[发明专利]一种错位拼宽桥梁节段模型试验设计方法

说明书

本发明公开了一种错位拼宽桥梁节段模型试验设计方法，包括：步骤1、令节段试件a，即加载分配梁左侧支点和节段试件右侧支点之间的距离等于错位拼宽实桥A、B两点的间距；步骤2、进行错位拼宽实桥有限元分析，得到A、B两点的弯矩Msubgt;A/subgt;、Msubgt;B/subgt;，以及A点处的挠度δsubgt;A/subgt;；步骤3、确定节段试件B点右侧梁段的截面高度hsubgt;2/subgt;；步骤4、确定按照弹性理论计算得到的节段试件B点处的负弯矩达到Msubgt;B/subgt;时，作动器施加的控制力Fsubgt;A/subgt;；步骤5、求解非线性方程组，得到节段试件设计参数。本发明可以降低对试验场地的要求，并且提高试验效率、减少试验材料用量。

技术领域

本发明属于土木(桥梁)工程领域，具体涉及一种错位拼宽桥梁节段模型试验设计方法，该方法可用于验证错位拼宽桥梁设计方案的可行性。

背景技术

在高速公路的改扩建工程中，受限于通航、防洪要求，既有道路、堤防界限，以及工程造价等多种因素的影响，需要在新、旧桥梁错位布置的情况下，进行桥梁结构的拼宽。如：1)当桥梁纵轴与跨越的河流或道路轴线斜交，此时，新桥和旧桥的桥墩不能布置在同一横向位置上，即形成了错位布置，如附图1所示；2)航道桥扩建时，新桥的桥墩需避开既有堤防布置，也形成了错位布置。

不同于常规的桥梁拼宽，错位拼宽由于新、旧桥梁的正、负弯矩区不能一一对应，拼接缝两侧桥梁在外荷载作用下的竖向变形不协调，桥面板的横向受力和边界条件变得复杂。如：1)当新桥侧跨中截面和旧桥侧支点截面拼接时，新桥侧梁段在车辆荷载作用下会发生竖向下挠，但是，旧桥支点处的梁段受到支座的竖向约束，不会发生下挠。此时，新、旧桥梁的挠度差会导致旧桥侧桥面板承受较大的横向负弯矩作用，对旧桥结构的横向受力有不利影响，如附图2所示；2)当新桥基础发生工后沉降时，也会造成旧桥的桥面板承受较大的横向负弯矩作用，如附图3所示。

考虑到拆除旧桥、重新调整桥跨布置并原地新建桥梁会增加工程造价，所以，有必要对错位拼宽桥梁设计方案的工程可行性进行试验验证；如果采用整桥模型试验，即：在试验场地制作和实桥尺寸、材料、边界条件一致的整桥试验模型进行加载试验，则对试验场地的空间要求较高、实施难度较大、试验周期较长，且整桥模型制作的材料用量大、试验费用高。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种错位拼宽桥梁节段模型试验设计方法，可以对错位拼宽桥的最不利节段的受力状况进行试验验证，从而降低对试验场地的要求，并且提高试验效率、减少试验材料用量。

为进一步实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种错位拼宽桥梁节段模型试验设计方法，包括以下步骤：

步骤1、令节段试件a，即加载分配梁左侧支点和节段试件右侧支点之间的距离等于错位拼宽实桥A、B两点的间距；

步骤2、进行错位拼宽实桥有限元分析，得到A、B两点的弯矩M_A、M_B，以及A点处的挠度δ_A；

步骤3、确定节段试件B点右侧梁段的截面高度h₂；

步骤4、确定按照弹性理论计算得到的，节段试件B点处的负弯矩达到M_B时，作动器施加的控制力F_A；

步骤5、求解非线性方程组，得到节段试件设计参数。

进一步地，步骤2中，A、B两点的弯矩M_A、M_B，以及A点挠度δ_A通过位移法进行推导，节段试件的位移法方程如式(3)所示：

其中：