【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁安全监测领域，具体涉及的是基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法。
技术介绍
1、拱桥具有较强跨越能力、节省材料、施工简便等特点，因此被设计师们广泛运用于我国中西部的山谷、大河和深沟地区，然而随着交通量、服务年限的增长以及材料老化，这些受损的拱桥已无法满足正常运营要求。由于拱桥的主拱圈为压弯构件，常因弯矩过大导致拱圈裂缝增多，尤其是拱脚裂缝的发展造成截面抗力降低，导致结构承载力下降，进而危及拱桥结构的安全。同时，在实际桥梁交通场景中具有车流量大、车辆种类多、车辆运行随机性强等特点，高效精确地获得车辆荷载流以及交通流车辆荷载的力学作用是桥梁结构性能评估的难点。因此，对车辆测点位置确定方法对桥梁荷载实验的进行十分重要。
2、桥梁荷载试验包括静力荷载试验与动力荷载试验。一般情况下只做静力荷载试验，必要时增做部分动力荷载试验，如特大型桥梁、新型桥梁等。静力荷载试验是指将静止的荷载作用于桥梁上的指定位置，以便能够测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力。动力荷载试验是指采用动力荷载，如行驶的汽车荷载或者其他动力荷载作用于桥梁结构上，以测出结构的动力特性，如振动变形，从而判断出桥梁结构在动力荷载下受冲击和振动影响。
3、索-悬链线拱联合结构，在拱肋两侧对称设置索，使索和拱肋形成新的受力体系，从而改变悬链线拱结构的传力路径，进而实现降低拱结构内力的目的。综合现有的研究成果，众多学者研究方向主要集中在索-拱结构的稳定性承载力、动力响应和实桥应用等
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有桥梁荷载实验技术中车辆位置需要进行繁琐模拟与测试确定，耗费大量资源和时长的不足，提供了一种基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，能够简化繁琐模拟与测试操作，便于确定荷载试验车辆布置位置。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，包括以下步骤：
4、步骤一，建立索-悬链线拱结构的受力模型，假定拱为等截面悬链线拱，基于结构力学的力法原理推导出悬链线拱结构表达式；
5、步骤二，对索-悬链线拱联合结构的基本结构建立基本方程，基于弹性中心理论和数值积分的方法，将拱轴曲线微分利用泰勒公式展开，得到拱桥悬链线方程和拱轴精确微分的近似表达式；
6、步骤三，将常变位δij、载变位δip代入基本方程获得拱顶赘余力x1～x4，由结构的对称性，以右半拱截面内力为代表，即x≥0，得出拱截面的内力解析表达式；
7、步骤四，使用步骤三中内力解析表达式计算拱桥的截面弯矩，并绘制出拱的弯矩影响线，根据影响线图像可得最不利荷载对应的荷载试验车辆布置的位置，即拱的最大弯矩处。
8、进一步的，所述步骤一中悬链线拱结构表达式为：
9、
10、式中，y为拱轴截面纵坐标，f为矢高，m为拱轴系数，cosh(·)为双曲余弦函数，悬链线方程变量ξ为拱轴相对坐标，且ξ＝2x/l，x为拱轴横坐标，l为拱跨径。
11、进一步的，所述步骤二中基本方程为：
12、
13、式中，δij为常变位，δip为载变位，分别表示基本结构在单位力或单位外荷载单独作用下弹性中心沿xj方向的位移；xj(j＝1,2,3)为拱顶赘余力，其中x1为弯矩，x2为轴力，x3为剪力；xj(j＝4)为索力。
14、进一步的，所述基本结构中弹性中心的位移由拱轴变形构成，此处考虑拱肋的轴向变形，不考虑剪切变形，δij和δip基本表达式为：
15、
16、
17、式中，和mp、np、tp分别表示基本结构在赘余力和单位荷载单独作用下的截面弯矩、轴力和索力；ds表示拱轴弧长微分；ei、ea分别为拱抗弯刚度和轴向刚度，令拱的弯压刚度比b＝ei/ea；ecac、lc分别表示索的轴向刚度和初始长度，令索和拱的轴向刚度比t＝ecac/ea。
18、进一步的，所述步骤二中拱桥悬链线方程和拱轴精确微分的近似表达式：
19、
20、
21、式中，称为近似微分函数，其中λi和ni(i＝1～3)均为常系数，计算式如下：
22、
23、上式中，系数其中；f为矢高，m为拱轴系数，l为拱跨径，o(ξ6)为泰勒公式的余项。
24、将常变位δij、载变位δip代入基本方程进行拱桥基本结构内力计算，根据移动荷载作用位置的不同可分为正负半轴两种情况；分别分析当移动荷载位于正半轴(右半拱)即0≤xp≤l/2时和当移动荷载位于负半轴(左半拱)即-l/2＜xp＜0时的内力解析表达式，可得出整个结构的内力解析表达式。
25、进一步的，以右半拱(正半轴)截面内力为代表，所述步骤三中内力解析表达式为：
26、
27、式中，m为拱结构的截面弯矩；x、y分别为拱轴的横坐标和纵坐标；ys为刚臂长度；xp为竖向移动荷载p的横坐标；x1为索约束位置横坐标；α为索约束倾角；xi(i＝1,2,3)为拱顶赘余力，其中x1为弯矩，x2为轴力，x3为剪力；x4为索力。
28、进一步的，以左半拱(负半轴)截面内力为代表，所述步骤三中内力解析表达式为：
29、m＝x1+x2(y-ys)-x3x；
30、式中，m为拱结构的截面弯矩；x、y分别为拱轴的横坐标和纵坐标；ys为刚臂长度；xp为竖向移动荷载p的横坐标；x1为弯矩，x2为轴力，x3为剪力。
31、本专利技术具有以下优点：
32、1.本专利技术提出采用近似曲线积分方法推导得到索-拱联合结构内力影响线解析解，填补了研究中关于竖向移动荷载作用下索-拱结构的内力影响线解析解的空白，为今后索-悬链线拱桥检测、监测及荷载试验的理论分析提供参考数据。且本文解析解与有限元结果基本吻合，且整体相对误差在1％以内，完全满足工程精度要求，同时验证了本文计算公式的可靠性与精确度。
33、2.本专利技术推导出索-悬链线拱基本内力解析解，具有高精度、计算方便、适用性广等优点，应用于桥梁荷载实验中，能快速准确地确定加载车辆位置，不需繁琐有限元模拟计算，减少现场试验测试的耗时。
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1.基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述步骤一中悬链线拱结构表达式为：
3.根据权利要求2所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述步骤二中基本方程为：
4.根据权利要求3所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述基本结构中弹性中心的位移由拱轴变形构成，此处考虑拱肋的轴向变形，不考虑剪切变形，δij和ΔiP基本表达式为：
5.根据权利要求4所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述步骤二中拱桥悬链线方程和拱轴精确微分的近似表达式：
6.根据权利要求5所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述步骤三中当移动荷载位于正半轴，即0≤xP≤L/2时，内力解析表达式为：
7.根据权利要求6所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述
...【技术特征摘要】
1.基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述步骤一中悬链线拱结构表达式为：
3.根据权利要求2所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述步骤二中基本方程为：
4.根据权利要求3所述的基于内力影响线的索-悬链线拱桥荷载试验车辆布置方法，其特征在于：所述基本结构中弹性中心的位移由拱轴变形构成，此处考虑拱肋的轴向变形，不考虑剪切变形，δij和δ...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘万钰，郝天之，宁杰钧，陈齐风，侯之瑶，龙夏毅，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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