1.野外試驗和數(shù)字模型對歷史木橋的情況評估

1、對老木橋野外試驗和數(shù)值模擬的情況評估：專題研究R.H.SangreeP.E.B.W.Schafer，P.E.M.E1M.E2摘要摘要：木廊橋以及設(shè)計木廊橋所用到的重木框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，是一個國家在土木工程領(lǐng)域成就的重要代表，而現(xiàn)存的木廊橋作為木橋的一種類別，現(xiàn)在亟需修繕和復(fù)原。這項工作往往落在橋梁所在地的城市或當(dāng)?shù)刈稍児镜募缟?，但他們都缺乏最先進的損傷評估分析的資源。這項研究提出，用于兩個案例研究上一個簡化的損傷評估方法。作家探討了在

2、適當(dāng)條件評估，包括現(xiàn)場觀察和負(fù)載實驗的重要性，建立可行的有限元模型讓工程師們能在這些獨特的結(jié)構(gòu)的修理和修復(fù)中能使用。實驗測試在兩個廊橋上進行：在佛蒙特，貝爾魏迪爾的摩根大橋，和賓夕法尼亞，牛津的松樹林橋，并將這兩座橋的有限元模型進行了比較。結(jié)合實驗與數(shù)值模擬工具，確定了幾個腐蝕部分，包括企口接頭，搭接點，還有可能橋梁中其他未被發(fā)現(xiàn)的被改裝的桿件部分。文章編號：文章編號：10.1061（美國土木工程師協(xié)會）10840702(2008)13

3、時06分（595）關(guān)鍵詞：橋梁測試關(guān)鍵詞：橋梁測試橋桁架橋桁架橋橋梁橋梁木制的木制的木材建設(shè)木材建設(shè)病例報告病例報告介紹介紹具估計，在同一時期，多達14000座廊橋橫跨美國的河流和溪流（Heisel1989年）。這些橋中，一些修來做專用，一些用來測試和驗證新的設(shè)計，其它的用來連接小的社區(qū)，考慮到擴大選擇范圍，幫助人們把物品從一個地方移到另一個地方。不管它們的建造是為了什么原因，所有這些橋有一個共同的目的，為新的國家擴大通航范圍。今天，只

4、有880座這樣具有歷史意義的橋還在。這些橋中，由于自身條件或者為了提高自己承載活荷載的能力，很多都被恢復(fù)原狀。不幸的是，因為缺少大量的木結(jié)構(gòu)的性能信息，恢復(fù)原狀的實行尤其保守，通常由承受縱向壓力的鋼梁來支撐上部結(jié)構(gòu)。為了確保那些現(xiàn)存的橋被安全地維護和恢復(fù)，并且在某種意義上符合它們的歷史意義，工程師們增長他們的知識很重要因為它們關(guān)系到木橋的關(guān)鍵構(gòu)件。在這篇文章中討論的兩座橋被選中作為2002年至2004年美國工程歷史記錄（HAER）的全國

5、廊橋記錄項目（NCBRP）。其中摩根大橋，一座108年歷史的雙墩桁架橋松樹林橋，一座122年歷史的粗弓形構(gòu)架橋用加載測試實驗和有限元模型相結(jié)合分析(Sangree2006)。考慮到有限元模型被更新而不能反應(yīng)橋的真實情況，這種方法的結(jié)合給作者顯示了橋梁的損壞部分。如果不用實驗和數(shù)值兩種方法，損壞將不會被發(fā)現(xiàn)。然而，除橋梁研究的NCBRP外(DaPtoGasparini2002秋B組；Reese和Gasparini2003SangreeSc

6、hafer2003秋c_)，現(xiàn)存已發(fā)布的案例中只有少數(shù)既用按照原尺寸的實驗測試又用數(shù)值模型的方法的，使文章中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)相當(dāng)不正常。考慮到能在這兩座橋上獲得真實的結(jié)果并且這些方法能相對合適的適用于任何木構(gòu)架橋，作者希望工程師能采用這種架構(gòu)分析方法。圖1摩根大橋內(nèi)部圖接被設(shè)計為完全固定的模式。此外，模型中西北角桁架處加強三角鋼板的存在（圖4）需要使用幾個平行固定端。圖4西北角落在西桁架的三角形的金屬板除了抓住不同桿件之間的節(jié)點剛度明顯影響的

7、橋梁結(jié)構(gòu)性能的偏心率也考慮進去.這些偏心率其中之一是新的(1979)支撐內(nèi)墻板和原來的上弦桿的連接。這種連接的偏心率在圖5中表現(xiàn)突出。圖5偏心率為e的跨中上弦桿另一個影響橋梁的系統(tǒng)性能的是下弦桿的組成。由于大橋約六十英尺長，建設(shè)者用三個毗鄰101.6mm254mm(4英寸10英寸)木頭，沿其長度與接點錯開和拼接（圖6）。正如看到的以及現(xiàn)場測試所取得的成果西部桁架三分之二的節(jié)點處情況不好（圖7）。然而，剪切鍵也有助于傳遞相鄰弦桿之間的力，

8、所以正如觀察到的損害，有限元模型沒有最初的變化，。圖6摩根大橋下弦桿的效果圖；在有限元模型中，部分陰影部分沒有考慮進去結(jié)果比較結(jié)果比較我們知道，模擬木制桁架的工程師最初關(guān)注的是節(jié)點旋轉(zhuǎn)剛度，初始有限元模型認(rèn)為這座橋是在其“竣工”條件但連接剛度在完全鉸接和非完全固定之間變化?？缰袚隙鹊膮^(qū)別是可以忽略的（當(dāng)然局部彎曲是不同的），但最重要的是，兩個模型和實際橋梁的撓度有相當(dāng)大的差異（參見圖8）。因此。圖8顯示，雖然卯眼和榫頭的連接剛度在建立框

9、架的分析中是一個重要的模型參數(shù)（以往的研究在集中在上面），但這在桁架梁的平面分析中不是那么重要。當(dāng)建立框架依賴于這種與轉(zhuǎn)移彎矩的連接并因此提供平面外（例如風(fēng)作用）穩(wěn)定性，三角性質(zhì)橋梁桁架意味著完全鉸接和完全固接的體系是穩(wěn)定的。正如上一節(jié)討論的，在觀察期間注意到下弦節(jié)點的惡化情況，促使對有限元模型的另一個修改。鑒于在相鄰弦桿件間良好的剪切鍵，一種假設(shè)是，兩個鍵的存在將完全使荷載從一個弦桿到轉(zhuǎn)移到另一根弦桿上。因此，在有限元模型中，節(jié)點的周

10、圍區(qū)域被認(rèn)為對下弦總截面是沒有作用的。圖6的陰影部分就表示這些區(qū)域。為了實現(xiàn)這一點，現(xiàn)場實驗測試和有限元模型顯示出明顯改善（參見圖9）。大的分歧，在可見的“G”點（見圖2），這可能是在模型中沒有充分考慮三角形鋼角板的結(jié)果。通過摩根大橋的例子，我們可以看到，全球橋梁行為的合適模型必須根據(jù)條件評估的狀況建立。相反，條件評估可以通過有限元建模和簡單的實驗測試相結(jié)合的方法來完成。此外，關(guān)鍵節(jié)點在橋梁的整體行為中起著突出的重要作用，這一點在San