基于動力測試的公路混凝土梁式橋工作性能評定方法研究.pdf

1、目前我國公路橋梁總數(shù)已超過65萬座(混凝土梁式橋約占74％),成為世界第一橋梁大國。據(jù)不完全統(tǒng)計,國省縣道上的橋梁有42%的橋齡超過10年,有25%的橋齡超過20年。國內(nèi)公路中小跨徑橋梁病害集中暴露期一般在15～20年,大跨徑橋梁在6～8年。因此,將有越來越多的公路橋梁出現(xiàn)耐久性降低和承載力不足等問題。為了保證公路建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,我國公路建設(shè)的重點(diǎn)將逐步由建設(shè)轉(zhuǎn)向養(yǎng)護(hù)、維修和加固。
　　準(zhǔn)確評估橋梁的現(xiàn)有狀態(tài)是維修加固的基礎(chǔ)

2、和依據(jù)。目前橋梁評定的手段、方法費(fèi)時費(fèi)力,對于橋梁的檢測、維修一般都是在橋梁出現(xiàn)明顯問題之后才進(jìn)行,不能做到防患于未然,導(dǎo)致維修加固費(fèi)用較高。汽車沖擊荷載是公路橋梁的主要荷載形式,目前對橋梁的評定主要集中在技術(shù)狀況及承載力上,很少涉及橋梁的動力工作性能,導(dǎo)致評價結(jié)果不全面。橋梁動力測試工作量小、費(fèi)用低、試驗(yàn)時間短,能重現(xiàn)橋梁的真實(shí)運(yùn)營狀態(tài),因此,選擇分布較廣的混凝土梁式橋開展橋梁動力檢測評定技術(shù)的研究和實(shí)踐,探求基于動力測試的橋梁承載力

3、以及動力工作性能評定方法,可避免傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn),快速、準(zhǔn)確評估橋梁的實(shí)際工作狀態(tài)。
　　目前橋梁動力試驗(yàn)的評價體系尚未成熟。本文圍繞如何建立公路混凝土梁式橋動力評定體系這一核心,對所涉及的測試、分析以及評價相關(guān)問題進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容及成果概括如下:
　　首先,對橋梁動力特性測試的常規(guī)激振方法進(jìn)行對比分析,確定了跑車、跳車余振法為公路混凝土梁式橋合理的動力特性測試激振方式;理論分析了自由衰減振動響應(yīng)的特性,引入 FFT+

4、FT法對余振信號進(jìn)行動力特性識別;并給出梁橋動力特性測試、識別的具體方法以及實(shí)際工程應(yīng)用,為梁橋的動力特性評價提供基礎(chǔ)。
　　其次,基于 Euler-Bernoulli梁討論了簡支梁在彈性支撐、轉(zhuǎn)動約束、軸向力作用以及開口裂縫等因素影響下動、靜剛度的變化以及兩者之間的相對差異;并通過鋼筋混凝土小梁試驗(yàn)對開裂后的結(jié)構(gòu)剛度、阻尼比進(jìn)行了研究,得到了不同加載等級下動、靜剛度以及阻尼比的發(fā)展規(guī)律。利用有限元方法分析了某3跨連續(xù)梁在考慮彈性

5、支座、軸力以及局部損傷等因素影響下動、靜剛度的變化以及兩者之間的相對差異。通過對橋梁實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類分析,得到了各類梁式橋?qū)崪y動、靜剛度之間的關(guān)系,并通過橋梁靜載試驗(yàn)撓度校驗(yàn)系數(shù)常值得到了相應(yīng)的一階豎彎頻率校驗(yàn)系數(shù)范圍,由實(shí)測頻率評價結(jié)構(gòu)的承載能力。針對我國公路正常行駛車輛的車距,根據(jù)頻率與阻尼比兩個參數(shù),提出了結(jié)構(gòu)耗能快慢評價指標(biāo)以及相應(yīng)的評價等級。
　　然后,理論分析了簡支梁在移動車輛(簡化為常量力和簡諧力)作用下的靜、動響應(yīng)

6、的頻率分布,提出通過頻域低通濾波實(shí)現(xiàn)對動響應(yīng)進(jìn)行動靜分離的相關(guān)方法。通過有限元方法分析了連續(xù)梁橋在移動車輛作用下的靜、動響應(yīng)的頻率分布,并把簡支梁橋動靜分離的方法推廣到連續(xù)梁橋。結(jié)合工程實(shí)例介紹了動靜分離方法在計算沖擊系數(shù)、提取振幅以及快速評定橋梁正常使用極限狀態(tài)承載能力上的應(yīng)用。
　　接著,對車-橋耦合振動的分析方法進(jìn)行了研究,為后續(xù)的計算分析提供手段。通過概率分布的方法,計算公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)圖中常規(guī)梁橋具有統(tǒng)計意義的動力響應(yīng);通過

7、對計算結(jié)果的分析,得到了國內(nèi)公路橋梁豎向加速度、豎向振幅以及沖擊系數(shù)的合理限值,為評定梁橋的動力響應(yīng)提供依據(jù)。
　　最后,根據(jù)動力測試的具體內(nèi)容,確定本研究的評定內(nèi)容主要針對于結(jié)構(gòu)的適用性,包括正常使用極限狀態(tài)承載能力和動力工作性能。提出了基于動力試驗(yàn)的具體綜合評定方法,并給出了動力綜合評定流程圖以及工程應(yīng)用實(shí)例。
　　基于以上分析結(jié)果,提出了簡單實(shí)用的梁式橋動力特性測試、估計方法以及具體的評價方法;提出了動撓度動靜分離的具