CN101532917B - 一种桥梁承载能力快速荷载试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁承载能力快速荷载试验方法，目的是提出一种快速、准确的桥梁承载能力评定方法，该方法包括以下步骤：进行桥梁准静态荷载试验；建立初始有限元分析模型；根据准静态荷载试验实测得到的控制测点应变影响线对模型进行校准；分别在校准前后模型上按荷载试验要求进行布载，计算得到控制测点挠度值f_修正前和f_修正后；定义η’＝1.1×f_修正后/f_修正前，通过效率系数η′得到结构的检算系数Z₂，通过Z₂对结构进行检算。

Description

一种桥梁承载能力快速荷载试验方法

技术领域

本发明属于桥梁建筑领域，具体涉及种桥梁承载能力快速荷载试验方法。

背景技术

目前我国的桥梁承载能力评定方法主要分为结构检算法和常规荷载试验方法两种：

结构检算法是依据对桥梁结构或者构件进行检测的结果，进行结构检算系数、截面折减系数等一系列系数的合理取值，然后依据设计图纸或者竣工资料进行有限元分析进而评定桥梁承载能力的一种方法；

荷载试验法是通过直接在桥梁结构上进行加载的一项科学试验研究，通过实桥加载试验了解桥梁的整体受力性能，评估桥梁承载能力的一种方法。

以上两种方法尽管被广泛应用，但是每个方法均存在其固有的局限性，对于结构检算法而言，首先，由于承载能力检算系数是依据现场检测结果进行人为判断，受主观影响较大，其次，由于初始桥梁有限元模型一般不考虑桥面铺装、人行道和护栏对结构刚度的影响，因此结构检算法一般很难准确的模拟实际结构，这难免会给评估工作带来一定误差。对于荷载试验而言，尽管能较准确的评估桥梁的承载能力，但这种试验方法不仅费时费力、费用昂贵，且应用于旧桥承载力评估时可能会对其正常交通造成长时间干扰，加之由于实测荷载作用响应为单点数据，信息量少，很难判断和确保实测数据的正确性和可靠性。因此，研究一种快速而准确的评估方法是目前的当务之急。

发明内容

本发明的目的针对目前桥梁结构承载能力评定方法中，结构检算法受人为因素影响较大，而荷载试验法则对交通干扰较大的缺陷，提出一种快速、准确的桥梁承载能力评定方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种桥梁承载能力快速荷载试验方法，该方法包括以下步骤：

(1)进行桥梁现场准静态荷载试验；

(2)建立初始有限元分析模型；

(3)进行应变时程曲线的采集；

(4)根据准静态荷载试验实测得到的控制测点应变影响线对模型进行校准；

(5)分别在校准前后模型上按荷载试验要求进行布载，计算得到控制测点挠度值f修正前和f修正后；

(6)定义η’＝1.1×f_修正后/f_修正前，通过效率系数η′得到结构的检算系数Z₂，通过Z₂对结构进行检算。

本发明的有益效果在于：

(1)与结构检算法相比，准静态荷载试验通过对实际桥梁进行加载，根据实测结构响应数据，通过遗传算法对有限元模型进行参数修正，使得有限元模型能够逼近实际结构，和结构检算法相比，避免了结构检算系数选取中的人为因素影响，该方法是根据实际结构响应的一种线形外推，在结构弹性工作状态下，具有较高的精度，因此使用性较大。

(2)与常规荷载试验方法相比，准静态荷载试验是诊断性荷载试验，一般采用1～2辆车在桥面上缓慢移动同时记录各测点的应力时程曲线，故加载量一般较轻，因此一般不需要进行分级加载，同时，整个加载过程也是一个准静态的过程，因此大大提高了整个试验的时间，对交通的干扰大大降低，由于封闭交通的时间大大降低，因此不仅将带来极大的经济效益，以沪宁高速公路为例，高速公路一天的收费额为1000万左右，如果对高速上桥梁进行常规的荷载试验，则需要中断交通8小时左右，所产生的直接经济损失大约为333万元，即使是半幅封闭，每天收费也将有160万元的损失，这还不考虑由于许多车辆被迫绕行所增加的路程成本、时间成本等间接经济损失和由此带来的巨大社会成本。而如果对高速上的桥梁进行准静态荷载试验则仅需要封闭交通1～2小时，那么直接经济损失约为传统荷载试验所带来的损失的1/8～1/4，而且这样封闭交通所引起的附加损失将会大大降低。

附图说明

图1是运用本发明的桥梁评估流程示意图

图2是本发明快速荷载试验的流程图

图3是本发明实施例1的截面布置图

图4是本发明实施例1的测点布置图

图5是本发明实施例1的实测的应变时程曲线

具体实施方式

下面结合实施例做进一步说明。

实施例1

如图3所示，某跨径组合为58.96m+100m+76.96m的三跨连续梁桥，采用三跨预应力混凝土变截面单箱单室连续箱梁，箱梁高度从跨中为2.97m，至距主墩中心2m处按二次抛物线变化为5.77m。

如图1所示为整个桥梁评估流程，本发明桥梁承载能力快速荷载试验方法运用于桥梁评估流程中，可在常规荷载试验步骤前进行。

如图2所示，桥梁承载能力快速荷载试验评估方法采用如下步骤：

(1)进行桥梁现场准静态荷载试验步骤

准静态荷载试验采用两辆20吨载重车并行缓速在不同车道上通过该桥，不同车道组合作为不同工况，共计2个工况；以美国桥梁诊断公司最新开发的BDI桥梁结构测试系统的自动测距装置完成车辆位置记录，每隔4米为一个记录点，每两点间的速度被认为匀速；以BDI系统自带的应变传感器记录应变时程，测点选取主桥中跨跨中位置作为控制断面，底板等距布置4个测点，为了了解截面中性轴的变化情况，在底板向上15cm、上翼缘板向下15cm高的腹板位置各对称布置两个应变测点，具体测点1、2、3、4、5、6、7、8布置如下图4所示。

(2)有限元模型建立步骤

采用Ansys参数化语言进行整个模型的建立，主桥采用梁单元来模拟，为了加载方便，设置虚拟梁进行主梁移动荷载的加载，支座的转动刚度通过建立弹簧单元来模拟。

(3)进行应变时程曲线的采集步骤；

(4)根据准静态荷载试验实测得到的控制测点应变影响线对模型进行校准步骤

通过参数敏感性分析，最终选定以梁的抗弯刚度(EI)、支座转动刚度(Kr)和截面中和轴高度y作为主要修正参数变量。根据施工期块段的划分把跨中悬臂段划分为15个块段，两边现浇段划分为9个块段，每个块段把EI综合一起考虑，包括四个支座的转动刚度，全桥共分为28个优化参数。实测的应变时程曲线如图5所示。

以桥梁结构在准静态荷载试验下的结构应变相应作为约束条件和目标函数，将有限元计算得到的控制断面的应变响应与实际测试的应变相对误差平方和作为目标函数，采用加速遗传算法对上述参数进行优化。

(5)分别在校准前后模型上按荷载试验要求进行布载，计算得到控制测点挠度值f_{修正 前}和f_修正后。

(6)利用修正后的模型进行桥梁状态评估步骤

利用修正后的模型模拟常规荷载试验对结构进行加载计算，利用公式：η′＝1.1×f_修正后/f_修正前计算效率系数，查《公路旧桥承载能力鉴定方法》(试行)或《公路桥梁承载能力检测评定规程》(报批稿)中结构的检算系数Z₂计算表单，得到修正后的结构的检算系数Z₂’。下面可以利用现行常规荷载试验的评定方法再进行承载能力评定。

Claims (3)

1.一种桥梁承载能力快速荷载试验方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

(1)进行桥梁准静态荷载试验；

(2)建立初始有限元分析模型；

(3)进行应变时程曲线的采集；

(4)根据准静态荷载试验实测得到的控制测点应变影响线对模型进行校准：通过参数敏感性分析，选定主要修正参数变量；根据施工期块段的划分把桥梁分成若干块段；并把每个块段的修正参数变量综合考虑，获得全桥的优化参数；以桥梁结构在准静态荷载试验下的结构应变相应作为约束条件和目标函数，将有限元计算得到的控制断面的应变响应与实际测试的应变相对误差平方和作为目标函数，采用加速遗传算法对上述参数进行优化；

(5)分别在校准前后模型上按荷载试验要求进行布载，计算得到控制测点挠度值f_修正前和f_修正后；

(6)定义η’＝1.1×f_修正后/f_修正前，通过效率系数η′得到结构的检算系数Z₂，通过Z₂对结构进行检算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤(2)中采用ansys参数化语言进行整个模型的建立，主桥采用梁单元来模拟，设置虚拟梁进行主梁移动荷载的加载，支座的转动刚度通过建立弹簧单元来模拟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤(4)中的主要修正参数变量包括梁的抗弯刚度、支座转动刚度和截面中和轴高度。

Images