基于模型試驗的曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋力學(xué)性能與優(yōu)化策略研究一、緒論1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的加速和交通運輸需求的增長，大跨度橋梁作為連接城市與城市、城市與鄉(xiāng)村的重要交通樞紐，發(fā)揮著越來越重要的作用。大跨度橋梁是指主跨超過200米的橋梁，由于其超長跨度、大荷載等特點，一直以來被視作橋梁工程中的難點和重點。近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和交通運輸需求的不斷增長，各國對大跨度橋梁的需求也逐漸增加。尤其是在城市化、工業(yè)化迅速發(fā)展的亞洲地區(qū)，大跨度橋梁成為了承載經(jīng)濟發(fā)展和城市發(fā)展的主要交通工程。在大跨度橋梁的發(fā)展歷程中，技術(shù)創(chuàng)新一直是推動其不斷進(jìn)步的關(guān)鍵。特別是近年來，大跨度橋梁在施工材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、自動化施工等方面都取得了長足的進(jìn)步。在施工材料方面，新型的高強度混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋等材料的應(yīng)用，使得大跨度橋梁的承載能力和耐久性得到了提升。拱橋作為一種古老而經(jīng)典的橋梁形式，憑借其獨特的力學(xué)性能和優(yōu)美的造型，在橋梁工程領(lǐng)域一直占據(jù)著重要地位。而曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋，作為拱橋家族中的新興成員，融合了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與曲線鋼箱梁的優(yōu)勢，展現(xiàn)出諸多卓越特性。一方面，鋼管對核心混凝土的約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，極大地提高了其抗壓強度和變形能力，從而提升了結(jié)構(gòu)的整體承載能力；另一方面，曲線鋼箱梁的采用，不僅增強了橋梁的橫向剛度，使其能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的受力工況，還賦予了橋梁獨特的美學(xué)價值，使其在滿足交通功能的同時，成為城市景觀的重要組成部分。這種橋型能夠適應(yīng)不同的地形地貌，在跨越江河、山谷等復(fù)雜地理條件時具有明顯優(yōu)勢，因此受到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。然而，如同任何新興事物一樣，曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋在實際運用中也面臨著一系列挑戰(zhàn)。其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)致受力情況極為復(fù)雜，在各種荷載作用下，結(jié)構(gòu)各部位的應(yīng)力分布不均勻，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。這不僅增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，也對施工過程中的精度控制提出了極高要求。在實際工程中，由于設(shè)計、施工或使用過程中的各種因素，曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋常常出現(xiàn)各種問題，如結(jié)構(gòu)裂縫、變形過大等，這些問題嚴(yán)重影響了橋梁的使用壽命和安全性。例如，某些橋梁在運營一段時間后，發(fā)現(xiàn)鋼箱梁與鋼管混凝土連接處出現(xiàn)裂縫，這不僅削弱了結(jié)構(gòu)的整體性，還可能引發(fā)更嚴(yán)重的安全隱患；部分橋梁由于對溫度效應(yīng)考慮不足，在溫度變化較大時，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的變形，影響了行車的舒適性和安全性。此外，目前對于這種新型橋型的設(shè)計理論和方法尚不完善，缺乏足夠的工程經(jīng)驗和規(guī)范指導(dǎo)，這也在一定程度上限制了其推廣和應(yīng)用。針對曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的研究和優(yōu)化設(shè)計，不僅可以提高橋梁的使用壽命和安全性，還能夠進(jìn)一步促進(jìn)我國交通建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。模型試驗研究作為一種重要的研究手段，能夠在實驗室條件下對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和測試，從而深入了解其力學(xué)性能和工作機理。通過模型試驗，可以直觀地觀察結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的變形和破壞形態(tài)，準(zhǔn)確測量結(jié)構(gòu)各部位的應(yīng)力和應(yīng)變，為理論分析和數(shù)值模擬提供可靠的依據(jù)。模型試驗還可以對不同的設(shè)計方案和施工工藝進(jìn)行對比和驗證，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高施工質(zhì)量，降低工程成本。因此，開展曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋模型試驗研究具有重要的理論意義和工程實用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鋼管混凝土拱橋作為一種高效的組合結(jié)構(gòu)橋梁形式，自20世紀(jì)30年代末在蘇聯(lián)首次應(yīng)用以來，在國內(nèi)外得到了廣泛的研究和應(yīng)用。在理論分析方面，國內(nèi)外學(xué)者對鋼管混凝土拱橋的力學(xué)性能進(jìn)行了深入研究。國外的研究主要集中在鋼管混凝土的基本力學(xué)性能，如鋼管與混凝土之間的粘結(jié)滑移性能、鋼管混凝土構(gòu)件的受壓、受彎、受剪性能等，提出了一些經(jīng)典的理論和計算方法，如統(tǒng)一理論、套箍系數(shù)理論等，為鋼管混凝土拱橋的設(shè)計和分析提供了理論基礎(chǔ)。國內(nèi)學(xué)者在借鑒國外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的工程實際，對鋼管混凝土拱橋的力學(xué)性能進(jìn)行了大量的理論分析和數(shù)值模擬研究。研究內(nèi)容涵蓋了拱橋的靜力性能、動力性能、穩(wěn)定性、抗震性能等多個方面，提出了一系列適合我國國情的設(shè)計理論和方法，如基于能量法的穩(wěn)定性分析方法、考慮材料非線性和幾何非線性的有限元分析方法等。在試驗研究方面，國內(nèi)外學(xué)者通過模型試驗和足尺試驗，對鋼管混凝土拱橋的力學(xué)性能進(jìn)行了驗證和研究。國外早期的試驗研究主要關(guān)注鋼管混凝土構(gòu)件的基本力學(xué)性能，如鋼管與混凝土的協(xié)同工作性能、構(gòu)件的破壞模式等。隨著技術(shù)的發(fā)展，試驗研究逐漸向大型化、精細(xì)化方向發(fā)展，開始關(guān)注拱橋整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和響應(yīng)。國內(nèi)的試驗研究起步相對較晚，但發(fā)展迅速。近年來，國內(nèi)學(xué)者針對不同類型的鋼管混凝土拱橋，開展了大量的模型試驗和足尺試驗，研究了拱橋在不同荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，變形特性，以及結(jié)構(gòu)的破壞模式和極限承載能力等。例如，對大跨度鋼管混凝土拱橋進(jìn)行靜載試驗，通過測量拱肋、系桿、吊桿等關(guān)鍵部位的應(yīng)力和變形，驗證了設(shè)計理論的正確性，并為工程實踐提供了寶貴的經(jīng)驗。在工程應(yīng)用方面，鋼管混凝土拱橋在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。國外的鋼管混凝土拱橋建設(shè)相對較早，如蘇聯(lián)在20世紀(jì)30年代末建造的跨越列寧格勒涅瓦河的101m下承式鋼管混凝土公路拱橋和位于西伯利亞跨度達(dá)140m的上承式鋼管混凝土鐵路拱橋，為后來的工程建設(shè)提供了重要的參考。近年來，歐美等國家也在不斷探索鋼管混凝土拱橋的新應(yīng)用，如在城市橋梁建設(shè)中采用鋼管混凝土拱橋，以滿足城市景觀和交通功能的需求。我國自1990年建成第一座鋼管混凝土拱橋——四川旺蒼東河大橋以來，鋼管混凝土拱橋得到了迅猛發(fā)展。截至目前，我國已建成了200多座鋼管混凝土拱橋，跨徑不斷增大，橋型也日益多樣化。其中，廣東丫髻沙大橋主橋為76+360+76m三跨連續(xù)中承式鋼管混凝土剛架系桿拱橋，跨徑居當(dāng)時同類型橋梁之最；重慶巫峽長江大橋主孔跨徑達(dá)460m，是目前世界上跨徑最大的鋼管混凝土拱橋。這些橋梁的建設(shè)，不僅展示了我國在鋼管混凝土拱橋領(lǐng)域的技術(shù)實力，也為相關(guān)研究提供了豐富的工程實踐案例。然而，盡管國內(nèi)外在鋼管混凝土拱橋的研究和應(yīng)用方面取得了豐碩的成果，但對于曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋這一新型橋型，目前的研究還相對較少。其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式和受力特性，使得傳統(tǒng)的設(shè)計理論和方法難以直接應(yīng)用，仍存在許多問題亟待解決。在結(jié)構(gòu)受力分析方面，由于曲線鋼箱梁和異型鋼管混凝土拱肋的協(xié)同工作機理復(fù)雜，目前對其在各種荷載作用下的應(yīng)力分布、變形規(guī)律等的研究還不夠深入，缺乏完善的理論分析模型。在試驗研究方面，由于曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的模型制作難度大，試驗技術(shù)要求高，目前相關(guān)的試驗研究較少，難以全面驗證理論分析的正確性。在工程應(yīng)用方面，由于缺乏足夠的設(shè)計和施工經(jīng)驗，該橋型在實際工程中的應(yīng)用還相對較少，需要進(jìn)一步積累工程實踐經(jīng)驗，完善相關(guān)的設(shè)計和施工規(guī)范。1.3研究內(nèi)容與方法本研究將圍繞曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋展開多方面深入探究，致力于全面揭示其力學(xué)性能、優(yōu)化設(shè)計方案，為實際工程應(yīng)用提供堅實的理論支撐與技術(shù)保障。在模型設(shè)計制作方面，將依據(jù)相似理論，精確模擬實際橋梁的幾何尺寸、材料特性及邊界條件，精心設(shè)計并制作1:X比例的縮尺模型。選用與實際橋梁相似的材料，如鋼材、混凝土等，嚴(yán)格控制模型的制作精度，確保模型能夠真實反映實際橋梁的結(jié)構(gòu)特征。同時，充分考慮模型在試驗過程中的加載方式、測量方法等因素，對模型進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造處理，為后續(xù)的試驗研究奠定良好的基礎(chǔ)。試驗方案制定上，將結(jié)合理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果，制定科學(xué)合理的試驗方案。明確試驗?zāi)康?、試驗?nèi)容和試驗步驟，確定加載工況、加載制度和測量項目。采用分級加載的方式，逐步施加豎向荷載、水平荷載和溫度荷載等，模擬實際橋梁在各種工況下的受力狀態(tài)。運用高精度的測量儀器，如應(yīng)變片、位移計、傾角儀等，實時監(jiān)測模型在加載過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、位移和轉(zhuǎn)角等參數(shù)的變化情況，獲取全面、準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)。結(jié)果分析階段，將運用統(tǒng)計學(xué)方法和力學(xué)原理，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。研究結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下的力學(xué)性能，包括應(yīng)力分布規(guī)律、變形特性、內(nèi)力重分布規(guī)律等。通過與理論計算結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比，驗證理論分析和數(shù)值模擬的正確性，揭示曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的力學(xué)行為和工作機理。同時，分析試驗過程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象和問題，探討其產(chǎn)生的原因和影響因素，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)，將基于試驗結(jié)果和分析，從材料選擇、結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造措施等方面對曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。研究不同材料組合和結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，尋找最優(yōu)的設(shè)計方案。采用新型材料和高性能材料，提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度和耐久性；優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，如調(diào)整拱肋的矢跨比、曲線鋼箱梁的截面形狀和尺寸等，改善結(jié)構(gòu)的受力性能；加強構(gòu)造措施，如增設(shè)橫撐、加強節(jié)點連接等，提高結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。通過優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步提高曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的安全性、經(jīng)濟性和適用性。本研究將采用模型試驗與有限元分析相結(jié)合的方法，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)勢。模型試驗?zāi)軌蛑庇^地反映結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)和變形特性，為理論分析和數(shù)值模擬提供可靠的試驗數(shù)據(jù)；有限元分析則可以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的力學(xué)計算和分析，快速、準(zhǔn)確地得到結(jié)構(gòu)在各種工況下的力學(xué)響應(yīng)，為模型試驗提供理論指導(dǎo)。通過將兩者有機結(jié)合，相互驗證和補充，深入研究曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的力學(xué)性能和工作機理，為實際工程應(yīng)用提供科學(xué)、合理的設(shè)計依據(jù)和技術(shù)支持。1.4技術(shù)路線與創(chuàng)新點本研究技術(shù)路線清晰、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，旨在通過多方面的研究手段，深入探究曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的力學(xué)性能與優(yōu)化設(shè)計方案。具體而言，研究將以資料收集與理論研究為基礎(chǔ)，深入分析曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)特點與力學(xué)性能，進(jìn)而設(shè)計并制作高精度的模型試驗樣本，進(jìn)行全面的試驗研究，同時結(jié)合有限元分析，驗證和補充試驗結(jié)果。最后，基于試驗與分析結(jié)果，提出針對性的優(yōu)化設(shè)計策略，形成完整的研究成果。研究技術(shù)路線圖如圖1-1所示。\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{技術(shù)路線圖.png}\caption{研究技術(shù)路線圖}\label{fig:技術(shù)路線圖}\end{figure}本研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：多工況全面試驗：傳統(tǒng)研究對曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋在多種復(fù)雜工況下的性能研究存在不足，本研究將全面開展豎向荷載、水平荷載、溫度荷載等多工況試驗，模擬實際橋梁可能遇到的各種受力情況，系統(tǒng)研究其力學(xué)性能，填補這方面的研究空白。多方法綜合分析：將模型試驗與有限元分析、理論計算相結(jié)合，充分發(fā)揮不同方法的優(yōu)勢，從多個角度對試驗結(jié)果進(jìn)行深入分析。通過模型試驗獲取真實的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)，利用有限元分析進(jìn)行復(fù)雜的力學(xué)計算和模擬，運用理論計算進(jìn)行驗證和補充，提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。針對性優(yōu)化策略：基于試驗結(jié)果和分析，從材料選擇、結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造措施等方面提出針對性的優(yōu)化設(shè)計策略。研究不同材料組合和結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，為曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的設(shè)計和施工提供科學(xué)、合理的建議，推動該橋型的工程應(yīng)用和發(fā)展。二、曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋工程概況與理論基礎(chǔ)2.1工程實例介紹本研究選取[具體橋梁名稱]作為工程實例，該橋位于[具體地理位置]，是一座重要的交通樞紐橋梁，其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和復(fù)雜的受力環(huán)境為研究曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋提供了典型案例。該橋孔跨布置為[具體孔跨布置，如(2×30+80+2×30)m]，這種布置方式充分考慮了當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛埠徒煌髁啃枨?。主橋采用曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱結(jié)構(gòu)，通過合理的跨徑組合，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。引橋則根據(jù)實際情況，采用[引橋結(jié)構(gòu)形式，如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁]，以確保橋梁整體的平順性和連貫性。在結(jié)構(gòu)組成方面，該橋主要由曲線鋼箱梁、異型鋼管混凝土拱肋、吊桿、橋墩等部分組成。曲線鋼箱梁作為主要的承重結(jié)構(gòu)之一，采用單箱[具體箱室數(shù)，如八室]截面，曲線半徑為[具體半徑數(shù)值，如400m]，每隔[具體間距數(shù)值，如2m]設(shè)置一道橫隔板。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅提高了鋼箱梁的抗彎和抗扭能力，還增強了其橫向穩(wěn)定性，使其能夠更好地承受車輛荷載和風(fēng)力等水平荷載。異型鋼管混凝土拱肋是該橋的關(guān)鍵受力構(gòu)件，主拱肋在豎平面內(nèi)，內(nèi)填混凝土，副拱肋在斜平面內(nèi)，在橋面處與主拱相交，主拱與副拱之間通過橫向加勁翼板連接成整體。這種獨特的拱肋結(jié)構(gòu)形式，充分發(fā)揮了鋼管和混凝土的材料特性，提高了拱肋的承載能力和穩(wěn)定性。吊桿采用[吊桿材料，如高強度平行鋼絲]，其作用是將鋼箱梁的荷載傳遞到拱肋上，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作。橋墩采用[橋墩形式，如鋼筋混凝土柱式墩]，基礎(chǔ)為[基礎(chǔ)形式，如鉆孔灌注樁基礎(chǔ)]，以確保橋梁能夠承受巨大的豎向和水平荷載，保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。材料參數(shù)方面，曲線鋼箱梁采用[鋼材型號，如Q345qD]鋼材，其屈服強度為[具體屈服強度數(shù)值，如345MPa]，抗拉強度為[具體抗拉強度數(shù)值，如490-610MPa]，具有良好的力學(xué)性能和可焊性。異型鋼管混凝土拱肋的鋼管采用[鋼管鋼材型號，如Q390qE]，屈服強度為[具體屈服強度數(shù)值，如390MPa]，抗拉強度為[具體抗拉強度數(shù)值，如510-660MPa]，內(nèi)填[混凝土強度等級，如C50]混凝土，該強度等級的混凝土具有較高的抗壓強度和耐久性，能夠與鋼管協(xié)同工作，共同承受荷載。吊桿采用的高強度平行鋼絲，其抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到[具體抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)值，如1670MPa]，能夠滿足吊桿在橋梁結(jié)構(gòu)中的受力要求。橋墩采用[橋墩混凝土強度等級，如C40]混凝土，基礎(chǔ)采用[基礎(chǔ)混凝土強度等級，如C35]混凝土，這些混凝土強度等級的選擇，充分考慮了橋墩和基礎(chǔ)在橋梁結(jié)構(gòu)中的受力特點和耐久性要求。2.2結(jié)構(gòu)受力特點分析在恒載作用下，曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)受力呈現(xiàn)出獨特的分布規(guī)律。恒載主要包括結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝以及附屬設(shè)施等永久荷載，這些荷載通過主梁、拱肋、斜腿等構(gòu)件傳遞到基礎(chǔ)。其中，主梁作為直接承受橋面荷載的構(gòu)件，承擔(dān)了較大的豎向荷載，其跨中截面承受較大的彎矩和剪力。在[具體橋梁名稱]中，根據(jù)有限元分析結(jié)果，主梁跨中截面在恒載作用下的彎矩可達(dá)[X]kN?m，剪力約為[X]kN。由于曲線鋼箱梁的曲線特性，使得其在承受荷載時會產(chǎn)生較大的扭矩，這對箱梁的抗扭性能提出了較高要求。拱肋作為拱橋的主要承重構(gòu)件，在恒載作用下主要承受壓力，同時也會承受一定的彎矩和剪力。主拱肋在豎平面內(nèi)，內(nèi)填混凝土，與副拱肋通過橫向加勁翼板連接成整體，共同承擔(dān)恒載產(chǎn)生的壓力。在[具體橋梁名稱]中，主拱肋在恒載作用下的軸力約為[X]kN，彎矩可達(dá)[X]kN?m。這種復(fù)雜的受力狀態(tài)要求拱肋具有較高的抗壓和抗彎能力，而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的組合形式正好滿足了這一需求，鋼管對核心混凝土的約束作用提高了拱肋的抗壓強度和變形能力。斜腿在恒載作用下主要承受壓力和彎矩，其作用是將拱肋傳來的荷載傳遞到基礎(chǔ)，并增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在[具體橋梁名稱]中，斜腿與主梁結(jié)合處設(shè)置鋼-混結(jié)合段，有效地傳遞了荷載，保證了結(jié)構(gòu)的整體性。斜腿在恒載作用下的軸力約為[X]kN，彎矩可達(dá)[X]kN?m，其受力狀態(tài)較為復(fù)雜，需要在設(shè)計和施工中予以充分考慮。恒載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路徑清晰明確。橋面荷載首先通過橋面板傳遞到橫梁，再由橫梁傳遞到主梁，主梁將荷載傳遞給吊桿，吊桿將荷載傳遞到拱肋，拱肋將荷載傳遞到斜腿，最終由斜腿將荷載傳遞到基礎(chǔ)。在這個傳力過程中，各個構(gòu)件之間的協(xié)同工作至關(guān)重要，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能影響結(jié)構(gòu)的整體受力性能?；钶d作用下，結(jié)構(gòu)的受力情況更加復(fù)雜，會產(chǎn)生較大的應(yīng)力和變形?；钶d主要包括車輛荷載、人群荷載等可變荷載，其作用位置和大小具有不確定性。當(dāng)車輛在橋上行駛時，會對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生豎向力、水平力和沖擊力，這些力會使主梁、拱肋等構(gòu)件的內(nèi)力發(fā)生變化。在[具體橋梁名稱]中，通過有限元分析模擬車輛荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)車輛行駛至主跨跨中時，主梁跨中截面的彎矩和剪力會顯著增加，分別可達(dá)[X]kN?m和[X]kN，拱肋的軸力和彎矩也會相應(yīng)增大?；钶d作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路徑與恒載作用下基本相同，但由于活載的動態(tài)特性，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動和沖擊效應(yīng)。這些效應(yīng)會使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形進(jìn)一步增大，對結(jié)構(gòu)的疲勞性能和耐久性產(chǎn)生不利影響。在設(shè)計中，需要考慮活載的最不利布置情況，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強度、剛度和穩(wěn)定性驗算，以確保橋梁在活載作用下的安全性和可靠性。風(fēng)荷載是曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋設(shè)計中不可忽視的重要荷載之一，對結(jié)構(gòu)的受力性能有著顯著影響。風(fēng)荷載主要包括平均風(fēng)荷載和脈動風(fēng)荷載，平均風(fēng)荷載會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生靜風(fēng)力作用，而脈動風(fēng)荷載則會引起結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)。在[具體橋梁名稱]中，根據(jù)風(fēng)洞試驗結(jié)果和相關(guān)規(guī)范計算，該橋在設(shè)計風(fēng)速下的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為[X]kN/m2。在風(fēng)荷載作用下，主梁主要承受風(fēng)壓力和吸力，會產(chǎn)生較大的彎矩、剪力和扭矩。由于曲線鋼箱梁的橫向剛度相對較小，在風(fēng)荷載作用下容易發(fā)生橫向位移和扭轉(zhuǎn)，這對箱梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。主拱肋和副拱肋也會承受風(fēng)荷載產(chǎn)生的壓力和彎矩，風(fēng)荷載會使拱肋的軸力和彎矩發(fā)生變化，影響拱肋的穩(wěn)定性。斜腿在風(fēng)荷載作用下會承受水平力和彎矩，其受力狀態(tài)也會發(fā)生改變。風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路徑較為復(fù)雜。風(fēng)荷載首先作用在橋梁的迎風(fēng)面上，通過主梁、拱肋等構(gòu)件傳遞到基礎(chǔ)。在這個過程中，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生風(fēng)振響應(yīng)，需要考慮風(fēng)振系數(shù)對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的放大作用。為了提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能，通常會采取一些措施，如增加橋梁的橫向剛度、設(shè)置風(fēng)撐、優(yōu)化橋梁的外形等。通過這些措施，可以有效地減小風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)的影響，保證橋梁在風(fēng)荷載作用下的安全穩(wěn)定。2.3相似理論與模型設(shè)計原理相似理論作為模型試驗的理論基石，在橋梁工程研究中具有舉足輕重的地位。其核心要義在于，若兩個物理現(xiàn)象的各物理量之間存在一定的比例關(guān)系，且這些比例關(guān)系在整個物理過程中保持不變，則稱這兩個物理現(xiàn)象相似。在曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的模型試驗中，運用相似理論能夠精準(zhǔn)地將實際橋梁的復(fù)雜力學(xué)行為映射到模型上，為深入研究橋梁結(jié)構(gòu)性能提供了有效途徑。相似比是相似理論的關(guān)鍵要素，它是原型與模型中對應(yīng)物理量的比值。在確定相似比時，需綜合考量多方面因素，如試驗?zāi)康?、試驗條件、模型制作難度以及測量精度要求等。對于曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋，幾何相似比、材料相似比、荷載相似比等是最為關(guān)鍵的相似比參數(shù)。幾何相似比決定了模型與原型在幾何形狀和尺寸上的比例關(guān)系，是模型設(shè)計的基礎(chǔ)。它直接影響到模型的空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)布局，進(jìn)而影響到模型在試驗中的力學(xué)響應(yīng)。在本研究中，綜合考慮實驗室場地條件、加載設(shè)備能力以及模型制作工藝，確定幾何相似比為1:X。這一比例既能確保模型在實驗室中能夠順利進(jìn)行試驗，又能保證模型能夠較為準(zhǔn)確地反映原型橋梁的幾何特征。例如，通過該幾何相似比，將原型橋梁的曲線鋼箱梁的曲線半徑、截面尺寸以及拱肋的長度、曲率等幾何參數(shù)按比例縮小到模型上，使得模型在幾何形狀上與原型橋梁高度相似。材料相似比要求模型材料與原型材料在力學(xué)性能上保持相似，包括彈性模量、泊松比、屈服強度、抗拉強度等參數(shù)。只有材料相似，模型才能在受力時表現(xiàn)出與原型相似的力學(xué)行為。由于實際橋梁中曲線鋼箱梁采用Q345qD鋼材，異型鋼管混凝土拱肋的鋼管采用Q390qE鋼材，內(nèi)填C50混凝土，要完全找到與原型材料力學(xué)性能完全相同的模型材料較為困難。因此，通過對多種材料的力學(xué)性能測試和分析，選用了[具體模型材料名稱]作為模型鋼材，其彈性模量、屈服強度等力學(xué)性能與原型鋼材的相似比為[具體相似比數(shù)值]；選用[具體模型混凝土材料名稱]作為模型混凝土，其抗壓強度、彈性模量等性能與原型C50混凝土的相似比為[具體相似比數(shù)值]。通過這些相似材料的選擇，盡可能地保證了模型材料與原型材料在力學(xué)性能上的相似性，從而為模型試驗的準(zhǔn)確性提供了保障。荷載相似比確保模型所承受的荷載與原型在比例上一致，包括恒載、活載、風(fēng)荷載等。準(zhǔn)確的荷載相似比是模擬原型橋梁實際受力狀態(tài)的關(guān)鍵。在確定荷載相似比時，根據(jù)相似理論公式，并結(jié)合實際橋梁的荷載計算結(jié)果，確定荷載相似比為[具體荷載相似比數(shù)值]。在試驗加載過程中，按照該荷載相似比，將原型橋梁所承受的各種荷載按比例施加到模型上。例如，對于原型橋梁在設(shè)計荷載組合下的車輛荷載，根據(jù)荷載相似比計算出模型上應(yīng)施加的車輛荷載大小，通過在模型橋面上布置加載設(shè)備，如千斤頂、砝碼等，精確施加相應(yīng)的荷載，從而模擬原型橋梁在車輛荷載作用下的受力狀態(tài)。在模型尺寸選擇方面，除了依據(jù)幾何相似比確定整體尺寸外，還需對模型的關(guān)鍵部位尺寸進(jìn)行細(xì)致考量。對于曲線鋼箱梁的腹板厚度、翼緣寬度，拱肋的鋼管直徑、壁厚等關(guān)鍵尺寸，在滿足相似比的前提下，要確保其在模型制作和試驗過程中的可操作性和測量精度。例如，為了保證模型曲線鋼箱梁的腹板在制作過程中的精度和穩(wěn)定性，適當(dāng)增加了腹板的厚度，但同時通過材料相似比和結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，對模型的整體力學(xué)性能進(jìn)行了調(diào)整和驗證，確保這種尺寸調(diào)整不會影響模型對原型橋梁力學(xué)性能的模擬效果。模型材料的選擇同樣至關(guān)重要。除了滿足材料相似比要求外，還需考慮材料的加工性能、成本以及耐久性等因素。在實際選擇中，優(yōu)先選用加工工藝成熟、成本合理且耐久性良好的材料。例如，對于模型鋼材，選擇了易于加工和焊接的[具體模型鋼材名稱]，這種鋼材不僅能夠滿足力學(xué)性能相似的要求，而且在加工過程中能夠保證尺寸精度和焊接質(zhì)量，同時其成本相對較低，符合試驗研究的經(jīng)濟性要求；對于模型混凝土，選用了工作性能良好、早期強度發(fā)展較快的[具體模型混凝土材料名稱]，既便于混凝土的澆筑和成型，又能在較短時間內(nèi)達(dá)到試驗所需的強度，提高了試驗效率，同時其耐久性也能夠滿足模型試驗的要求。通過綜合考慮這些因素，確保了模型材料的選擇既能滿足相似理論要求，又能在實際試驗中發(fā)揮良好的作用。三、試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計與制作3.1模型相似比確定在開展曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋模型試驗時，精準(zhǔn)確定相似比是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)乎試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，對深入探究橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能起著決定性作用。相似比的確定并非隨意為之，而是需要綜合考量眾多復(fù)雜因素，其中，實際工程的具體參數(shù)是基礎(chǔ)依據(jù)，它涵蓋了橋梁的跨度、結(jié)構(gòu)形式、材料特性以及所承受的荷載等關(guān)鍵信息。例如，[具體橋梁名稱]的跨度為[X]米，采用獨特的曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱結(jié)構(gòu)，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式對相似比的確定提出了更高的要求。試驗條件同樣不容忽視，包括實驗室的場地空間、加載設(shè)備的承載能力、測量儀器的精度等，這些因素限制了模型的尺寸和加載方式。若實驗室場地狹小，就無法制作過大尺寸的模型；加載設(shè)備承載能力有限，也會影響模型所承受荷載的模擬范圍。模型制作的難度也是必須考慮的因素，曲線鋼箱梁的復(fù)雜曲線形狀、異型鋼管混凝土拱肋的特殊構(gòu)造，都增加了模型制作的工藝難度，需要在相似比確定時充分權(quán)衡。根據(jù)相似理論，相似比的計算有著嚴(yán)格的公式和推導(dǎo)過程。對于幾何相似比，其計算公式為：C_{L}=\frac{L_{m}}{L_{p}}其中，C_{L}表示幾何相似比，L_{m}為模型的幾何尺寸，L_{p}為原型的幾何尺寸。在本研究中，經(jīng)過對實際工程參數(shù)和試驗條件的反復(fù)分析與權(quán)衡，確定幾何相似比為1:X。這一比例的確定，既充分考慮了實驗室的場地和設(shè)備條件，能夠確保模型在實驗室中順利進(jìn)行試驗操作，又能保證模型在幾何形狀上與原型橋梁高度相似，從而準(zhǔn)確模擬原型橋梁的空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)布局。例如，通過該幾何相似比，將原型橋梁曲線鋼箱梁的曲線半徑、截面尺寸以及拱肋的長度、曲率等關(guān)鍵幾何參數(shù)按比例縮小到模型上，使得模型在外觀和結(jié)構(gòu)形式上與原型橋梁保持一致。材料相似比的確定同樣遵循相似理論，它要求模型材料與原型材料在力學(xué)性能上保持相似，具體包括彈性模量、泊松比、屈服強度、抗拉強度等關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)的相似性是保證模型在受力時能夠表現(xiàn)出與原型相似力學(xué)行為的基礎(chǔ)。對于曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋，原型橋梁中曲線鋼箱梁采用Q345qD鋼材，異型鋼管混凝土拱肋的鋼管采用Q390qE鋼材，內(nèi)填C50混凝土。然而，要在模型制作中找到與原型材料力學(xué)性能完全相同的材料是極為困難的。因此，通過對多種材料的力學(xué)性能進(jìn)行全面測試和深入分析，選用了[具體模型材料名稱]作為模型鋼材，其彈性模量、屈服強度等力學(xué)性能與原型鋼材的相似比為[具體相似比數(shù)值]；選用[具體模型混凝土材料名稱]作為模型混凝土，其抗壓強度、彈性模量等性能與原型C50混凝土的相似比為[具體相似比數(shù)值]。通過這些相似材料的精心選擇，盡可能地保證了模型材料與原型材料在力學(xué)性能上的相似性，為模型試驗的準(zhǔn)確性提供了有力保障。荷載相似比的確定旨在確保模型所承受的荷載與原型在比例上一致，這對于模擬原型橋梁的實際受力狀態(tài)至關(guān)重要。荷載相似比的計算需要綜合考慮多種荷載類型，包括恒載、活載、風(fēng)荷載等。在實際工程中，[具體橋梁名稱]所承受的恒載包括結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝以及附屬設(shè)施等永久荷載，活載主要有車輛荷載、人群荷載等可變荷載，風(fēng)荷載則根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件和橋梁的地理位置進(jìn)行計算。在確定荷載相似比時，依據(jù)相似理論公式，并結(jié)合實際橋梁的荷載計算結(jié)果，確定荷載相似比為[具體荷載相似比數(shù)值]。在試驗加載過程中，嚴(yán)格按照該荷載相似比，將原型橋梁所承受的各種荷載按比例施加到模型上。例如，對于原型橋梁在設(shè)計荷載組合下的車輛荷載，根據(jù)荷載相似比精確計算出模型上應(yīng)施加的車輛荷載大小，通過在模型橋面上布置加載設(shè)備，如千斤頂、砝碼等，精確施加相應(yīng)的荷載，從而真實地模擬原型橋梁在車輛荷載作用下的受力狀態(tài)。表3-1展示了本研究中確定的主要相似比參數(shù)，這些參數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同構(gòu)成了模型試驗的相似體系。通過合理確定這些相似比，為后續(xù)的模型設(shè)計、制作以及試驗研究奠定了堅實的基礎(chǔ)，能夠更加準(zhǔn)確地揭示曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋的力學(xué)性能和工作機理。表3-1主要相似比參數(shù)相似比類型相似比數(shù)值幾何相似比1:X材料相似比（鋼材）[具體相似比數(shù)值]材料相似比（混凝土）[具體相似比數(shù)值]荷載相似比[具體荷載相似比數(shù)值]3.2模型設(shè)計方案在模型設(shè)計過程中，首要任務(wù)是確定模型的截取范圍，這需要綜合考慮多方面因素。從橋梁結(jié)構(gòu)的完整性角度出發(fā)，應(yīng)涵蓋主要的受力構(gòu)件和關(guān)鍵連接部位，以全面反映實際橋梁的力學(xué)行為。[具體橋梁名稱]主橋為關(guān)鍵研究對象，其孔跨布置、結(jié)構(gòu)組成等信息為模型截取提供了重要依據(jù)。在孔跨布置方面，主橋的[具體孔跨布置]決定了模型需要包含相應(yīng)跨度的結(jié)構(gòu)部分，以模擬橋梁在不同跨徑下的受力情況。在結(jié)構(gòu)組成上，曲線鋼箱梁、異型鋼管混凝土拱肋、吊桿、橋墩等部分均是模型的重要組成部分，缺一不可。為了確保模型能夠準(zhǔn)確模擬實際橋梁的邊界條件，對橋墩與基礎(chǔ)的連接部位進(jìn)行了細(xì)致的模擬，采用與實際橋梁相似的約束方式，保證模型在受力時能夠真實反映實際橋梁的力學(xué)響應(yīng)。通過合理的截取范圍確定，使得模型既能夠全面反映實際橋梁的關(guān)鍵特征，又能夠在實驗室條件下進(jìn)行有效的試驗研究。依據(jù)已確定的幾何相似比1:X，對模型各部分尺寸進(jìn)行精確計算。對于曲線鋼箱梁，其截面尺寸的確定是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過相似比計算，得到模型曲線鋼箱梁的腹板厚度為[具體厚度數(shù)值]mm，翼緣寬度為[具體寬度數(shù)值]mm。這些尺寸的精確確定，保證了模型曲線鋼箱梁在力學(xué)性能上與實際橋梁的相似性，使其能夠在試驗中準(zhǔn)確模擬實際橋梁曲線鋼箱梁的受力情況。例如，在實際橋梁中，曲線鋼箱梁的腹板主要承受剪力，通過精確模擬腹板厚度，模型能夠在試驗中真實反映腹板在不同荷載作用下的受力狀態(tài)。拱肋尺寸的設(shè)計同樣重要，模型拱肋的鋼管直徑為[具體直徑數(shù)值]mm，壁厚為[具體壁厚數(shù)值]mm，這些尺寸的確定充分考慮了拱肋在實際橋梁中的受力特點和相似理論要求。拱肋作為拱橋的主要承重構(gòu)件，承受著巨大的壓力和彎矩，通過精確設(shè)計模型拱肋的尺寸，能夠保證模型拱肋在試驗中具有與實際橋梁拱肋相似的承載能力和力學(xué)性能。在模型設(shè)計過程中，還對各部分構(gòu)件的連接部位尺寸進(jìn)行了精確設(shè)計，確保連接部位的強度和剛度滿足相似要求，從而保證模型結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。模型材料的選擇是模型設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要在滿足相似理論要求的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種因素。在材料選擇過程中，對市場上多種材料進(jìn)行了廣泛調(diào)研，對其力學(xué)性能、加工性能、成本等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析和比較。對于模型鋼材，經(jīng)過對多種鋼材的力學(xué)性能測試和分析，最終選用了[具體模型鋼材名稱]。這種鋼材的彈性模量與原型鋼材的相似比為[具體相似比數(shù)值]，屈服強度相似比為[具體相似比數(shù)值]，能夠較好地滿足模型對鋼材力學(xué)性能的相似要求。同時，該鋼材具有良好的加工性能，易于進(jìn)行切割、焊接等加工操作，能夠保證模型制作的精度和質(zhì)量。其成本相對合理，在滿足試驗要求的前提下，降低了試驗成本。對于模型混凝土，選用了[具體模型混凝土材料名稱]。該混凝土的抗壓強度與原型C50混凝土的相似比為[具體相似比數(shù)值]，彈性模量相似比為[具體相似比數(shù)值]，能夠滿足模型對混凝土力學(xué)性能的相似要求。其工作性能良好，在澆筑過程中具有較好的流動性和填充性，能夠保證混凝土在模型中的密實性。早期強度發(fā)展較快，能夠在較短時間內(nèi)達(dá)到試驗所需的強度，提高了試驗效率。通過對模型鋼材和混凝土的精心選擇，確保了模型材料在力學(xué)性能、加工性能和成本等方面的綜合性能，為模型試驗的順利進(jìn)行提供了有力保障。根據(jù)模型的尺寸、材料等設(shè)計參數(shù)，運用專業(yè)繪圖軟件繪制了詳細(xì)的模型設(shè)計圖。在繪圖過程中，嚴(yán)格遵循相關(guān)的繪圖標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保圖紙的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。模型設(shè)計圖全面展示了模型的各個組成部分，包括曲線鋼箱梁、異型鋼管混凝土拱肋、吊桿、橋墩等。對于曲線鋼箱梁，圖紙詳細(xì)標(biāo)注了其截面尺寸、曲線半徑、橫隔板位置等關(guān)鍵信息，如圖3-1所示。對于異型鋼管混凝土拱肋，標(biāo)注了拱肋的形狀、尺寸、鋼管與混凝土的組合方式等信息，如圖3-2所示。吊桿和橋墩的設(shè)計圖也分別標(biāo)注了各自的尺寸、位置以及與其他構(gòu)件的連接方式等信息。這些詳細(xì)的標(biāo)注信息，為模型的制作提供了精確的指導(dǎo)，確保模型制作人員能夠準(zhǔn)確理解設(shè)計意圖，按照設(shè)計要求制作出高精度的模型。通過繪制詳細(xì)的模型設(shè)計圖，不僅方便了模型制作過程中的尺寸控制和質(zhì)量檢驗，也為后續(xù)的試驗研究提供了重要的參考依據(jù)，使得試驗人員能夠根據(jù)設(shè)計圖準(zhǔn)確布置測點、安裝加載設(shè)備等。\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁設(shè)計圖.png}\caption{曲線鋼箱梁設(shè)計圖}\label{fig:曲線鋼箱梁設(shè)計圖}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{異型鋼管混凝土拱肋設(shè)計圖.png}\caption{異型鋼管混凝土拱肋設(shè)計圖}\label{fig:異型鋼管混凝土拱肋設(shè)計圖}\end{figure}3.3模型制作過程在鋼箱梁制作過程中，選用[具體模型鋼材名稱]作為制作材料，該鋼材的各項力學(xué)性能與實際橋梁所使用鋼材的相似比經(jīng)過嚴(yán)格計算和驗證，確保滿足模型試驗要求。在加工工藝上，采用先進(jìn)的數(shù)控切割技術(shù)，依據(jù)設(shè)計圖紙精確切割鋼材，切割精度控制在±[X]mm以內(nèi)，有效保證了鋼箱梁各部件的尺寸精度。例如，在切割曲線鋼箱梁的腹板和翼緣板時，通過數(shù)控切割機的精確控制，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲線的精準(zhǔn)切割，使腹板和翼緣板的實際尺寸與設(shè)計尺寸的誤差極小。在焊接環(huán)節(jié)，選用與模型鋼材相匹配的[具體焊接材料名稱]焊接材料，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝。這種焊接工藝具有焊接速度快、焊接質(zhì)量高、變形小等優(yōu)點，能夠有效保證焊縫的強度和密封性。在焊接過程中，嚴(yán)格控制焊接電流、電壓和焊接速度等參數(shù)，確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定。焊接完成后，對焊縫進(jìn)行外觀檢查，要求焊縫表面光滑、無氣孔、裂紋等缺陷；采用超聲波探傷儀對焊縫進(jìn)行內(nèi)部探傷檢測，探傷比例達(dá)到[X]%，確保焊縫質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為了保證鋼箱梁的整體尺寸精度和結(jié)構(gòu)性能，制作過程中還采用了專用的胎架進(jìn)行定位和組裝。胎架根據(jù)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點和尺寸要求進(jìn)行設(shè)計制作，能夠準(zhǔn)確地定位鋼箱梁的各個部件，保證組裝精度。在組裝過程中，使用高精度的測量儀器，如全站儀、水準(zhǔn)儀等，對鋼箱梁的尺寸和位置進(jìn)行實時監(jiān)測和調(diào)整，確保鋼箱梁的整體尺寸精度和結(jié)構(gòu)性能符合設(shè)計要求。異形拱肋制作同樣選用[具體模型鋼材名稱]，其與實際橋梁鋼材的力學(xué)性能相似比符合設(shè)計要求。在加工工藝方面，對于拱肋的彎曲加工，采用熱彎成型工藝。通過對鋼材進(jìn)行加熱，使其達(dá)到合適的塑性變形溫度，然后在專用的模具上進(jìn)行彎曲成型。在熱彎過程中，嚴(yán)格控制加熱溫度、加熱時間和彎曲速度等參數(shù)，確保拱肋的彎曲半徑和形狀精度符合設(shè)計要求。例如，對于異形拱肋的特殊曲線形狀，通過精確控制熱彎工藝參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)拱肋的精準(zhǔn)成型，使拱肋的實際形狀與設(shè)計圖紙高度吻合。鋼管的對接焊接采用氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面的焊接工藝。氬弧焊打底能夠保證焊縫根部的質(zhì)量，使焊縫根部熔合良好、無缺陷；手工電弧焊蓋面則能夠保證焊縫表面的質(zhì)量和強度。在焊接過程中，對焊接工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，如焊接電流、電壓、焊接速度等，確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定。焊接完成后，對焊縫進(jìn)行外觀檢查和內(nèi)部探傷檢測，外觀檢查要求焊縫表面光滑、無明顯缺陷，內(nèi)部探傷檢測采用射線探傷或超聲波探傷，探傷比例達(dá)到[X]%，確保焊縫質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為了保證異形拱肋的尺寸精度和形狀準(zhǔn)確性，在制作過程中采用了三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行檢測和校準(zhǔn)。三維激光掃描技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地獲取拱肋的三維形狀信息，通過與設(shè)計模型進(jìn)行對比分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)和糾正拱肋制作過程中的尺寸偏差和形狀誤差，確保異形拱肋的制作精度滿足試驗要求。斜腿制作選用與實際橋梁混凝土力學(xué)性能相似比符合要求的[具體模型混凝土材料名稱]。在模板制作方面，采用鋼模板，鋼模板具有強度高、剛度大、表面光滑等優(yōu)點，能夠保證斜腿的成型質(zhì)量。鋼模板根據(jù)斜腿的形狀和尺寸進(jìn)行定制加工，模板的拼接縫采用密封膠密封，防止漏漿。在混凝土澆筑過程中，采用分層澆筑的方法，每層澆筑厚度控制在[X]mm左右。使用插入式振搗器進(jìn)行振搗，振搗時間控制在[X]s左右，確保混凝土振搗密實，避免出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷。在混凝土澆筑過程中，對混凝土的坍落度進(jìn)行實時監(jiān)測，要求坍落度控制在設(shè)計范圍內(nèi)，以保證混凝土的工作性能和澆筑質(zhì)量。例如，在澆筑斜腿根部等關(guān)鍵部位時，通過嚴(yán)格控制混凝土的坍落度和振搗時間，能夠確保這些部位的混凝土密實度和強度?；炷翝仓瓿珊螅M(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，采用灑水養(yǎng)護(hù)的方式，養(yǎng)護(hù)時間不少于[X]天，使混凝土在良好的環(huán)境中硬化，保證其強度和耐久性。在養(yǎng)護(hù)過程中，定期對混凝土的強度進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施，確?；炷恋膹姸仍鲩L符合設(shè)計要求。鋼管內(nèi)混凝土澆筑前，對鋼管進(jìn)行全面檢查，確保鋼管內(nèi)壁清潔、無油污、鐵銹等雜質(zhì)，同時檢查鋼管的密封性，防止?jié)仓^程中出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。在澆筑方法上，采用泵送頂升法。這種方法利用混凝土泵的壓力，將混凝土從鋼管底部頂升，使其自下而上填充鋼管。在泵送頂升過程中，嚴(yán)格控制混凝土的配合比和坍落度，混凝土配合比經(jīng)過多次試驗確定，以確保其具有良好的流動性和填充性；坍落度控制在[X]mm左右，既能保證混凝土在泵送過程中的順利輸送，又能保證其在鋼管內(nèi)的填充效果。例如，通過調(diào)整混凝土的配合比和坍落度，能夠使混凝土在泵送頂升過程中順利填充鋼管的各個部位，避免出現(xiàn)空洞和不密實的情況。為了保證混凝土的澆筑質(zhì)量，在澆筑過程中使用插入式振搗器對混凝土進(jìn)行振搗，振搗點均勻布置，振搗時間控制在[X]s左右，確保混凝土振搗密實。同時，在鋼管頂部設(shè)置排氣孔，及時排出混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的氣體，避免形成氣穴影響混凝土的澆筑質(zhì)量。在澆筑完成后，對鋼管內(nèi)混凝土的密實度進(jìn)行檢測，采用超聲波檢測法，檢測比例達(dá)到[X]%，確?；炷恋臐仓|(zhì)量符合要求。全橋模型拼裝在實驗室專用的拼裝平臺上進(jìn)行，拼裝平臺經(jīng)過精確找平，平整度控制在±[X]mm以內(nèi)，為模型拼裝提供了良好的基礎(chǔ)條件。在拼裝過程中，首先安裝橋墩，橋墩采用與實際橋梁橋墩結(jié)構(gòu)相似的模型，通過地腳螺栓與拼裝平臺固定，確保橋墩的穩(wěn)定性。然后安裝曲線鋼箱梁，使用吊車將鋼箱梁吊運至拼裝位置，通過定位銷和螺栓與橋墩進(jìn)行連接，連接過程中使用全站儀對鋼箱梁的位置和標(biāo)高進(jìn)行實時監(jiān)測和調(diào)整，確保鋼箱梁的安裝精度。例如，在安裝鋼箱梁時，通過全站儀的精確測量和調(diào)整，能夠使鋼箱梁的位置偏差控制在極小范圍內(nèi)，保證其與橋墩的連接精度和整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。接著安裝異形拱肋，將制作好的異形拱肋吊運至拼裝位置，與鋼箱梁和橋墩進(jìn)行連接。在連接過程中，采用臨時支撐結(jié)構(gòu)對拱肋進(jìn)行支撐，確保拱肋在安裝過程中的穩(wěn)定性。通過全站儀對拱肋的空間位置進(jìn)行精確測量和調(diào)整，使其與設(shè)計位置的偏差控制在允許范圍內(nèi)。最后安裝斜腿，將斜腿與鋼箱梁和橋墩進(jìn)行連接，連接完成后，對全橋模型進(jìn)行整體檢查和調(diào)整，確保各構(gòu)件之間的連接牢固，模型的整體結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求。在拼裝過程中，對各構(gòu)件之間的連接節(jié)點進(jìn)行重點檢查，確保連接節(jié)點的強度和可靠性。例如，對鋼箱梁與拱肋的連接節(jié)點，采用高強度螺栓進(jìn)行連接，并對螺栓的擰緊力矩進(jìn)行嚴(yán)格控制，通過扭矩扳手進(jìn)行檢測，確保螺栓的擰緊力矩符合設(shè)計要求，從而保證連接節(jié)點的強度和可靠性。四、試驗方案設(shè)計4.1試驗工況選取通過有限元模擬分析實橋在不同荷載組合下的受力情況，是準(zhǔn)確選取試驗工況的關(guān)鍵步驟。利用專業(yè)的有限元分析軟件，如ANSYS、MidasCivil等，建立精確的實橋有限元模型。在建模過程中，充分考慮結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料特性、邊界條件以及各種荷載的作用方式。對于曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋，要精確模擬曲線鋼箱梁的曲線形狀、截面尺寸，異型鋼管混凝土拱肋的復(fù)雜構(gòu)造，以及各構(gòu)件之間的連接方式。材料特性方面，依據(jù)實際工程使用的鋼材和混凝土的力學(xué)參數(shù)，如彈性模量、泊松比、屈服強度、抗壓強度等，準(zhǔn)確輸入到模型中。邊界條件的設(shè)置要模擬實際橋梁的支撐情況，確保模型能夠真實反映實橋的受力狀態(tài)。在模擬不同荷載組合時，全面考慮恒載、活載、風(fēng)荷載、溫度荷載等多種荷載的相互作用。恒載包括結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝、附屬設(shè)施等永久荷載，按照實際重量和分布方式施加到模型上。活載主要考慮車輛荷載，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，如《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2015），模擬不同車型、不同車道布置下的車輛荷載作用。例如，考慮最不利的車輛加載位置，使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最大的內(nèi)力和變形。風(fēng)荷載根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件和橋梁的地理位置，按照規(guī)范要求計算風(fēng)荷載的大小和方向，并施加到模型上。溫度荷載則考慮季節(jié)變化、日照溫差等因素，模擬不同溫度工況下結(jié)構(gòu)的受力情況。通過有限元模擬，得到實橋在各種荷載組合下的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，找出對結(jié)構(gòu)受力最不利且具有代表性的工況。在確定試驗工況時，遵循以下原則：一是選擇能夠使結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位產(chǎn)生最大內(nèi)力和變形的工況，如曲線鋼箱梁的跨中截面、異型鋼管混凝土拱肋的拱腳部位等，這些部位在結(jié)構(gòu)受力中起著關(guān)鍵作用，其受力狀態(tài)直接影響結(jié)構(gòu)的安全性；二是考慮不同荷載類型的組合，如恒載與活載組合、恒載與風(fēng)荷載組合、恒載與溫度荷載組合等，以全面研究結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的力學(xué)性能；三是選取具有實際工程意義的工況，如正常使用工況、極限工況等，為工程設(shè)計和施工提供參考依據(jù)。根據(jù)上述原則，確定了以下主要試驗工況：工況一：恒載+汽車荷載（最不利布置）：該工況主要模擬橋梁在正常使用狀態(tài)下，承受結(jié)構(gòu)自重和汽車荷載的最不利組合情況。通過在橋面上合理布置汽車荷載，使曲線鋼箱梁和異型鋼管混凝土拱肋產(chǎn)生最大的彎矩、剪力和軸力，研究結(jié)構(gòu)在這種工況下的受力性能和變形特性。工況二：恒載+風(fēng)荷載（設(shè)計風(fēng)速）：考慮風(fēng)荷載對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，按照設(shè)計風(fēng)速施加風(fēng)荷載，研究結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的抗風(fēng)穩(wěn)定性。分析曲線鋼箱梁和拱肋在風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力分布、變形情況，以及結(jié)構(gòu)的整體抗風(fēng)性能。工況三：恒載+溫度荷載（升溫、降溫）：模擬季節(jié)變化和日照溫差對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，分別施加升溫荷載和降溫荷載。研究結(jié)構(gòu)在溫度作用下的熱脹冷縮效應(yīng)，分析曲線鋼箱梁和拱肋的溫度應(yīng)力分布、變形情況，以及結(jié)構(gòu)的溫度變形協(xié)調(diào)性能。工況四：恒載+汽車荷載（最不利布置）+風(fēng)荷載（設(shè)計風(fēng)速）：綜合考慮汽車荷載和風(fēng)荷載的共同作用，研究結(jié)構(gòu)在這種復(fù)雜工況下的受力性能和響應(yīng)。分析結(jié)構(gòu)在兩種荷載同時作用下的應(yīng)力疊加情況、變形特性，以及結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。工況五：極限工況（超載試驗）：為了檢驗結(jié)構(gòu)的極限承載能力，進(jìn)行超載試驗。按照一定的超載系數(shù)，如1.2倍或1.3倍的設(shè)計荷載，施加汽車荷載，觀察結(jié)構(gòu)在超載情況下的變形、裂縫開展等情況，研究結(jié)構(gòu)的極限承載能力和破壞模式。這些試驗工況涵蓋了曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋在實際使用中可能遇到的各種荷載情況，通過對這些工況的試驗研究，可以全面了解結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和工作機理，為橋梁的設(shè)計、施工和運營提供科學(xué)依據(jù)。4.2加載方案及加載裝置為了模擬實橋自重，考慮到模型材料與實橋材料的相似比以及模型的尺寸，采用在模型上施加配重的方式。根據(jù)相似理論計算，確定在模型的曲線鋼箱梁、異型鋼管混凝土拱肋等主要構(gòu)件上均勻布置配重塊，以模擬實橋自重產(chǎn)生的恒載效應(yīng)。通過精確計算配重塊的重量和分布位置，使得模型在自重作用下的應(yīng)力和變形狀態(tài)與實橋相似。在曲線鋼箱梁上，每隔一定距離布置一組配重塊，通過調(diào)整配重塊的數(shù)量和重量，使鋼箱梁各部位的應(yīng)力分布與實橋在恒載作用下的應(yīng)力分布相近。對于橋面荷載的加載，主要模擬車輛荷載。根據(jù)相似比計算，確定采用[具體加載設(shè)備，如千斤頂和砝碼組合]進(jìn)行加載。在橋面上設(shè)置多個加載點，按照最不利荷載布置方式，模擬不同車型和荷載等級的車輛在橋上行駛時的情況。例如，在主跨跨中、拱腳等關(guān)鍵部位設(shè)置加載點，通過分級加載的方式，逐漸增加荷載大小，觀察模型在不同荷載等級下的力學(xué)響應(yīng)。在加載過程中，利用壓力傳感器實時監(jiān)測加載力的大小，確保加載的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。水平風(fēng)荷載的加載是模擬試驗中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用[具體加載設(shè)備，如風(fēng)機]模擬風(fēng)荷載，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)速和風(fēng)向，模擬不同風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)荷載作用。為了準(zhǔn)確測量風(fēng)荷載的大小，在模型周圍布置多個風(fēng)速儀和壓力傳感器，實時監(jiān)測風(fēng)速和模型表面的風(fēng)壓分布。根據(jù)試驗工況要求，設(shè)置不同的風(fēng)速等級，如設(shè)計風(fēng)速、1.2倍設(shè)計風(fēng)速等，研究模型在不同風(fēng)荷載作用下的抗風(fēng)性能。在模擬風(fēng)荷載時，考慮風(fēng)的紊流特性，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機的參數(shù)，使風(fēng)場具有一定的紊流度，更真實地模擬實際風(fēng)荷載對橋梁結(jié)構(gòu)的作用。為了實現(xiàn)上述加載方案，設(shè)計了專門的加載裝置。豎向加載裝置主要由千斤頂、反力架和分配梁組成。千斤頂選用高精度、大噸位的液壓千斤頂，其量程和精度滿足試驗要求。反力架采用鋼結(jié)構(gòu)制作，具有足夠的強度和剛度，能夠承受千斤頂施加的荷載，并將荷載均勻地傳遞到模型上。分配梁用于將千斤頂?shù)募辛Ψ稚⒌侥Ｐ偷亩鄠€加載點上，確保加載的均勻性。在豎向加載裝置的設(shè)計和安裝過程中，嚴(yán)格控制各部件的尺寸精度和連接質(zhì)量，通過有限元分析對反力架和分配梁的受力情況進(jìn)行模擬和優(yōu)化，確保加載裝置的可靠性。水平加載裝置由風(fēng)機、風(fēng)洞和支撐結(jié)構(gòu)組成。風(fēng)機選用可調(diào)節(jié)風(fēng)速和風(fēng)向的大功率風(fēng)機，能夠產(chǎn)生滿足試驗要求的風(fēng)荷載。風(fēng)洞采用鋼結(jié)構(gòu)制作，內(nèi)部尺寸根據(jù)模型的大小和試驗要求進(jìn)行設(shè)計，保證風(fēng)洞內(nèi)部的風(fēng)場均勻穩(wěn)定。支撐結(jié)構(gòu)用于固定風(fēng)機和風(fēng)洞，并將風(fēng)荷載傳遞到試驗臺座上。在水平加載裝置的安裝過程中，對風(fēng)機和風(fēng)洞的位置進(jìn)行精確調(diào)整，確保風(fēng)荷載能夠準(zhǔn)確地作用在模型上。通過風(fēng)洞試驗，對風(fēng)場的均勻性和穩(wěn)定性進(jìn)行測試和優(yōu)化，確保水平加載裝置能夠滿足試驗要求。根據(jù)試驗工況和相似比，精確計算各工況加載點的加載值。對于恒載+汽車荷載（最不利布置）工況，根據(jù)實橋的設(shè)計荷載和相似比，計算出模型上各加載點應(yīng)施加的汽車荷載大小。在主跨跨中加載點，按照相似比計算，應(yīng)施加[X]kN的荷載，通過在該加載點放置相應(yīng)重量的砝碼，并利用千斤頂進(jìn)行微調(diào)，確保加載值的準(zhǔn)確性。對于恒載+風(fēng)荷載（設(shè)計風(fēng)速）工況，根據(jù)風(fēng)荷載的計算公式和相似比，確定模型上各加載點的風(fēng)荷載加載值。在迎風(fēng)面的關(guān)鍵部位加載點，根據(jù)計算應(yīng)施加[X]kN/m2的風(fēng)壓力，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)速和風(fēng)向，使該加載點的實際風(fēng)壓力達(dá)到計算值。通過精確計算和控制各工況加載點的加載值，確保試驗?zāi)軌驕?zhǔn)確模擬實橋在不同荷載工況下的受力狀態(tài)。4.3測試內(nèi)容與測點布置在本次曲線鋼箱梁異型鋼管混凝土拱橋模型試驗中，測試內(nèi)容涵蓋了多個關(guān)鍵方面，以全面了解橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下的力學(xué)性能。應(yīng)力測試是其中的重要環(huán)節(jié)，主要測量曲線鋼箱梁、異型鋼管混凝土拱肋等關(guān)鍵構(gòu)件在各試驗工況下的應(yīng)力分布情況。在曲線鋼箱梁中，重點關(guān)注腹板和翼緣的應(yīng)力變化，因為這些部位在結(jié)構(gòu)受力中承擔(dān)著重要作用。腹板主要承受剪力，其應(yīng)力大小和分布直接影響鋼箱梁的抗剪能力；翼緣則主要承受彎矩，對鋼箱梁的抗彎性能起著關(guān)鍵作用。在異型鋼管混凝土拱肋中，鋼管和核心混凝土的應(yīng)力分布也是研究的重點。鋼管對核心混凝土起到約束作用，兩者協(xié)同工作，共同承受荷載，因此了解它們之間的應(yīng)力分布和相互作用關(guān)系，對于揭示拱肋的受力機理至關(guān)重要。應(yīng)變測試同樣不可或缺，通過測量關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)變，能夠直觀地反映結(jié)構(gòu)的變形情況和受力狀態(tài)。在曲線鋼箱梁和異型鋼管混凝土拱肋上布置應(yīng)變測點，可獲取構(gòu)件在不同荷載作用下的應(yīng)變數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅有助于分析結(jié)構(gòu)的彈性和塑性變形特性，還能為評估結(jié)構(gòu)的承載能力提供重要依據(jù)。當(dāng)結(jié)構(gòu)處于彈性階段時，應(yīng)變與應(yīng)力呈線性關(guān)系，通過測量應(yīng)變可以準(zhǔn)確計算出應(yīng)力值；而當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段，應(yīng)變的變化將更加復(fù)雜，通過對應(yīng)變數(shù)據(jù)的分析，可以了解結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展程度和破壞模式。位移測試也是關(guān)鍵的測試內(nèi)容之一，主要測量橋梁結(jié)構(gòu)在豎向和水平方向的位移。豎向位移反映了結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的變形情況，是評估結(jié)構(gòu)剛度和承載能力的重要指標(biāo)。在曲線鋼箱梁的跨中、四分點等部位布置豎向位移測點，可監(jiān)測這些部位在不同荷載工況下的豎向位移變化。水平位移則反映了結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的穩(wěn)定性，如在風(fēng)荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)可能會產(chǎn)生水平位移，通過測量水平位移，可以評估結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定性。在橋墩頂部、拱腳等部位布置水平位移測點，可實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的水平位移情況，為結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計和穩(wěn)定性評估提供數(shù)據(jù)支持。為了準(zhǔn)確獲取上述測試數(shù)據(jù)，需要在模型的關(guān)鍵部位合理布置測點。在曲線鋼箱梁上，腹板測點布置在不同高度位置，以測量腹板在不同部位的剪應(yīng)力分布。在腹板的上緣、中部和下緣分別布置應(yīng)變片，可全面了解腹板在不同高度處的應(yīng)力變化情況。翼緣測點則布置在翼緣的內(nèi)外側(cè)，以測量翼緣在不同位置的正應(yīng)力分布。在翼緣的外側(cè)邊緣和內(nèi)側(cè)靠近腹板處布置應(yīng)變片，可獲取翼緣在不同位置的應(yīng)力數(shù)據(jù)，分析翼緣在彎矩作用下的應(yīng)力分布規(guī)律。在異型鋼管混凝土拱肋上，鋼管測點布置在鋼管的不同部位，如頂部、底部和側(cè)面，以測量鋼管在不同位置的應(yīng)力分布。在鋼管的頂部、底部和側(cè)面均勻布置應(yīng)變片，可全面了解鋼管在不同部位的受力情況。核心混凝土測點則通過在混凝土中預(yù)埋應(yīng)變計來測量其應(yīng)力，在核心混凝土的中心部位和靠近鋼管內(nèi)壁的部位預(yù)埋應(yīng)變計，可獲取核心混凝土在不同位置的應(yīng)力數(shù)據(jù)，分析核心混凝土與鋼管之間的協(xié)同工作性能。在位移測點布置方面，豎向位移測點布置在曲線鋼箱梁的跨中、四分點等部位，采用位移計進(jìn)行測量。在曲線鋼箱梁的跨中位置安裝高精度位移計，可準(zhǔn)確測量跨中在豎向荷載作用下的最大位移；在四分點位置布置位移計，可監(jiān)測這些部位在不同荷載工況下的位移變化，分析鋼箱梁的變形規(guī)律。水平位移測點布置在橋墩頂部、拱腳等部位，同樣采用位移計進(jìn)行測量。在橋墩頂部安裝位移計，可實時監(jiān)測橋墩在水平荷載作用下的水平位移情況，評估橋墩的穩(wěn)定性；在拱腳部位布置位移計，可測量拱腳在水平荷載作用下的位移變化，分析拱肋的水平受力性能。通過合理布置這些測點，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)，為后續(xù)的試驗結(jié)果分析和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究提供可靠的依據(jù)。4.4試驗設(shè)備與試驗方法為準(zhǔn)確測量模型在試驗過程中的各項數(shù)據(jù)，選用了多種高精度傳感器。在應(yīng)力測試方面，采用電阻應(yīng)變片來測量曲線鋼箱梁和異型鋼管混凝土拱肋等關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)力。電阻應(yīng)變片具有精度高、靈敏度好、測量范圍廣等優(yōu)點，能夠準(zhǔn)確捕捉構(gòu)件在不同荷載工況下的應(yīng)力變化。其工作原理基于金屬的應(yīng)變電阻效應(yīng)，當(dāng)構(gòu)件受力發(fā)生變形時，電阻應(yīng)變片的電阻值會隨之發(fā)生變化，通過測量電阻值的變化，即可計算出構(gòu)件的應(yīng)變，進(jìn)而得到應(yīng)力值。在選擇電阻應(yīng)變片時，充分考慮了其標(biāo)距、靈敏系數(shù)等參數(shù)，以確保測量的準(zhǔn)確性。根據(jù)測點處的應(yīng)變梯度大小，選擇了合適標(biāo)距的電阻應(yīng)變片，對于應(yīng)變梯度較大的部位，選用了短標(biāo)距的應(yīng)變片，以提高測量精度；對于應(yīng)變梯度較小的部位，則選用了長標(biāo)距的應(yīng)變片，以保證測量的穩(wěn)定性。位移測量采用高精度位移計，能夠精確測量橋梁結(jié)構(gòu)在豎向和水平方向的位移。位移計的測量精度可達(dá)±[X]mm，能夠滿足試驗對位移測量精度的要求。在安裝位移計時，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，確保位移計的安裝牢固、測量方向準(zhǔn)確。對于豎向位移計，安裝在曲線鋼箱梁的跨中、四分點等關(guān)鍵部位，通過磁性表座將位移計固定在鋼梁上，使其測量桿垂直于鋼梁表面，能夠準(zhǔn)確測量鋼梁在豎向荷載作用下的位移。對于水平位移計，安裝在橋墩頂部、拱腳等部位，通過支架將位移計固定在結(jié)構(gòu)上，使其測量桿平行于水平方向，能夠準(zhǔn)確測量結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的水平位移。為了實時采集傳感器的數(shù)據(jù)，采用了[具體型號]數(shù)據(jù)采集儀。該數(shù)據(jù)采集儀具有高速采集、多通道同步采集、數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)裙δ?，能夠滿足試驗對數(shù)據(jù)采集的要求。其采樣頻率可根據(jù)試驗需要進(jìn)行調(diào)整，最高可達(dá)[X]Hz，能夠快速準(zhǔn)確地采集傳感器的動態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集儀與計算機通過數(shù)據(jù)線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和存儲。在試驗前，對數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行了校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其測量精度和穩(wěn)定性。設(shè)置了數(shù)據(jù)采集的參數(shù)，如采樣頻率、采集通道、數(shù)據(jù)存儲格式等，以保證采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。在試驗過程中，通過計算機實時監(jiān)控數(shù)據(jù)采集的情況，及時發(fā)現(xiàn)和處理數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)的問題。在試驗過程中，嚴(yán)格按照預(yù)定的加載方案進(jìn)行加載。加載過程分為多個階段，每個階段按照一定的荷載增量逐級加載，以確保結(jié)構(gòu)在加載過程中的安全性和穩(wěn)定性。在每級加載后，保持荷載穩(wěn)定[X]分鐘，待結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在恒載+汽車荷載（最不利布置）工況加載時，首先施加恒載，通過在模型上布置配重塊來模擬實橋自重，按照相似比計算出配重塊的重量和分布位置，確保恒載施加的準(zhǔn)確性。然后，按照最不利荷載布置方式，采用千斤頂和砝碼組合的方式施加汽車荷載。從最小荷載開始，逐級增加荷載大小，每級荷載增加[X]kN，每次加載后保持荷載穩(wěn)定10分鐘，利用電阻應(yīng)變片和位移計分別測量模型在該級荷載作用下的應(yīng)力和位移數(shù)據(jù)，并記錄在數(shù)據(jù)采集儀中。在加載過程中，密切關(guān)注模型的變形和裂縫開展情況。使用高精度望遠(yuǎn)鏡和裂縫觀測儀，定期對模型進(jìn)行觀測，記錄變形和裂縫的出現(xiàn)位置、發(fā)展情況等信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)模型出現(xiàn)異常變形或裂縫時，立即停止加載，分析原因并采取相應(yīng)的措施。在水平風(fēng)荷載加載過程中，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)速和風(fēng)向，模擬不同風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)荷載作用。從低風(fēng)速開始，逐漸增加風(fēng)速，每級風(fēng)速增加[X]m/s，每次加載后保持風(fēng)速穩(wěn)定10分鐘，測量模型在該級風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力、位移和加速度等數(shù)據(jù)。同時，觀察模型在風(fēng)荷載作用下的振動情況，使用加速度傳感器測量模型的振動加速度，分析模型的風(fēng)振響應(yīng)特性。在整個試驗過程中，確保試驗環(huán)境的穩(wěn)定性，避免外界因素對試驗結(jié)果產(chǎn)生干擾。嚴(yán)格控制試驗現(xiàn)場的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，使其保持在一定的范圍內(nèi)。對試驗設(shè)備進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，確保設(shè)備的正常運行，為試驗的順利進(jìn)行提供保障。五、試驗結(jié)果分析5.1各工況試驗結(jié)果在工況一恒載+汽車荷載（最不利布置）下，對模型應(yīng)力、應(yīng)變和位移進(jìn)行了精確測量。通過電阻應(yīng)變片測量得到曲線鋼箱梁腹板在跨中位置的最大拉應(yīng)力為[X]MPa，翼緣在跨中位置的最大壓應(yīng)力達(dá)到[X]MPa。從圖5-1的曲線鋼箱梁腹板應(yīng)力分布曲線可以清晰看出，隨著荷載的增加，腹板應(yīng)力逐漸增大，在跨中位置出現(xiàn)明顯的應(yīng)力峰值，這是由于跨中承受了較大的彎矩和剪力。翼緣應(yīng)力分布曲線（圖5-2）也顯示，在跨中區(qū)域翼緣壓應(yīng)力較大，且向兩端逐漸減小，這與理論分析中翼緣主要承受彎矩的情況相符。在異型鋼管混凝土拱肋中，鋼管在拱腳位置的最大壓應(yīng)力為[X]MPa，核心混凝土在拱腳位置的最大壓應(yīng)力達(dá)到[X]MPa。從圖5-3的拱肋鋼管應(yīng)力分布曲線可以看出，拱腳處由于承受了拱肋傳來的巨大壓力和彎矩，鋼管應(yīng)力明顯高于其他部位；核心混凝土應(yīng)力分布曲線（圖5-4）則表明，核心混凝土在拱腳處也承受著較大的壓力，與鋼管協(xié)同工作，共同承擔(dān)荷載。應(yīng)變測量結(jié)果顯示，曲線鋼箱梁腹板在跨中位置的最大拉應(yīng)變達(dá)到[X]με，翼緣在跨中位置的最大壓應(yīng)變達(dá)到[X]με。圖5-5展示了曲線鋼箱梁腹板應(yīng)變隨荷載變化曲線，隨著荷載的逐級增加，腹板應(yīng)變呈現(xiàn)出近似線性增長的趨勢，表明在彈性階段，應(yīng)變與應(yīng)力保持良好的線性關(guān)系。翼緣應(yīng)變隨荷載變化曲線（圖5-6）也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律，在彈性階段，翼緣應(yīng)變與應(yīng)力線性相關(guān)，當(dāng)荷載接近結(jié)構(gòu)的彈性極限時，應(yīng)變增長速度略有加快。在異型鋼管混凝土拱肋中，鋼管在拱腳位置的最大壓應(yīng)變達(dá)到[X]με，核心混凝土在拱腳位置的最大壓應(yīng)變達(dá)到[X]με。拱肋鋼管應(yīng)變隨荷載變化曲線（圖5-7）和核心混凝土應(yīng)變隨荷載變化曲線（圖5-8）均表明，隨著荷載的增加，鋼管和核心混凝土的應(yīng)變逐漸增大，且兩者的應(yīng)變變化趨勢基本一致，體現(xiàn)了鋼管與核心混凝土之間良好的協(xié)同工作性能。位移測量結(jié)果表明，曲線鋼箱梁跨中位置的豎向最大位移為[X]mm，拱腳位置的水平最大位移為[X]mm。圖5-9的曲線鋼箱梁跨中豎向位移隨荷載變化曲線顯示，隨著荷載的增加，跨中豎向位移逐漸增大，且位移增長趨勢與荷載增長基本呈線性關(guān)系，這表明在該工況下，曲線鋼箱梁的剛度能夠滿足設(shè)計要求。拱腳水平位移隨荷載變化曲線（圖5-10）則顯示，拱腳水平位移在荷載作用下逐漸增大，在荷載較小時，水平位移增長較為緩慢，當(dāng)荷載增大到一定程度后，水平位移增長速度加快，這說明拱腳在水平方向的受力性能隨著荷載的增加而逐漸發(fā)生變化。\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁腹板應(yīng)力分布曲線（工況一）.png}\caption{曲線鋼箱梁腹板應(yīng)力分布曲線（工況一）}\label{fig:曲線鋼箱梁腹板應(yīng)力分布曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)力分布曲線（工況一）.png}\caption{曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)力分布曲線（工況一）}\label{fig:曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)力分布曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱肋鋼管應(yīng)力分布曲線（工況一）.png}\caption{拱肋鋼管應(yīng)力分布曲線（工況一）}\label{fig:拱肋鋼管應(yīng)力分布曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱肋核心混凝土應(yīng)力分布曲線（工況一）.png}\caption{拱肋核心混凝土應(yīng)力分布曲線（工況一）}\label{fig:拱肋核心混凝土應(yīng)力分布曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁腹板應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）.png}\caption{曲線鋼箱梁腹板應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）}\label{fig:曲線鋼箱梁腹板應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）.png}\caption{曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）}\label{fig:曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱肋鋼管應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）.png}\caption{拱肋鋼管應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）}\label{fig:拱肋鋼管應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱肋核心混凝土應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）.png}\caption{拱肋核心混凝土應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）}\label{fig:拱肋核心混凝土應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁跨中豎向位移隨荷載變化曲線（工況一）.png}\caption{曲線鋼箱梁跨中豎向位移隨荷載變化曲線（工況一）}\label{fig:曲線鋼箱梁跨中豎向位移隨荷載變化曲線（工況一）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱腳水平位移隨荷載變化曲線（工況一）.png}\caption{拱腳水平位移隨荷載變化曲線（工況一）}\label{fig:拱腳水平位移隨荷載變化曲線（工況一）}\end{figure}在工況二恒載+風(fēng)荷載（設(shè)計風(fēng)速）下，模型的應(yīng)力、應(yīng)變和位移也呈現(xiàn)出獨特的變化規(guī)律。曲線鋼箱梁腹板在迎風(fēng)側(cè)的最大拉應(yīng)力為[X]MPa，翼緣在迎風(fēng)側(cè)的最大壓應(yīng)力達(dá)到[X]MPa。從圖5-11的曲線鋼箱梁腹板應(yīng)力分布曲線（工況二）可以看出，由于風(fēng)荷載的作用，迎風(fēng)側(cè)腹板應(yīng)力明顯增大，且在腹板與翼緣的連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。翼緣應(yīng)力分布曲線（圖5-12）顯示，迎風(fēng)側(cè)翼緣壓應(yīng)力較大，背風(fēng)側(cè)翼緣則出現(xiàn)一定的拉應(yīng)力，這是由于風(fēng)荷載使鋼箱梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致翼緣受力不均。在異型鋼管混凝土拱肋中，鋼管在迎風(fēng)側(cè)拱腳位置的最大壓應(yīng)力為[X]MPa，核心混凝土在迎風(fēng)側(cè)拱腳位置的最大壓應(yīng)力達(dá)到[X]MPa。拱肋鋼管應(yīng)力分布曲線（圖5-13）表明，迎風(fēng)側(cè)拱腳由于承受風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力和彎矩，鋼管應(yīng)力顯著增大；核心混凝土應(yīng)力分布曲線（圖5-14）則顯示，核心混凝土在迎風(fēng)側(cè)拱腳處也承受著較大的壓力，與鋼管共同抵抗風(fēng)荷載。應(yīng)變測量結(jié)果顯示，曲線鋼箱梁腹板在迎風(fēng)側(cè)的最大拉應(yīng)變達(dá)到[X]με，翼緣在迎風(fēng)側(cè)的最大壓應(yīng)變達(dá)到[X]με。圖5-15展示了曲線鋼箱梁腹板應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二），隨著風(fēng)荷載的增加，腹板應(yīng)變逐漸增大，且應(yīng)變增長速度較快，這表明風(fēng)荷載對腹板的影響較為顯著。翼緣應(yīng)變隨荷載變化曲線（圖5-16）也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律，迎風(fēng)側(cè)翼緣應(yīng)變明顯大于背風(fēng)側(cè)，且在風(fēng)荷載作用下，翼緣應(yīng)變增長迅速。在異型鋼管混凝土拱肋中，鋼管在迎風(fēng)側(cè)拱腳位置的最大壓應(yīng)變達(dá)到[X]με，核心混凝土在迎風(fēng)側(cè)拱腳位置的最大壓應(yīng)變達(dá)到[X]με。拱肋鋼管應(yīng)變隨荷載變化曲線（圖5-17）和核心混凝土應(yīng)變隨荷載變化曲線（圖5-18）均表明，隨著風(fēng)荷載的增加，鋼管和核心混凝土的應(yīng)變逐漸增大，且兩者的應(yīng)變變化趨勢基本一致，進(jìn)一步驗證了鋼管與核心混凝土之間的協(xié)同工作性能。位移測量結(jié)果表明，曲線鋼箱梁跨中位置的豎向位移為[X]mm，拱腳位置的水平最大位移為[X]mm。圖5-19的曲線鋼箱梁跨中豎向位移隨荷載變化曲線（工況二）顯示，風(fēng)荷載對曲線鋼箱梁跨中豎向位移的影響較小，豎向位移增長較為平緩。拱腳水平位移隨荷載變化曲線（圖5-20）則顯示，拱腳水平位移隨著風(fēng)荷載的增加而迅速增大，在設(shè)計風(fēng)速下，拱腳水平位移達(dá)到了[X]mm，這說明風(fēng)荷載對拱腳的水平穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大影響，需要在設(shè)計中予以充分考慮。\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁腹板應(yīng)力分布曲線（工況二）.png}\caption{曲線鋼箱梁腹板應(yīng)力分布曲線（工況二）}\label{fig:曲線鋼箱梁腹板應(yīng)力分布曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)力分布曲線（工況二）.png}\caption{曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)力分布曲線（工況二）}\label{fig:曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)力分布曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱肋鋼管應(yīng)力分布曲線（工況二）.png}\caption{拱肋鋼管應(yīng)力分布曲線（工況二）}\label{fig:拱肋鋼管應(yīng)力分布曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱肋核心混凝土應(yīng)力分布曲線（工況二）.png}\caption{拱肋核心混凝土應(yīng)力分布曲線（工況二）}\label{fig:拱肋核心混凝土應(yīng)力分布曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁腹板應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）.png}\caption{曲線鋼箱梁腹板應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）}\label{fig:曲線鋼箱梁腹板應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）.png}\caption{曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）}\label{fig:曲線鋼箱梁翼緣應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱肋鋼管應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）.png}\caption{拱肋鋼管應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）}\label{fig:拱肋鋼管應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{拱肋核心混凝土應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）.png}\caption{拱肋核心混凝土應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）}\label{fig:拱肋核心混凝土應(yīng)變隨荷載變化曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{曲線鋼箱梁跨中豎向位移隨荷載變化曲線（工況二）.png}\caption{曲線鋼箱梁跨中豎向位移隨荷載變化曲線（工況二）}\label{fig:曲線鋼箱梁跨中豎向位移隨荷載變化曲線（工況二）}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.