基于MATLAB环境桥梁荷载试验快速分析系统研发与应用

作     者：许佳伟 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李新生

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：桥梁荷载试验 横向分布 有限元 Matlab环境 面向对象 快速分析 

摘      要：桥梁荷载试验分析的基础是桥梁结构的动静力分析,一般需借助专业结构分析软件完成。工程师通常采用通用有限元程序或桥梁结构设计软件进行分析,但桥梁的专用性较差,对试验荷载模拟有一定难度,且后处理工作量巨大。桥梁荷载试验分析重点在于加载情况下结构局部应力、横桥向变形等的计算。桥梁荷载试验中的荷载效率、车辆荷载选择及布置、测点布置、测点结果提取以及荷载报告输出等,往往消耗工程师很多时间与精力,工作效率相对低下。本文以杆系有限元分析理论、结构截面特性计算方法、桥梁横向分布理论以及桥梁荷载试验相关规定,借助Matlab环境GUI界面设计、微软组件(COM)对象模型,研制与开发了“桥梁荷载试验快速分析系统,主要内容与研究结论如下:1、介绍了三角形分块法、常见截面抗扭惯性矩计算公式、常用横向分布计算理论,编制了相应分析程序及可视化输入、输出界面。可方便快速分析各种梁式桥常见截面的几何特性、简支梁桥各主梁横向分布影响线,利用车辆横向自动布载、影响线插值分析,可求得任意主梁最不利荷载横向分布系数,为简支梁桥梁顺桥向荷载作用效应提供精准、快速分析辅助功能。2、介绍并编制了杆系理论编制了空间、平面杆系有限元分析程序及简易方便地输入、输出界面。利用空间梁单元可以快速近似求解箱型截面连续梁桥横向分布效应,可为连续梁桥荷载试验提供较精确地应力变形分析结果。利用平面杆系单元可自动分析桥梁各截面的内力影响线、设计荷载作用效应、内力包络图及最不利内力截面位置,为桥梁荷载试验提供高效、快速的理论分析结果。3、根据结构动力效应分析理论,编制了平面杆系结构的动力分析程序,能够快速求解无阻尼自由振动下的自振频率与振型,并绘制相应的振型图。4、根据桥梁荷载试验相关规定及要求,对于拟定的试验加载车队类型、车辆间距及横向最大车辆数等为控制变量,编制了荷载试验加载车辆自动布载程序。能够快速确定测试截面的加载效率,分析测试截面在试验加载车辆作用下的作用效应及应力、变形等,并绘制试验加载车辆布置简图。结合微软组件(COM)对象模型能够自动生成桥梁荷载试验检测方案的word格式文档,大大减少了荷载试验方案前期工作量。5、结合桥梁相关规范、结构设计理论以及桥梁荷载试验实测结果,编制了控制截面应力变形分析和荷载试验结构分析程序及交互式输入、输出界面。可自动快速分析试验荷载作用下的截面应力、变形、效验系数及判定结果,并生成桥梁荷载试验报告的word格式文档。本文最后依据苏州市城北大道长浒大桥主线桥—三跨(62m+104m+62m)变截面预应力混凝土连续箱梁桥荷载试验工程实例分析,并与Midas等通用软件分析结果进行对比,验证了程序分析结果的准确性和适用性,可为类似桥梁荷载试验分析借鉴使用。