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基于荷载试验的空心板桥梁格法虚拟横梁刚度研究
摘要
本文以荷载试验为依据，研究了空心板桥梁格法虚拟横梁的刚度问题。首先，介绍了桥梁结构中横梁的作用及其重要性，并提出采用虚拟横梁的方法来评估桥梁系统中横向刚度。其次，根据桥梁试验的实验数据，建立了空心板桥梁的有限元模型，并进行了荷载试验和数值模拟分析。最后，根据试验结果，分析了虚拟横梁刚度与板厚、孔隙率等因素的关系，并探讨了优化虚拟横梁的方法。本文的研究结果为空心板桥梁结构提供了参考，并有利于结构设计和安全评估。
关键词：空心板桥梁；虚拟横梁；刚度；荷载试验；有限元模型
Abstract
Basedontheloadtest,thispaperstudiesthestiffnessproblemofthevirtualcrossbeamofthehollowslabbridgemethod.Firstly,thefunctionandimportanceofthecrossbeaminthebridgestructureareintroduced,andthemethodofusingthevirtualcrossbeamtoevaluatethetransversestiffnessinthebridgesystemisproposed.Secondly,accordingtotheexperimentaldataofthebridgetest,thefiniteelementmodelofthehollowslabbridgeisestablished,andtheloadtestandnumericalsimulationanalysisarecarriedout.Finally,basedonthetestresults,therelationshipbetweenthestiffnessofthevirtualcrossbeamandfactorssuchasplatethicknessandporosityisanalyzed,andthemethodofoptimizingthevirtualcrossbeamisdiscussed.Theresearchresultsofthispaperprovidereferencesforthestructuraldesignandsafetyassessmentofhollowslabbridgestructures.
Keywords:hollowslabbridge;virtualcrossbeam;stiffness;loadtest;finiteelementmodel
正文
一、引言
桥梁结构中的横梁承担着重要的作用，不仅对桥梁的整体稳定性和承载能力有着重要影响，同时也对桥面铺设材料等起到了保护作用。因此，在桥梁设计中，如何准确评估横梁的刚度显得尤为重要。当前，常用的评估方法包括静荷载试验、有限元分析等等。然而，静荷载试验过程长、成本高，而有限元分析涉及复杂计算模型和较高技术要求。因此，如何在保证准确性的前提下简化评估方法，提高评估效率，成为了当前研究的重点之一。
针对这一问题，本文提出了一种基于虚拟横梁的桥梁横向刚度评估方法。以空心板桥梁为例，以荷载试验为依据，建立了空心板桥梁有限元模型，并进行了荷载试验和数值模拟分析。根据试验结果，分析了虚拟横梁刚度与板厚、孔隙率等因素的关系，并探讨了优化虚拟横梁的方法，为空心板桥梁结构设计提供参考。
二、空心板桥梁的有限元模型
（一）模型建立
本文选取了一座跨径为15米的空心板桥梁作为研究对象。首先，根据结构实际情况，将其抽象为有限元模型。选择PISA有限元软件进行建模，采用四面体10节点元作为有限元单元。根据实际桥梁结构，将其分为上板、下板和纵板三部分，并分别建立有限元模型（如图1）。
图1空心板桥梁有限元模型
（二）荷载试验
为了验证有限元模型的准确性以及提供评估数据，本文采用荷载试验方法获得实验数据。首先，根据路面设计荷载，将桥面荷载分别设置为5吨、7吨、10吨，共进行了3次荷载试验。其次，根据试验数据，记录挠度、应变等参数，并进行了数据处理和分析。
（三）数值模拟分析
为了进一步验证有限元模型的准确性，本文进行了数值模拟分析。根据荷载试验过程中的数据，建立了荷载模型，再将其导入到有限元软件中进行仿真分析。通过对比荷载试验数据和仿真数据的差异，可判断有限元模型的准确性。
三、虚拟横梁的刚度评估
在桥梁结构中，横梁的刚度对结构的承载能力和抗震能力有着重要影响。然而，在评估横梁刚度时，常用的方法如有限元模拟较为复杂。考虑到此，本文提出了一种基于虚拟横梁的刚度评估方法。
（一）虚拟横梁的建立
将桥梁系统抽象为横向和纵向两个方向，建立如图2所示的模型。在建模过程中，首先将横向