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项目背景 实验的必要性 实验目的 实验原理 实验仪器设备 实验材料 实验教学方法 实验方法与步骤要求 实验结果与结论要求 面向学生要求 知识产权情况

实验原理

实验原理

1. 实验原理说明:

桥梁荷载试验通过加载试验,记录桥梁在荷载作用下的结构反应,为桥梁结构技术状态及承载能力评定和日后养护、维修和加固的决策提供科学依据和支持。荷载试验应包括静载试验和动载试验,应按照试验准备、现场实施和试验结果分析评定三个阶段进行。试验准备阶段工作应包括资料准备、测试孔选择以及方案编制,其中方案编制应根据试验控制荷载作用下的结构内力、变位及结构基频等的理论计算结果,并结合测试内容,按等效原则拟定试验荷载大小、试验工况、加载位置及方法,制定试验加载、测点布设及测试方案等。现场实施阶段工作应包括现场准备(包括试验测点放样、布置、荷载组织、现场交通组织及试验测试系统安装调试等)、预加载试验、试验(按照预定的荷载试验方案,利用拟定的加载设备进行加载,并记录各测点测值和相关信息)以及过程监控。试验结果分析评定阶段工作应包括理论计算、数据分析以及报告编制。

本实验以大、中跨径桥梁中的重要桥型连续梁为研究对象,基于真实桥梁设计参数和测试数据,综合运用桥梁工程、结构力学、结构检测技术等专业知识,通过采用Unity三维软件以及三维动画,将现实中很难在实验室进行完整重现的桥梁动静载试验进行仿真模拟。

系统包括“试验知识准备-试验方案设计-测试设备布设-加载组织实施-试验数据整理”的全流程模拟仿真,涵盖了“试验背景及介绍”、“以学生为主的交互性试验操作”和“实验报告及讨论”三个阶段,并尝试变换结构参数、试验仪器、加载方式等30个操作步骤(静载20个,动载10个)来了解不同试验参数对试验结果的影响。针对每一模块所涉及的知识设置了理论强化和知识考核等交互环节,在实验过程中对学生操作进行实时引导、评价和打分,并将所有的流程步骤进行记录,得出结论,最终完成桥梁动静载试验各个阶段的学习。

2.本实验主要知识点

知识点:共12

(1)连续梁桥设计原则:掌握试验对象预应力混凝土连续箱梁桥力学特点和适用范围(等截面、变截面),并熟悉其跨径布置、主梁构造等设计原则。

(2)测试截面布置:以最不利受力为原则进行控制截面的选定。

(3)设计荷载:基于JTG D60-2015,掌握结构设计时的车道荷载设计标准值及布载原则。

(4)静载试验荷载效率:掌握静载试验荷载效率的定义及计算方法,明确满足JTG/T J21-01-2015要求的荷载效率范围。

(5)影响线:理解影响线的含义,明确各控制截面的内力影响线。

(6)设计控制效应:掌握根据各控制截面内力影响线、车道信息以及设计规范要求进行设计控制效应的计算。

(7)试验布载设计:掌握根据各控制截面内力影响线及JTG/T J21-01-2015中对荷载效率的要求,进行满足规范要求的试验布载设计。

(8)加载车辆:掌握加载车辆的选取原则,熟悉常规试验加载车辆的总重范围及相应轴重、轴距。

(9)应变测试仪器:掌握3种常用的应变测试仪器(包括电阻应变片、振弦式应变计、光纤光栅应变计)的基本原理及特性,掌握布设位置和数量。

(10)挠度测试仪器:掌握3种常用的挠度测试仪器(包括全站仪、光学挠度仪、电子水准仪)的基本原理及特性,掌握测点布设原则。

(11)组织实施流程:掌握桥梁动静载试验的测试内容、组织实施流程、测得参数,掌握分级加载流程、安全控制措施及数据采集过程。

(12)测试数据整理:熟悉数字信号的读取,掌握结构性能分析评定指标及评定标准。

3.核心要素的仿真度

(1)场景漫游:在基于真实桥梁荷载试验的3D仿真模型中,学生可在“漫游模式”中通过“地图导航”、“漫游观察”完成认知实习,包括试验场景、试验对象、试验设备、试验车辆等;掌握所有测试设备的布置情况,与实际测试时完全一致。

(2)基于真实设计资料及测试数据的数值仿真:包括试验对象(连续梁桥)、加载车辆及测试仪器在内的3D仿真模型均参考实际设计资料,试验中给出的测试曲线也是基于实测数据资料。

(3)面向实际方案设计及组织实施流程:在“自学模式”及“自测模式”环节,根据实际荷载试验的流程进行虚拟仿真。通过“静载试验”与“动载试验”的互动操作,完成对整个实施流程的认知,完整掌握桥梁动静载试验的测试内容、组织实施流程、测得参数,掌握分级加载流程、安全控制措施及数据采集过程,能够真实再现桥梁荷载试验的全过程。同时,各跨径桥梁的各加载方案分别对应的设计控制效应与加载效应均基于理论计算。