力學實驗課拱橋第1頁/共66頁簡支梁橋由一根兩端分別支撐在一個活動支座和一個鉸支座上的梁作為主要承重結構的梁橋。屬于靜定結構。是梁式橋中應用最早、使用最廣泛的一種橋形。其構造簡單，架設方便，結構內力不受地基變形，溫度改變的影響。

第2頁/共66頁連續梁橋兩跨或兩跨以上連續的梁橋，屬于超靜定體系。連續梁在恒活載作用下，產生的支點負彎矩對跨中正彎矩有卸載的作用，使內力狀態比較均勻合理。它具有接縫少、剛度好、行車平順舒適等優點，在30-120m跨度內常是橋型方案比選的優勝者。

第3頁/共66頁第4頁/共66頁剛構連續梁和連續梁的最基本區別就是前者把支座去掉，轉而換成柔性薄壁墩與上部結構剛結，二者一起協同變形。通過柔性墩的變形來吸收上部結構在外荷載作用下產生的能量。第5頁/共66頁2、拱式橋拱式橋的主要承重結構是拱圈或拱肋。這種結構在豎向荷載作用下，橋墩或橋臺將承受水平推力。同時，這種水平推力將顯著抵消荷載所引起在拱圈(或拱肋)內的彎矩作用。因此，與同跨徑的梁相比，拱的彎矩和變形要小得多。鑒于拱橋的承重結構以受壓為主，通常就可用抗壓能力強的圬工材料(如磚、石、混凝土)和鋼筋混凝土等來建造。拱橋的跨越能力很大，外形也較美觀，在條件許可的情況下，修建拱橋往往是經濟合理的。第6頁/共66頁

上承式拱橋拱橋種類繁多，常見的有：圬工拱橋、箱型拱橋、雙曲拱橋、鋼架拱橋、桁架拱橋、肋拱橋、桁式組合拱橋和斜腿鋼架拱橋等。根據拱橋的不同承載方式，還可分為：上承式橋梁、下承式橋梁、中承式橋梁。

第7頁/共66頁上承式拱橋橋面系設置在拱圈之上的拱橋。

優點是橋面系構造簡單，拱圈與墩臺的寬度較小，橋上視野開闊，施工方便；缺點是橋梁的建筑高度大，縱坡大和引橋長。一般用在跨度較大的橋梁。

第8頁/共66頁中承式拱橋橋面系設置在拱肋中部的拱橋。建筑高度限時，可以采用中承式拱橋滿足橋下凈空，在不等跨的連續拱橋中為了平很左右墩的水平推力，將較大跨境的一空矢跨比加大做成中承式拱橋可以減小大跨的水平推力。同時可以滿足景觀與美學要求。中承式拱橋缺縱梁，致使橫梁順橋向不斷扭轉，可致吊桿疲勞斷裂。施工中很難控制

第9頁/共66頁下承式拱橋橋面系設置在拱圈之下的拱橋。優點是橋梁建筑高度很小，縱坡小，可節省引道長度；缺點是構造復雜，拱肋施工麻煩。一般用于地基差的橋位上。在豎向荷載作用下拱腳對墩臺無水平推力作用的拱橋。其推力由剛性梁或柔性桿件承受。

第10頁/共66頁3、懸索橋用懸掛在兩邊塔架上的強大纜索作為主要承重結構。在豎向荷載作用下，通過吊桿使纜索承受很大的拉力，通常就需要在兩岸橋臺的后方修筑非常巨大的錨碇結構。懸索橋也是具有水平反力(拉力)的結構。第11頁/共66頁懸索橋錨錠基礎第12頁/共66頁矮寨大橋懸索橋的優點是自重輕，但結構的剛度差，在車輛動荷載和風荷載作用下，橋有較大的變形和振動。

第13頁/共66頁現代的懸索橋上，廣泛采用高強度的鋼絲成股編制的鋼纜，以充分發揮其優異的抗拉性能，因此結構自重較輕，就能以較小的建筑高度跨越其它任何橋型無與倫比的特大跨度。懸索橋的另一特點是：

成卷的鋼纜易于運輸，結構的組成構件輕，便于無支架懸吊拼裝。

第14頁/共66頁4、斜拉橋由斜索、塔柱和主梁所組成。用高強鋼材制成的斜索將主粱多點吊起，并將主梁的恒載和車輛荷載傳至塔柱，再通過塔柱基礎傳至地基。這樣，跨度較大的主梁就象一根多點彈性支承(吊起)的連續梁一樣工作，從而可使主梁尺寸大大減小，結構自重顯著減輕，既節省了結構材料，又大幅度地增大橋梁的跨越能力。

第15頁/共66頁與懸索橋相比，斜拉橋的結構剛度大，即在荷載作用下的結構變形小得多，且其抵抗風振的能力也比懸索橋好，這也是在斜拉橋可能達到大跨度情況下使懸索橋遜色的重要因素。

第16頁/共66頁5、組合梁橋根據結構的受力特點，由幾種不同體系的結構組合而成的橋梁稱為組合體系橋。

第17頁/共66頁湘潭蓮城大橋第18頁/共66頁二、橋梁模型試驗

橋梁結構模型試驗中所指的模型是仿照原型（真實結構、按一定的比例如1/10、1/50、1/100……復制而成代表物，它具有原型全部特點。通過對模型進行試驗，可以得到與原型相似的工作情況，從而對原型結構的工作性能和研究和了解。模型試驗方法，在歷史很久以前就使用過。但系統的科學方法來制作模型和進行模型試驗是近幾年的事。特別是這樣的方法日益廣泛用于橋梁結構及其他各種工程研究，成為科學研究者和設計工作者對橋梁機構有了進一步認識，同時模型試驗已在近幾年來迅速發展，從介紹量級分析法以后開始的。測量級數以及適合模型的材料發展和應用，對模型試驗起到迅速發展和積極促進作用。第19頁/共66頁用于橋梁結構試驗的模型，其幾何尺寸一般比原型小的很多，可以在室內進行試驗。因此來用模型試驗可以節省勞力和時間，以便進行測試，也能避免許多干擾（風吹、雨淋、日曬、濕度變化等等），增加了試驗結果準確度。第20頁/共66頁模型試驗優點1.代替大型結構試驗或作為大型結構試驗輔助試驗。許多受力復雜體積龐大構件和結構，有時難以進行實物實驗，同時又由于承受荷很大，作不到破壞試驗，又加上現場試驗的條件復雜，影響因素較多，不容易測得準確結果，因此考慮用模型試驗代替。第21頁/共66頁

2.提供設計數據。當受力復雜時，通過模型試驗對結構工作性能進一步了解，核算設計計算方法，修改設計中局部弱點，比較設計方案，選用最合理的結構型式。

第22頁/共66頁3.通過系統的模型試驗，可以為某一結構計算理論提供試驗基礎。通過模型試驗與原型試驗可相互配合取長補短，對確定新型復量結構使之設計更為合理。另一方面也必須慎重，一般模型與原型應相似。第23頁/共66頁模型的制作相似理論：研究自然界相似現象的性質和鑒別相似現象的一門科學。具體到我們的實驗模型與原型之間，存在包括幾何尺寸、截面幾何特性、材料特性、荷載作用、截面內力、應力、應變、位移及支撐條件等相似關系。概括起來，在進行靜力模型設計時必須滿足下列三方面的相似條件：幾何條件、物理條件和邊界條件相似。相似關系

相似指標/相似判據：兩個相似現象，它們的各個相似常數之間必須滿足一定的相似關系。

第24頁/共66頁相似原理相似第一定理：“彼此相似的現象，其同名相似準則的數值相同。”

相似第一定理又可表述為：彼此相似的現象的相似指標等于1。彼此相似的物理現象必須服從同樣的客觀規律，若該規律能用方程表示，則物理方程式必須完全相同，而且對應的相似準則必定數值相等。表述了相似現象的性質。參與兩個現象中對應同名物理量之間有固定比例常數。相似判據相等是相似的必要條件。。相似第二定理：“現象的各物理量之間的關系，可以化為各相似準則之間的關系。”凡同一類物理現象，當單值條件相似且由單值條件中的物理量組成的相似準則對應相等時，則這些現象必定相似。相似判據的確定。第25頁/共66頁相似原理相似第三定理：“如兩個現象的單值條件相似，而且由單值量組成的同名相似準則數值相同，則這兩個現象相似。”相似第三定理明確了模型滿足什么條件、現象時才能相似，它是模型試驗所必須遵循的法則。現象相似，除了滿足幾何相似，有相同物理關系表達式及判據相等外，還要求能唯一確定這一現象（如邊界條件、初始條件）的條件也必須相似單值條件相似+同名相似準則相同現象相似第26頁/共66頁模型與原型相似條件：

（1）模型材料的比重必須等于原型材料比重（2）彈性模量必相似，（3）模型與原型應力條件相似而且材料必相同第27頁/共66頁模型材料的選擇：

首先正確了解材料的性質及其對試驗結果的影響，是成功完成模型試驗的先決條件，模型材料關系。正確選擇材料是模型試驗基礎。1.選擇模型實驗材料原則a.保證試驗要求：必須滿足設計中的相似準數。可以把模型的物理量換算成原型的物理量。b.保證測試要求：即能產生足夠的變形，使測量儀表有足夠的讀數，因此模型材料的彈性模量要適當低些。c.保證制作方便，易于加工，價格便宜。第28頁/共66頁2.模型試驗注意的問題a.模型尺寸：要求一般制作的誤差都以相對誤差來表示，由于模型尺寸較小所以相應地要較嚴格的誤差限制。b.試驗材料性能的測定如應力、應變、泊松比、抗阻強度等c.實驗環境，如溫度、濕度要穩定，變化不超±1℃d.荷載選擇：事先比較詳細計算，用什么方法加，如千斤頂或砝碼、鐵塊等這些重物必須事先指定和認真檢查重量。e.變形的測量：精度要求較高的點如用電測貼電阻片或千分表量測（精度必須足夠）第29頁/共66頁實驗的模型設計圖4拱橋原型圖第30頁/共66頁參數矢高跨度寬度原橋m24.912525模型m0.4982.50.5表1.原形與模型的主要尺寸

第31頁/共66頁圖6主拱肋截面圖(a)厚度3mm(b)厚度2mm圖7主拱橫撐截面圖(a)厚度1mm(b)厚度1mm第32頁/共66頁（1）（2）相似常數（3）（4）（5）相同材料（6）由(1)與（6）相比

（7）模型：

原型：

第33頁/共66頁三、橋梁測試第34頁/共66頁1、應變測試第35頁/共66頁電測法第36頁/共66頁靜載試驗儀器設備單向應變

◆應變片（貼好片不易、測值受環境溫度和濕度影響大、補償問題）

◆鋼弦式應變計（不易安裝、零點變化大、二次儀表專用）

◆弓形應變計（敏感部位易塑性變形，測值誤差大）平面應變應變片第37頁/共66頁應變片第38頁/共66頁振弦式應變計第39頁/共66頁振弦式應變計第40頁/共66頁

應變測量傳感器

第41頁/共66頁混凝土構件應變測量

第42頁/共66頁變形測試第43頁/共66頁簡支梁試驗

第44頁/共66頁連續連試驗

第45頁/共66頁施工過程中的應變監測第46頁/共66頁圖5有限元模型有限元計算比對第47頁/共66頁圖8橋面縱梁截面圖圖9橋面橫梁截面圖(a)厚度1mm(b)厚度5mm(a)厚度1mm(b)厚度2mm第48頁/共66頁圖10拱上立柱截面圖圖11橋墩截面圖(a)厚度1mm(b)厚度1mm(a)厚度1cm(b)厚度1cm第49頁/共66頁實驗加載方案1.橋梁荷載分類永久荷載（恒載）可變荷載

永久荷載（恒載）是指結構在設計使用期內其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的荷載。

作用在橋梁上部結構的恒載，主要是結構物的重力及附屬設備等外加重力

可變荷載是指結構在設計使用期內其值隨時間變化,且其變化與平均值相比不可忽略的荷載。

按其對橋涵結構的影響程度，又分為基本可變荷載（活載）和其它可變荷載。第50頁/共66頁偶然荷載

基本可變荷載（活載）：車輛荷載、人群荷載、汽車的沖擊力等其它可變荷載：包括自然和人為產生的各種變化力，如風力（風荷載），汽車制動力、流水、雨雪等

偶然荷載是指結構在設計使用期內不一定出現，但一旦出現，其值很大，且持續時間很短的荷載。

主要是指地震荷載和船只或漂流物的撞擊力。第51頁/共66頁2.實驗加載方案

對于橋梁靜力試驗，測試荷載為恒載和可變荷載，恒載主要在施工建設過程中進行時時監測。在橋梁驗收時的靜力試驗中，常以車輛荷載和人群荷載為主要荷載。

根據相關橋梁計算分析結果（影響線）確定測試工況，根據相關橋梁規范，確定加載方案。影響線：當結構上作用有沿結構跨度移動的單位集中荷載（P=1）時，用以表示確定的截面或位置上某一特定的受力效果（內力、位移或支座反力）的變化規律的函數圖形（曲線），稱為該結構在荷載作用下某一截面特定受力效果的影響線，簡稱影響線。第52頁/共66頁2.實驗加載方案

對于橋梁靜力試驗，測試荷載為恒載和可變荷載，恒載主要在施工建設過程中進行時時監測。在橋梁驗收時的靜力試驗中，常以車輛荷載和人群荷載為主要荷載。

根據相關橋梁計算分析結果（影響線）確定測試工況，根據相關橋梁規范，確定加載方案。第53頁/共66頁測試斷面/測試點位置：對于新型橋梁，通過計算結構確定危險位置，從而確定要測試的具體位置，對于一般拱橋，為拱腳、拱頂和1/4跨位置。傳統加載方式：根據拱腳、拱頂和1/4