跟范菊学FEA-桥梁检测专题20140418

跟范菊学FEA--检测专题北京迈达斯技术有限公司目录1、midasFEA在检测上的应用介绍2、具体实例讲解：3X28m三跨连续梁具体建模操作静载试验：如何确定加载方案？（试验荷载效率）任意荷载施加试验荷载挠度、应力（应变）测点结果查看与对照（校验系数）动载试验：结构基频边跨跨中正弯矩工况加载车辆及挠度1、midasFEA在检测上的应用介绍1、midasFEA在检测上的应用介绍病害成因（裂缝）分析静动载试验（宽、斜、弯、异形、钢混组合结构桥梁）损伤检测测量技术桥梁加固施工阶段模拟判断加固前后承载能力加固方案比选加宽改造冗余度分析大体积混凝土水化热分析1、midasFEA在检测上的应用介绍1、midasFEA在检测上的应用介绍病害成因（裂缝）分析1、midasFEA在检测上的应用介绍1、midasFEA在检测上的应用介绍西南大桥静动载试验工程概况5×20m简支空心板。单幅桥宽18m。进行旧桥检测。考虑桥面铺装及防撞栏后，刚度增大，与实测值更接近，校验系数明显提高。1、midasFEA在检测上的应用介绍1.预应力混凝土箱梁砸击后损伤检测与仿真分析(常州市市政管理处)目录①箱梁被砸击损伤②损伤前后比较分析③火灾影响分析损伤情况：2012年12月22日上午11时左右，常州某大桥引桥第五联附近打桩机倒塌，桥梁受到撞击多处受损。砸击事故造成引桥桥面铺装与箱梁顶板面积约（1.5×1.5）m2的区域直接被砸穿，箱梁顶板3根纵向、3根横向预应力钢筋被砸外露且局部下凹变形，主筋被砸弯。有2个箱室顶板混凝土受冲击破碎、劈裂、脱空，腹板与顶板交接处纵向开裂，腹板混凝土产生5条斜向裂缝。纵向预应力筋锚固齿板混凝土在顶板连接处破碎，钢筋露出。1、midasFEA在检测上的应用介绍1.预应力混凝土箱梁砸击后损伤检测与仿真分析(常州市市政管理处)目录①箱梁被砸击损伤②损伤前后比较分析③火灾影响分析1、midasFEA在检测上的应用介绍1.预应力混凝土箱梁砸击后损伤检测与仿真分析(常州市市政管理处)C、D、E箱室检查结果表明：箱室内混凝土顶、底、腹板混凝土基本完好，未发现劈裂、破碎区域。目录①箱梁被砸击损伤②损伤前后比较分析③火灾影响分析1、midasFEA在检测上的应用介绍1.预应力混凝土箱梁砸击后损伤检测与仿真分析(常州市市政管理处)此次计算分析取倒塌的打桩机重量6t，动荷系数约200。砸击荷载采用面荷载模拟，作用面积约（1.5×1.5）m2。结论：在假定的砸击荷载作用下，箱梁顶板理论受损区域大于实测受损区域，大致在(5.5×7.0)m2左右，顶板理论受损区域如图10所示。受砸区同一箱室内边、中腹板应力水平较大，其他箱室内腹板应力水平相对较小。其中，受砸击影响最显著部位位于中腹板与顶板交接区域，大致在(4.0×0.5)m2左右。底板受砸击影响最显著部位位于边、中腹板交接区域，均在(1.5×1.5)m2左右。受损区域中心纵向位置与砸击区域相同。目录①箱梁被砸击损伤②损伤前后比较分析③火灾影响分析1、midasFEA在检测上的应用介绍2.基于损伤梁桥在控制荷载作用下的有限元分析(吉林省白城市公路管理处)目录①箱梁被砸击损伤②损伤前后比较分析③火灾影响分析主要病害：1/4L、1/2L处有受力裂缝，3号~4号主梁之间微弯板处有纵向裂缝，在桥下底部观测时发现行车作用下主梁变形过大。损伤模拟简化方法：将梁底相应位置处节点分割，以期实现主梁横向裂缝处损伤位置)、3号~4号梁微弯板间的纵向裂缝。1、midasFEA在检测上的应用介绍3.地铁发生火灾时的耐火性能分析(韩国OO地铁)目录①箱梁被砸击损伤②损伤前后比较分析③火灾影响分析截面设计按照规范要求进行截面设计热传递分析计算规定耐火时间内的热应力和温度分布计算强度减少程度计算温度作用下的强度(fckθ,fyθ)重新验算截面计算耐火时间内的承载能力Mnθ∙(+)Mnθ≥(+)Mmax(使用荷载)[发生火灾1小时后温度沿板厚的分布][加腋处应力变化]-60-40-20020406005101520253035404550时间(小时)最大拉应力最小压应力温度(℃)2070300600850弹模(×104MPa)2.52.51.250.90.61、midasFEA在检测上的应用介绍2、结构验算分别按照原来规范和荷载等级及现行规范及荷载等级进行结构验算判断该桥原设计承载能力是否满足要求，并判断是否满足现行荷载等级要求，结合本次检测结果，综合评定桥梁的实际承载能力3、静载试验静载试验检测内容:（1）测试桥梁控制截面在试验荷载作用下的挠度；（2）测试桥梁控制截面在试验荷载作用下的应变；（3）观测梁体在试验荷载作用下裂缝的开展情况。步骤：（1）确定控制截面及加载工况（2）确定加载方案（试验荷载效率）（3）结果对比（应变和挠度）桥梁概述：3X28预应力混凝土连续梁桥，单箱四室上部结构采用C50混凝土设计荷载：公路-I级设计行车速度：60km/h3、静载试验实例：桥梁概述1、Civil直接导入（mcs文件）FEA直接建模（CAD导入断面，然后延伸生成实体）2、确定支座位置（印刻功能）3、材料特性定义4、网格划分5、边界条件施加3、静载试验3.1、建立模型：3.1建立FEA模型3、静载试验3.2荷载工况及控制截面3、静载试验梁桥的主要测试内容3.2荷载工况及控制截面控制断面AABBCC5678DD正弯矩应力（应变）挠度负弯矩应力（应变）3、静载试验正弯矩应力（应变）挠度正弯矩应力（应变）挠度3.2荷载工况及控制截面3、静载试验位置工况（7个）工况Ⅰ边跨1跨中（A-A截面）最大正弯矩效应（中载、偏载）工况Ⅱ跨中（A-A截面）最大挠度效应（中载、偏载）工况Ⅲ中跨跨中（B-B截面）最大正弯矩效应（中载、偏载）工况Ⅳ跨中（B-B截面）最大挠度效应（中载、偏载）工况Ⅴ边跨2跨中（C-C截面）最大正弯矩效应（中载、偏载）工况Ⅵ跨中（C-C截面）最大挠度效应（中载、偏载）工况Ⅶ中支点支点（D-D截面）最大负弯矩效应（中载、偏载）荷载工况3.2荷载工况及控制截面3、静载试验3.3.1等效荷载•加载车辆：3轴总重300KN3.3确定加载方案3、确定加载方案3.3.1等效荷载•加载车辆：3轴总重300KN后轴中轴前轴1.303.50120KN120KN60KN3、确定加载方案原则：实验荷载效应与设计荷载效应等效（试验荷载效率满足检测规程的要求）3.3.2加载车辆的数量和位置3、静载试验内容加载车个数估算（A-A截面弯矩影响线）1、全部加载在15号节点上：5.65*300=1695.6KNm7113.2/1695.6=4.2(加载车个数)2、全部加载11节点上（试算）3.88*300=11647113.2/1164=6.11(加载车个数)可选为6个加载车•7113.2为公路一级标准荷载下的A-A截面（边跨跨中）的弯矩值3.3.2加载车辆的数量和位置3、静载试验内容加载车6辆3.3.2加载车辆的数量和位置根据影响线，车辆布置：横向三排车，纵向两排3、静载试验内容•移动荷载追踪器利用civil的移动荷载追踪得到精确坐标（14j）•追踪到的荷载保存为mct文件（不考虑冲击—删除移动荷载分析控制）•工具mct命令窗口导入3、静载试验内容•根据影响线确定最不利位置•Civil里影响线保存为DWG文件，在cad里确定加载单元及位置利用影响线小工具3、静载试验内容分析荷载任意荷载点荷载可以根据坐标施加在非节点位置用任意荷载施加试验车辆局部方向内力合力查看弯矩3、静载试验内容工况试验项目试验荷载效应设计荷载效应荷载效率工况ⅠA-A截面最大正弯矩效应（14单元J端）6504.67113.20.914工况ⅡA-A截面最大挠度效应（15节点）-2.77-1.780.99工况ⅢB-B截面最大正弯矩效应（42单元J端）5905.95871.31.01工况ⅣB-B截面最大挠度效应（43节点）-1.38-1.371.01工况ⅤC-C截面最大正弯矩效应（70单元j端）6940.67113.20.98工况ⅥC-C截面最大挠度效应（71节点）-1.79-1.781.01工况ⅦD-D截面最大负弯矩效应（30号单元）-4066.5-4098.50.99注明：表中数据弯矩单位为KN*m，剪力单位为KN，挠度单位为mm，挠度方向“-”为向下。3.4荷载效率3.5应变和挠度测试结果（7种工况）3、静载试验内容挠度：结构刚度应变：结构强度3、静载试验位置工况（7个）工况Ⅰ边跨1跨中（A-A截面）最大正弯矩效应（中载、偏载）工况Ⅱ跨中（A-A截面）最大挠度效应（中载、偏载）工况Ⅲ中跨跨中（B-B截面）最大正弯矩效应（中载、偏载）工况Ⅳ跨中（B-B截面）最大挠度效应（中载、偏载）工况Ⅴ边跨2跨中（C-C截面）最大正弯矩效应（中载、偏载）工况Ⅵ跨中（C-C截面）最大挠度效应（中载、偏载）工况Ⅶ中支点支点（D-D截面）最大负弯矩效应（中载、偏载）挠度测试荷载工况挠度测试测点AABBCC5678DD挠度3、静载试验挠度挠度横截面上测点挠度结果3、静载试验在工况Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅸ满载作用下，主梁实测挠度校验系数介于0.81~0.93之间，实测挠度均小于计算值，表明主梁结构竖向刚度满足设计要求3.5.1挠度测试结果3、静载试验内容工况测点实测值（mm）计算值（mm）校验系数工况ⅡA-A截面左侧-1.43-1.7730.81右侧-1.45-1.7730.82工况ⅨA-A截面左侧-1.40-1.500.93右侧-1.7-1.500.84工况ⅣB-B截面左侧-1.22-1.380.88右侧-1.24-1.380.90工况ⅥC-C截面左侧-1.51-1.790.84右侧-1.57-1.790.88注明：挠度方向“-”为向下。控制截面应力测点的应力采用应变片测试（纵向）控制断面上测点布置如下：3.5.2应力测试结果3、静载试验内容控制截面应力测点的应力采用应变片测试（纵向）控制断面上测点布置如下：3.5.2应力测试结果3、静载试验内容6.4.3应力测试结果3、静载试验6.4.3应力测试结果3、静载试验内容测点编号实测值（με）计算值（με）校验系数1-5-6.20.81278.70.8031723.80.71421250.84520250.80622250.88721250.84823250.92920250.801021250.841122250.881220250.801318210.8614680.7515-5-60.83注明：拉应变为正，压应变为负。工况IA-A截面应变结果各测点实测应变校验系数小于1，实测值均小于计算值，说明该控制截面强度满足设计要求4、动载试验4.1动载试验内容4、动载试验模态一模态频率（HZ）模态一4.20模态二4.95模态三5.0各阶振型振动频率表4.2自振特性的试验实测基频要大于理论值实际刚度大于理论刚度模态三模态二4、动载试验4.2自振特性的试验