摘要：桥梁荷载试验过程作为工程设计中的最为重要的一部分，对于计算的准确性要求极高，其设计是否精准往往决定了工程质量的优劣。本文首先简要归纳分析了影响桥梁荷载试验理论分析准确性的主要因素，然后通过修正这些因素对计算方法的影响，使得荷载试验评价结论更符合实际情况。
关键词：桥梁；荷载试验；有限元分析；承载力
桥梁载荷试验是一项十分重要的关于检验桥梁工程设计与工程质量的试验措施，因此，具有重要意义和作用，是桥梁工程建设中不可或缺的重要组成部分。现阶段，桥梁载荷试验已经被广泛应用到公路、市政等的大型工程建设质量检验检测当中来，而且作用十分显著。所谓的桥梁荷载试验从内容结构上看主要包含了对于桥梁荷载试验的准备工作环节，桥梁荷载试验的分析设计环节及进行桥梁荷载试验的现场试验环节等，最后还要对试验进行结果的评定与分析。这种荷载试验从其目的性与意义上而言，主要是为了对工程建筑结构的功能与安全性进行评价。确保工程建设的质量安全符合国家相关规定的标准与规范。
1理论分析准确性的影响因素
桥梁荷载试验理论分析计算工作是根据桥梁的实际资料和有关数据，再参照原设计文件、施工文件及竣工文件，对桥梁结构进行设计荷载和试验荷载作用下的理论检算。该工作必须对实际结构加以模型化，通常对截面形式、约束条件、材料参数及荷载情况等在合理的条件下进行简化模拟，从而满足工程应用的需要，但也由此引入了一些误差。一般影响桥梁荷载试验理论分析的准确性主要有以下因素。
1.1结构离散化
一般在应用有限元方法对桥梁进行理论分析时，必须先进行结构离散化。离散化就是将要分析的结构分割成有限个单元，并在单元体的指定点设置节点，是相邻单元的有关参数具有一定的连续性，并构成一个单元的集合体以代替原来的结构。结构离散化通常要考虑两方面内容：
（1）选择合理的单元形式。选择合理的有限元单元，一般要考虑结构的几何特性和应力分布等因素。常见的有限元单元有梁单元、壳单元和实体单元等，简单来说它们是从简单到复杂、整体到细部的关系。举个例子，对于一座普通的混凝土连续箱梁桥，采用梁单元模拟可以直接计算得到截面的内力和位移，如果要计算箱梁受非对称荷载作用时的局部应力则需要使用壳单元或实体单元，如果进一步要分析墩梁固结效应时，那只有建立实体单元模型了。
（2）单元划分的精细程度。在一定程度上说，单元越小（网格越细）计算结果越精确。但是，更小的网格也会导致求解方程的数目剧增并降低精度，因而与使用这种方法的目的相矛盾。实际上，单元划分的“粗”和“细”是相对而言的，应根据经验和工程判断选择合适的单元尺寸，对于特殊情况可进一步加密划分，获得更合适的精度。通常，在几何尺寸、边界条件、荷载和材料特性剧烈改变的地方，需加密划分单元。
（3）约束条件模拟。桥梁结构的约束条件是指每个构件之间或构件与外界的连接关系。实际约束条件往往需要简化成为有限元法中理想的边界条件，使理论计算变得方便可行。比如，连接简支梁桥的上部结构与下部结构的橡胶支座，一般在理论计算中被简化为铰支座或滚轴支座，这种点接触与实际的面接触是有区别的。还有多跨简支梁桥的伸缩构造或桥面连续构造，使得桥梁的工作状况产生连续性，也在一定程度上改变了梁端的简支条件。由于以上这些约束条件往往能够提高实际承载力，对于工程设计人员来说对它们进行简化是一种偏于安全的做法。
（4）材料参数选取。一般有限元分析结果最敏感的材料参数是弹性模量E。而E通常是根据设计图纸的要求来取值的。但是如果出现以下两种情况则应考虑材料参数差异的影响：一是实际施工时材料参数与设计的差异较大；二是材料参数随时间变化发生较大改变。
（5）非结构构件影响。在桥梁结构设计中，桥面铺装、防撞墙等非结构构件均作为主梁的外部荷载来计算，而不考虑它们对提高结构整体刚度的作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果桥面铺装采用钢筋混凝土，则铺装层实际上是参与主梁受力的。另外，许多试验证明，钢筋混凝土防撞墙能显著提高边梁的承载能力。
在结构理论分析中需要对实际结构进行简化模拟，对于设计这些简化都是偏于安全的，使得理论计算结果往往与实际情况有一定的偏差，而且导致荷载试验的观测数值一般都比计算值小，但也应该在合理的范围内。
2桥梁荷载因素影响结果的修正
本文以中跨跨内最大正弯矩截面，即C-C截面的理论计算结果来作分析比较。
2.1实体模型的修正
由于前面建立的梁单元模型无法准确地考虑主梁横隔板和齿板等构造对结构的影响，而且梁单元的单点支座也与实际的双支座有差别，为此，采用Ansys软件建立全桥实体计算模型。将这些梁单元无法准确考虑的因素考虑进来，得到
C-C截面的理论计算结果。可知，实体模型考虑主梁横隔板和齿板等构造对结构整体刚度影响后，计算结果有所减小，但减小幅度不大，表明梁单元模型的近似处理方法是可以接受的。
2.2弹性模量的修正
通过现场无损检测方法测得主梁混凝土实际强度明显高于设计值。而根据该桥设计规范，可换算得到主梁混凝土实际弹性模量约为40GPa，而设计值仅为34.5GPa。在前面实体模型修正后的基础上，进一步对弹性模量进行修正，得到C-C截面的理论计算结果。可知，模型的弹模取值进行修正后，计算结果有较大幅度减小，表明弹性模量是影响本次计算结果的重要因素之一。
2.3考虑防撞墙的修正
对本桥防撞墙的外观检查中发现，原本应该在防撞墙上设置的贯通断缝并没有按要求施工，只是由表面切割的“假缝”代替了。在这种情况下，原本属于非结构构件的防撞墙对主梁刚度的影响是不能忽略的。因此，在前面弹模修正后的基础上，进一步考虑防撞墙的影响，建立实体模型。得到C-C截面的理论计算结果可知，整体模型在考虑防撞墙的刚度影响后，计算结果有明显减小，表明连续的防撞墙对提高结构整体刚度有一定的贡献。
综合对前面三方面影响因素的修正，使得C-C截面底缘平均应变理论计算值从55.2με变成42.6με，减小22.83%，而C-C截面平均挠度从7.20mm变成5.44mm，减小24.44%。采用修正后的理论计算值作为试验评价指标后，C-C截面底缘平均应变校验系数为0.775，C-C截面平均挠度校验系数为0.735。修正后的校验系数满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的要求，试验结果更符合实际情况，而且其它控制截面也可以得到相同结果。此外，从前面分析可知，混凝土弹性模量的取值对理论分析结果影响最大，非结构构件刚度的影响次之，实体模型与梁单元模型差异的影响最小。
结束语
综上所述，本文主要是从影响桥梁荷载试验准确性的因素方面进行分析，其中包括结构离散化、约束条件模拟、材料参数选取以及非结构构件等因素。通过对这些因素的分析，桥梁荷载准确性主要是由于上述的原因引起的。而作为影响因素之一的混凝土弹性模量的影响效果最为明显。其次是非结构构件对桥梁载荷的影响力相对较大，再次就是另外几项影响因素。本文还着重提出关于如何修正影响因素的相关设计方法，并因此改善桥梁荷载能力与实际荷载情况。
参考文献：
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论文作者:王俊峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：荷载论文; 桥梁论文; 单元论文; 结构论文; 截面论文; 理论论文; 弹性模量论文; 《基层建设》2019年第1期论文;