基于動(dòng)力測(cè)試的公路混凝土梁式橋工作性能評(píng)定方法研究.pdf

1、目前我國(guó)公路橋梁總數(shù)已超過(guò)65萬(wàn)座(混凝土梁式橋約占74％),成為世界第一橋梁大國(guó)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),國(guó)省縣道上的橋梁有42%的橋齡超過(guò)10年,有25%的橋齡超過(guò)20年。國(guó)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(lái)越多的公路橋梁出現(xiàn)耐久性降低和承載力不足等問(wèn)題。為了保證公路建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,我國(guó)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(píng)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(píng)定的手段、方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,對(duì)于橋梁的檢測(cè)、維修一般都是在橋梁出現(xiàn)明顯問(wèn)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(chē)沖擊荷載是公路橋梁的主要荷載形式,目前對(duì)橋梁的評(píng)定主要集中在技術(shù)狀況及承載力上,很少涉及橋梁的動(dòng)力工作性能,導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不全面。橋梁動(dòng)力測(cè)試工作量小、費(fèi)用低、試驗(yàn)時(shí)間短,能重現(xiàn)橋梁的真實(shí)運(yùn)營(yíng)狀態(tài),因此,選擇分布較廣的混凝土梁式橋開(kāi)展橋梁動(dòng)力檢測(cè)評(píng)定技術(shù)的研究和實(shí)踐,探求基于動(dòng)力測(cè)試的橋梁承載力

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

4、FT法對(duì)余振信號(hào)進(jìn)行動(dòng)力特性識(shí)別;并給出梁橋動(dòng)力特性測(cè)試、識(shí)別的具體方法以及實(shí)際工程應(yīng)用,為梁橋的動(dòng)力特性評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)。
　　其次,基于 Euler-Bernoulli梁討論了簡(jiǎn)支梁在彈性支撐、轉(zhuǎn)動(dòng)約束、軸向力作用以及開(kāi)口裂縫等因素影響下動(dòng)、靜剛度的變化以及兩者之間的相對(duì)差異;并通過(guò)鋼筋混凝土小梁試驗(yàn)對(duì)開(kāi)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(jí)下動(dòng)、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(dòng)、靜剛度的變化以及兩者之間的相對(duì)差異。通過(guò)對(duì)橋梁實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類(lèi)分析,得到了各類(lèi)梁式橋?qū)崪y(cè)動(dòng)、靜剛度之間的關(guān)系,并通過(guò)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(cè)頻率評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的承載能力。針對(duì)我國(guó)公路正常行駛車(chē)輛的車(chē)距,根據(jù)頻率與阻尼比兩個(gè)參數(shù),提出了結(jié)構(gòu)耗能快慢評(píng)價(jià)指標(biāo)以及相應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)。
　　然后,理論分析了簡(jiǎn)支梁在移動(dòng)車(chē)輛(簡(jiǎn)化為常量力和簡(jiǎn)諧力)作用下的靜、動(dòng)響應(yīng)

6、的頻率分布,提出通過(guò)頻域低通濾波實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行動(dòng)靜分離的相關(guān)方法。通過(guò)有限元方法分析了連續(xù)梁橋在移動(dòng)車(chē)輛作用下的靜、動(dòng)響應(yīng)的頻率分布,并把簡(jiǎn)支梁橋動(dòng)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(dòng)靜分離方法在計(jì)算沖擊系數(shù)、提取振幅以及快速評(píng)定橋梁正常使用極限狀態(tài)承載能力上的應(yīng)用。
　　接著,對(duì)車(chē)-橋耦合振動(dòng)的分析方法進(jìn)行了研究,為后續(xù)的計(jì)算分析提供手段。通過(guò)概率分布的方法,計(jì)算公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)圖中常規(guī)梁橋具有統(tǒng)計(jì)意義的動(dòng)力響應(yīng);通過(guò)

7、對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析,得到了國(guó)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(píng)定梁橋的動(dòng)力響應(yīng)提供依據(jù)。
　　最后,根據(jù)動(dòng)力測(cè)試的具體內(nèi)容,確定本研究的評(píng)定內(nèi)容主要針對(duì)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(dòng)力工作性能。提出了基于動(dòng)力試驗(yàn)的具體綜合評(píng)定方法,并給出了動(dòng)力綜合評(píng)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(jiǎn)單實(shí)用的梁式橋動(dòng)力特性測(cè)試、估計(jì)方法以及具體的評(píng)價(jià)方法;提出了動(dòng)撓度動(dòng)靜分離的具