之一是部分固定支承。</p><p>　　?所觀察到的反應(yīng)是線性的，這是由兩輛卡車效果的疊加所證實(shí)的。與單輛卡車的應(yīng) 變值比較表明對(duì)于兩輛卡車并排側(cè)加載的結(jié)果等于單一卡車疊加的結(jié)果。</p><p>　　?測(cè)量的 GDFs 始終比 AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中指定的值低。&l

48、t;/p><p>　　?在 AASHTO LRFD（AASHTO 1998 年）規(guī)范中指定的 GDFs 比 AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO 1996</p><p>　　年）中的要更標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)于較大的梁間距且跨度較長的橋。</p><p>　　?有限元分析表明，梁分布最均勻的是理想的簡支條件（活動(dòng)鉸支座）然而，當(dāng)支承 有一定的局部水平固定性時(shí)，應(yīng)變值大幅減少。&l

49、t;/p><p>　　?對(duì)于理想的簡支（活動(dòng)鉸支座），規(guī)范中指定的 GDFs 對(duì)于一車道加載是比較現(xiàn)實(shí)的。</p><p>　　?在現(xiàn)有橋梁評(píng)估中，使用規(guī)范中指定的 GDF 值而不考慮可能存在的部分支承固定性 影響評(píng)級(jí)時(shí)可能過于保守。</p><p>　　?如果考慮到由于部分固定支承而使應(yīng)力減小，那么規(guī)范中指定的梁分布值在評(píng)定公 式可以使用。但是，必須做到謹(jǐn)慎，因?yàn)榇嬖?/p>

50、極高的荷載時(shí)，支承約束可以被破壞， 從而失去了它的有利影響。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　這份調(diào)查研究由密歇根州運(yùn)輸部的 Roger Til； 美國國家科學(xué)基金會(huì)批準(zhǔn)號(hào)： CMS-9730988和Vijaya Gopu；NCHRP/IDEA項(xiàng)目的Inam Jawed等贊助。感謝由以前的和現(xiàn) 在的密歇根大學(xué)的畢業(yè)生和博士后們：Sanji

51、n Kim, Ahmet Sanli, Vijay Saraf,Chan-Hee Park, Taejun Cho, Maria Szerszen, David Ferrand, Gerard Gaal, and Karol Szerszen 等為實(shí)地測(cè)量提供了大量的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　BAQUS user’s m

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