桥梁结构预制梁静载试验计算方法、系统及其存储介质

摘要

本申请涉及一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法、系统及其存储介质，该计算方法包括以下步骤，按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算，确定预制梁在目标状态下控制截面处的正应力；基于正应力，根据计算公式确定预制梁试验状态下控制截面理论弯矩；基于理论弯矩和公路桥梁荷载试验规范要求的荷载效率系数η，根据计算公式确定预制梁控制截面处的试验内力；以及，基于试验内力和预设的加载方式，根据计算公式或建立单梁有限元模型确定预制梁的试验荷载。本申请使预制梁的试验荷载确定更便捷。

权利要求

1.一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法，其特征在于，包括以下步骤，按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算，确定预制梁在目标状态下控制截面处的正应力 ；

基于所述正应力 ，根据计算公式 确定预制梁试验状态下控制截面理论弯矩 ；

基于所述理论弯矩 和公路桥梁荷载试验规范要求的荷载效率系数η，根据计算公式确定预制梁控制截面处的试验内力 ；以及，基于所述试验内力 和预设的加载方式，根据计算公式 或建立单梁有限元模型确定预制梁的试验荷载 ；

其中， 表示预制梁在预制完成状态下应力点至截面中性轴的距离， 表示预制梁在预制完成状态下的截面抗弯惯性矩，L表示预制梁试验状态下简支的计算跨径，a表示预制梁的均布荷载长度；

按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算的步骤中，包括：获取预制梁在架设后跨中截面马蹄底面的第一阶段应力 ；

获取施工预制梁间湿接缝和连接横隔板在跨中截面马蹄底面产生的第一增加应力；以及，基于所述第一阶段应力 和第一增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第二阶段应力 = + ；

其中， 采用预制梁的截面特性进行计算；

获取预制梁在施工混凝土调平层在跨中截面马蹄底面产生的第二增加应力 ；

基于所述第二阶段应力 和第二增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第三阶段应力 = + ；

其中， 采用预制梁在湿接缝刚度和横隔板作用下的截面特性进行计算；

获取预制梁在施工沥青层、护栏和后期移动荷载在跨中截面马蹄底面产生的第三增加应力 ；

基于所述第三阶段应力 和第三增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第四阶段应力 = + ；

其中， 采用预制梁在湿接缝刚度、横隔板作用和混凝土调平层参与受力下的截面特性进行计算。

2.根据权利要求1所述的桥梁结构预制梁静载试验计算方法，其特征在于，预制梁在施工各个阶段的阶段应力 通过以下方法计算：；

其中， 表示预制梁在i阶段下控制截面产生的阶段弯矩， 表示预制梁在i阶段下应力点至截面中性轴的阶段距离，表示预制梁在i阶段下的截面抗弯惯性矩。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法，其特征在于，预制梁在施工各个阶段的阶段弯矩 通过以下方法计算：；

其中，q表示预制梁自重等效的均布荷载，l表示预制梁在架设下的计算跨径。

4.一种桥梁结构预制梁静载试验计算系统，其特征在于，包括正应力确定模块、理论弯矩确定模块、试验内力确定模块和试验荷载确定模块，所述正应力确定模块按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算，确定预制梁在目标状态下控制截面处的正应力 ；

所述理论弯矩确定模块与正应力确定模块连接，用于接收所述正应力 ，并根据计算公式 确定预制梁试验状态下控制截面理论弯矩 ；

所述试验内力确定模块与理论弯矩确定模块连接，用于接收所述理论弯矩 ，并基于公路桥梁荷载试验规范要求的荷载效率系数η，根据计算公式 确定预制梁控制截面处的试验内力 ；

所述试验荷载确定模块与试验内力确定模块连接，用于接收所述试验内力 ，并基于预设的加载方式，根据计算公式 或建立单梁有限元模型确定预制梁的试验荷载 ；

其中， 表示预制梁在预制完成状态下应力点至截面中性轴的距离， 表示预制梁在预制完成状态下的截面抗弯惯性矩，L表示预制梁试验状态下简支的计算跨径，a表示预制梁的均布荷载长度。

5.一种可读存储介质，其特征在于：存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至3中任一种方法的计算机程序。

说明书

桥梁结构预制梁静载试验计算方法、系统及其存储介质

技术领域

[0001] 本申请涉及物联网技术领域，尤其是涉及一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法、系统及其存储介质。

背景技术

[0002] 桥梁静载试验是对桥梁结构进行承载力评定的重要手段之一。预制梁装配式结构作为一种桥型简单、技术成熟的结构形式，往往是被桥梁设计者优先考虑和采用。为检验预制梁的承载能力，预制梁静载试验是最为直接、有效的检测手段。

[0003] 当前，《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21‑01‑2015）对新建、加固或改建的公路桥梁静载试验有明确的规定和要求。该规范对静载试验的计算可简单归纳为：通过静载试验效率（同一截面在试验荷载作用下产生的内力或位移与考虑冲击系数后设计荷载作用下产生的内力或位移之比）来控制试验荷载。因此，在进行成桥荷载试验计算时，目前桥梁检测工作者遵循该规范的要求，先计算出设计荷载作用下的内力或位移，再根据静载试验效率的要求确定试验荷载。

[0004] 针对上述中的相关技术，发明人发现预制梁的静载试验与成桥状态不同，预制梁在施工过程中其受力和截面特性均会发生变化，难以按规范要求计算各种荷载作用下的内力或位移。

发明内容

[0005] 为了使预制梁的试验荷载确定更便捷，本申请提供了一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法、系统及其存储介质。

[0006] 第一方面，本申请提供一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法，采用如下的技术方案：

[0007] 一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法，包括以下步骤，

[0008] 按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算，确定预制梁在目标状态下控制截面处的正应力 ；

[0009] 基于所述正应力 ，根据计算公式 确定预制梁试验状态下控制截面理论弯矩 ；

[0010] 基于所述理论弯矩 和公路桥梁荷载试验规范要求的荷载效率系数η，根据计算公式 确定预制梁控制截面处的试验内力 ；以及，

[0011] 基于所述试验内力 和预设的加载方式，根据计算公式 或建立单梁有限元模型确定预制梁的试验荷载 ；

[0012] 其中， 表示预制梁在预制完成状态下应力点至截面中性轴的距离， 表示预制梁在预制完成状态下的截面抗弯惯性矩，L表示预制梁试验状态下简支的计算跨径，a表示预制梁的均布荷载长度。

[0013] 通过采用上述技术方案，根据应力等效的角度出发考虑，可以清楚预制梁在施工过程中截面特性和受力发生变化的情况，推算出预制梁在目标状态下控制截面处关键点的正应力，从而与规范要求的荷载效率吻合一致，进而可计算相应的试验荷载完成静载试验理论计算，这样使预制梁的试验荷载确定更便捷。

[0014] 可选的，预制梁在施工各个阶段的阶段应力 通过以下方法计算：

[0015] ；

[0016] 其中， 表示预制梁在i阶段下控制截面产生的阶段弯矩， 表示预制梁在i阶段下应力点至截面中性轴的阶段距离，表示预制梁在i阶段下的截面抗弯惯性矩。

[0017] 通过采用上述技术方案，对预制梁在施工各个阶段的阶段应力进行计算，便于清楚预制梁在施工过程中受力发生变化的情况，进而有助于预制梁的试验荷载确定。

[0018] 可选的，预制梁在施工各个阶段的阶段弯矩 通过以下方法计算：

[0019] ；

[0020] 其中，q表示预制梁自重等效的均布荷载，l表示预制梁在架设下的计算跨径。

[0021] 通过采用上述技术方案，对预制梁在施工各个阶段的阶段弯矩进行计算，便于清楚预制梁在施工过程中荷载效率系数的变化情况，进而有助于预制梁的试验荷载确定。

[0022] 可选的，按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算的步骤中，包括：

[0023] 获取预制梁在架设后跨中截面马蹄底面的第一阶段应力 ；

[0024] 获取施工预制梁间湿接缝和连接横隔板在跨中截面马蹄底面产生的第一增加应力 ；以及，

[0025] 基于所述第一阶段应力 和第一增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第二阶段应力 = + ；

[0026] 其中， 采用预制梁的截面特性进行计算。

[0027] 通过采用上述技术方案，预制梁间湿接缝和连接横隔板在刚刚施工完毕时，湿接缝和连接横隔板的重量仍由预制梁承担，从而第一增加应力采用预制梁的截面特性进行计算，这样有助于预制梁的试验荷载确定。

[0028] 可选的，按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算的步骤中，包括：

[0029] 获取预制梁在施工混凝土调平层在跨中截面马蹄底面产生的第二增加应力 ；

[0030] 基于所述第二阶段应力 和第二增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第三阶段应力 = + ；

[0031] 其中， 采用预制梁在湿接缝刚度和横隔板作用下的截面特性进行计算。

[0032] 通过采用上述技术方案，预制梁的混凝土调平层在施工后，预制梁间湿接缝和连接横隔板已能发挥强度和刚度，从而第二增加应力采用预制梁在湿接缝刚度和横隔板作用下的截面特性进行计算，这样有助于预制梁的试验荷载确定。

[0033] 可选的，按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算的步骤中，包括：

[0034] 获取预制梁在施工沥青层、护栏和后期移动荷载在跨中截面马蹄底面产生的第三增加应力 ；

[0035] 基于所述第三阶段应力 和第三增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第四阶段应力 = + ；

[0036] 其中， 采用预制梁在湿接缝刚度、横隔板作用和混凝土调平层参与受力下的截面特性进行计算。

[0037] 通过采用上述技术方案，预制梁的沥青层和护栏在施工后，预制梁与湿接缝、横隔板、混凝土调平层构成整体，从而第三增加应力采用预制梁在湿接缝刚度、横隔板作用和混凝土调平层参与受力下的截面特性进行计算，这样有助于预制梁的试验荷载确定。

[0038] 第二方面，本申请提供一种桥梁结构预制梁静载试验计算系统，采用如下的技术方案：

[0039] 一种桥梁结构预制梁静载试验计算系统，包括正应力确定模块、理论弯矩确定模块、试验内力确定模块和试验荷载确定模块，

[0040] 所述正应力确定模块按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算，确定预制梁在目标状态下控制截面处的正应力 ；

[0041] 所述理论弯矩确定模块与正应力确定模块连接，用于接收所述正应力 ，并根据计算公式 确定预制梁试验状态下控制截面理论弯矩 ；

[0042] 所述试验内力确定模块与理论弯矩确定模块连接，用于接收所述理论弯矩 ，并基于公路桥梁荷载试验规范要求的荷载效率系数η，根据计算公式 确定预制梁控制截面处的试验内力 ；

[0043] 所述试验荷载确定模块与试验内力确定模块连接，用于接收所述试验内力 ，并基于预设的加载方式，根据计算公式 或建立单梁有限元模型确定预制梁的试验荷载 ；

[0044] 其中， 表示预制梁在预制完成状态下应力点至截面中性轴的距离， 表示预制梁在预制完成状态下的截面抗弯惯性矩，L表示预制梁试验状态下简支的计算跨径，a表示预制梁的均布荷载长度。

[0045] 通过采用上述技术方案，根据应力等效的角度出发考虑，可以清楚预制梁在施工过程中截面特性和受力发生变化的情况，推算出预制梁在目标状态下控制截面处关键点的正应力，从而与规范要求的荷载效率吻合一致，进而可计算相应的试验荷载完成静载试验理论计算，这样使预制梁的试验荷载确定更便捷。

[0046] 第三方面，本申请提供一种可读存储介质，采用如下的技术方案：

[0047] 一种可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上述桥梁结构预制梁静载试验计算方法中任一种方法的计算机程序。

[0048] 综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：根据应力等效的角度出发考虑，可以清楚预制梁在施工过程中截面特性和受力发生变化的情况，推算出预制梁在目标状态下控制截面处关键点的正应力，从而与规范要求的荷载效率吻合一致，进而可计算相应的试验荷载完成静载试验理论计算，这样使预制梁的试验荷载确定更便捷。

附图说明

[0049] 图1是本申请其中一个实施例的方法流程图；

[0050] 图2是本申请其中一个实施例的系统框图。

具体实施方式

[0051] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1‑2及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0052] 本申请实施例公开一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法，参照图1，包括以下步骤，

[0053] S1、按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算，确定预制梁在目标状态下控制截面处的正应力 。

[0054] S2、基于正应力 ，根据计算公式 确定预制梁试验状态下控制截面理论弯矩 。

[0055] S3、基于理论弯矩 和公路桥梁荷载试验规范要求的荷载效率系数η，根据计算公式 确定预制梁控制截面处的试验内力 。

[0056] S4、基于试验内力 和预设的加载方式，根据计算公式 或建立单梁有限元模型确定预制梁的试验荷载 。

[0057] 需要说明的是， 表示预制梁在预制完成状态下应力点至截面中性轴的距离，表示预制梁在预制完成状态下的截面抗弯惯性矩，L表示预制梁试验状态下简支的计算跨径，a表示预制梁的均布荷载长度。

[0058] 本申请中，预制梁在施工各个阶段的阶段应力 通过以下方法计算： 。

[0059] 需要说明的， 表示预制梁在i阶段下控制截面产生的阶段弯矩， 表示预制梁在i阶段下应力点至截面中性轴的阶段距离，表示预制梁在i阶段下的截面抗弯惯性矩。由此可知，对预制梁在施工各个阶段的阶段应力进行计算，便于清楚预制梁在施工过程中受力发生变化的情况，进而有助于预制梁的试验荷载确定。

[0060] 本申请中，预制梁在施工各个阶段的阶段弯矩 通过以下方法计算：。

[0061] 需要说明的是，q表示预制梁自重等效的均布荷载，l表示预制梁在架设下的计算跨径。由此可知，对预制梁在施工各个阶段的阶段弯矩进行计算，便于清楚预制梁在施工过程中荷载效率系数的变化情况，进而有助于预制梁的试验荷载确定。

[0062] 在步骤S1中，包括：

[0063] S11、获取预制梁在架设后跨中截面马蹄底面的第一阶段应力 。

[0064] S12、获取施工预制梁间湿接缝和连接横隔板在跨中截面马蹄底面产生的第一增加应力 。

[0065] S13、基于第一阶段应力 和第一增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第二阶段应力 = + 。

[0066] 需要说明的是， 采用预制梁的截面特性进行计算。由此可知，预制梁间湿接缝和连接横隔板在刚刚施工完毕时，湿接缝和连接横隔板的重量仍由预制梁承担，从而第一增加应力采用预制梁的截面特性进行计算，这样有助于预制梁的试验荷载确定。

[0067] 在步骤S1中，还包括：

[0068] S14、获取预制梁在施工混凝土调平层在跨中截面马蹄底面产生的第二增加应力。

[0069] S15、基于第二阶段应力 和第二增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第三阶段应力 = + 。

[0070] 需要说明的， 采用预制梁在湿接缝刚度和横隔板作用下的截面特性进行计算。由此可知，预制梁的混凝土调平层在施工后，预制梁间湿接缝和连接横隔板已能发挥强度和刚度，从而第二增加应力采用预制梁在湿接缝刚度和横隔板作用下的截面特性进行计算，这样有助于预制梁的试验荷载确定。

[0071] 在步骤S1中，还包括：

[0072] S16、获取预制梁在施工沥青层、护栏和后期移动荷载在跨中截面马蹄底面产生的第三增加应力 。

[0073] S17、基于第三阶段应力 和第三增加应力 ，计算出预制梁在跨中截面马蹄底面的第四阶段应力 = + 。

[0074] 需要说明的是， 采用预制梁在湿接缝刚度、横隔板作用和混凝土调平层参与受力下的截面特性进行计算。由此可知，预制梁的沥青层和护栏在施工后，预制梁与湿接缝、横隔板、混凝土调平层构成整体，从而第三增加应力采用预制梁在湿接缝刚度、横隔板作用和混凝土调平层参与受力下的截面特性进行计算，这样有助于预制梁的试验荷载确定。

[0075] 以某高速公路简支梁的预制梁为例，阐述本计算方法如下：

[0076] 1）预制梁在架设后跨中截面马蹄底面的第一阶段应力为 ，此时预制梁仅承担自重。

[0077] 2）施工预制梁之间的湿接缝和连接横隔板：考虑混凝土需要一定时间才能发挥强度和刚度，刚刚施工完毕时，湿接缝和连接横隔板的重量仍由预制梁承担，此时跨中截面马蹄底面的第二阶段应力为 ，计算 时仍采用预制梁的截面特性，第一增加应力 为湿接缝和横隔板等在跨中截面马蹄底面产生的应力。

[0078] 3）施工混凝土调平层：此时预制梁之间的湿接缝和横隔板已能发挥强度和刚度，此时跨中截面马蹄底面的第三阶段应力为 ，第二增加应力 为施工调平层在跨中截面马蹄底面产生的应力，计算 时采用考虑湿接缝刚度和横隔板作用的截面特性。

[0079] 4）施工沥青铺装层、护栏以及后期荷载等：此时湿接缝、横隔板与混凝土调平层与预制梁之间构成整体，此时跨中截面马蹄底面的第四阶段应力为 ，第三增加应力为施工沥青层、护栏以及后期移动荷载在跨中截面马蹄底面产生的应力，计算 时采用考虑湿接缝刚度、横隔板作用以及混凝土调平层参与受力的截面特性。

[0080] 5）即预制梁静载试验状态下，预制梁跨中截面马蹄底面的应力也应为 （应力等效）。

[0081] 6）以第四阶段应力 为基础，根据预制梁的截面特性，利用材料力学公式计算控制截面的理论内力。

[0082] 7）参照公路桥梁荷载试验规程的要求，计入荷载效率η，得到试验内力M1。

[0083] 8）根据拟定的加载方式（集中荷载、均布荷载等），利用结构力学公式或建立单梁有限元模型计算试验荷载；试验荷载作用下预制梁的应力（应变）、变形计算，静载试验计算完成。

[0084] 本申请实施例一种桥梁结构预制梁静载试验计算方法的实施原理为：根据应力等效的角度出发考虑，可以清楚预制梁在施工过程中截面特性和受力发生变化的情况，推算出预制梁在目标状态下控制截面处关键点的正应力，从而与规范要求的荷载效率吻合一致，进而可计算相应的试验荷载完成静载试验理论计算，这样使预制梁的试验荷载确定更便捷。

[0085] 本申请实施例还公开一种桥梁结构预制梁静载试验计算系统，参照图2，包括正应力确定模块、理论弯矩确定模块、试验内力确定模块和试验荷载确定模块，正应力确定模块按照预制梁在施工过程中的受力和截面特性变化进行叠加计算，确定预制梁在目标状态下控制截面处的正应力 ；理论弯矩确定模块与正应力确定模块连接，用于接收正应力 ，并根据计算公式 确定预制梁试验状态下控制截面理论弯矩 。

[0086] 试验内力确定模块与理论弯矩确定模块连接，用于接收理论弯矩 ，并基于公路桥梁荷载试验规范要求的荷载效率系数η，根据计算公式 确定预制梁控制截面处的试验内力 ；试验荷载确定模块与试验内力确定模块连接，用于接收试验内力，并基于预设的加载方式，根据计算公式 或建立单梁有限元模型确定预制梁的试验荷载 。

[0087] 需要说明的， 表示预制梁在预制完成状态下应力点至截面中性轴的距离， 表示预制梁在预制完成状态下的截面抗弯惯性矩，L表示预制梁试验状态下简支的计算跨径，a表示预制梁的均布荷载长度。

[0088] 由此可知，根据应力等效的角度出发考虑，可以清楚预制梁在施工过程中截面特性和受力发生变化的情况，推算出预制梁在目标状态下控制截面处关键点的正应力，从而与规范要求的荷载效率吻合一致，进而可计算相应的试验荷载完成静载试验理论计算，这样使预制梁的试验荷载确定更便捷。

[0089] 其中，正应力确定模块包括阶段应力计算单元，阶段应力计算单元用于对预制梁在施工各个阶段的阶段应力 进行计算， 。

[0090] 需要说明的是， 表示预制梁在i阶段下控制截面产生的阶段弯矩， 表示预制梁在i阶段下应力点至截面中性轴的阶段距离，表示预制梁在i阶段下的截面抗弯惯性矩。由此可知，对预制梁在施工各个阶段的阶段应力进行计算，便于清楚预制梁在施工过程中受力发生变化的情况，进而有助于预制梁的试验荷载确定。

[0091] 其中，理疗弯矩确定模块包括阶段弯矩计算单元，阶段弯矩计算单元用于对预制梁在施工各个阶段的阶段弯矩 进行计算， 。

[0092] 需要说明的是，q表示预制梁自重等效的均布荷载，l表示预制梁在架设下的计算跨径。由此可知，对预制梁在施工各个阶段的阶段弯矩进行计算，便于清楚预制梁在施工过程中荷载效率系数的变化情况，进而有助于预制梁的试验荷载确定。

[0093] 本申请实施例还公开一种可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上述桥梁结构预制梁静载试验计算方法中任一种方法的计算机程序。

[0094] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。