CN104991986A - 公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于公路桥梁检测领域，若桥梁支座或伸缩装置病害，在动载的激励下，可引起伸缩装置或梁体竖向冲击振动。本发明公开了一种公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能快捷评定方法，所述方法包含：振动数据采集模块，用于采集被评定对象的竖向加速度响应信号；竖向抗冲击性能评定模型，定义了竖向抗冲击性能和抗冲击劣化率的计算与分级方法；劣化历程数据库，储存各检测周期竖向抗冲击性能和抗冲击劣化率评定结果，跟踪监测抗冲击劣化率的变化，则可以诊断与识别服役性能的早期劣化损伤。本发明方法在提高检测效率的同时，提升了检查评定的可靠性。

Description

公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能评定方法

技术领域

本发明属于公路桥梁检测领域，涉及公路桥梁支座及伸缩装置服役性能检测。

背景技术

公路桥梁支座及伸缩装置是公路桥梁中的重要构造物，通常要求养护部门对其进行周期性检查，并依检查结果进行技术状况评定。

营运条件下，公路桥梁随着服役期的延长，不可避免存在一些劣化或病害，伸缩装置劣化主要表现为伸缩缝相对错位；在错位伸缩缝与行车耦合激励下，可致行车及梁体振动响应；若错位差过大，既影响行车安全也影响桥梁结构的安全及耐久性。

长期以来，公路桥梁支座及伸缩装置的定期检查，主要是采用人工检查的方法，存在以下问题：1、检查内容中定性检查内容多定量检测内容少；2、检查劳动强度大，高空作业且作业空间小；3、检查效率低且检测质量不稳定，早期病害检出率低4、人工检测时会影响路面行车及人工记录检测内容欠规范、完整。

因此，需要一种新的公路桥梁支座及伸缩装置服役性能检查评定方法，提升检查评定的可靠性及效率。

发明内容

技术问题：本发明目的在于提供一种可以提升病害早期检查评定的效率和可靠性，作为常规人工检测手段的重要补充的公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能评定方法。

技术方案：本发明的公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能评定方法，包括如下步骤：

S1：获得被评定对象的详细资料

搜集被评定对象的基本信息、设计冲击系数、检测初值、历次检修或维修报告；

S2：测定竖向抗冲击性能

采集被评定对象的竖向加速度响应曲线，多次确定竖向加速度峰值g_Yp，并求得竖向加速度峰值的平均值,进而确定被评定对象的竖向抗冲击性能J_Y并划分竖向抗冲击性能评定等级；

S3：判断是否免于深度检查：

根据被评定对象的竖向抗冲击性能实测值，判断是否免于深度检查：若J_Y>0.5，则免于深度检查，并进入第S5步，否则，进入第S4步；

S4：依据公路桥涵养护规范_JTG_H11-2004和步骤S2得到的竖向抗冲击性能评定等级，针对伸缩装置，对被评定对象开展深度检查，具体内容为：伸缩装置的完整性检查、接缝的相对错位检查、支座的状态检查、行车振动与噪音检查、锚固完整性检查、接缝的阶梯差检查；

S5：根据被评定对象的竖向抗冲击性能当前值和检测初值确定抗冲击劣化率。

本发明方法中，步骤S2的具体流程为：

根据公式v_Test＝0.95×v_max确定检测时速v_Test，式中v_max为被评定对象的设计限速；

检测车以检测时速v_Test通过被评定对象时，实时采集伸缩装置的竖向加速度响应曲线，测得竖向冲击峰值g_Yp，重复多次上述检测，计算确定上述竖向冲击峰值的检测均值

最后按以下公式计算竖向抗冲击性能J_Y：

$J_Y=1-\frac{g_{\mathrm{Yp}}}{g_{\mathrm{Limt}}}=1-\frac{g_{\mathrm{Yp}}}{G\×(\mathrm{\μ}-1)};$

式中，G为重力加速度；g_Yp为竖向加速度峰值；g_Limt为加速度响应允许极值，且有g_Limt＝G×(μ-1)，单位为m/s²；μ为被评定桥梁的设计冲击系数取值，通常取值范围为1.05～1.45；

当J_Y≥0.90时，评定竖向抗冲击性能优良，表明行车平顺且完全无颠簸感；

当0.9>J_Y≥0.75时，评定竖向抗冲击性能良好，表明行车平顺但有轻度颠簸；

当0.75>J_Y≥0.50时，评定竖向抗冲击性能合格，表明行车平顺但有颠簸；

当0.50>J_Y≥0.10时，评定竖向抗冲击性能差，表明行车有冲击感；

当J_Y<0.10时，评定竖向抗冲击性能病害，表明行车有跳车感或跳车现象。

进一步的，本发明方法中，步骤S5中，根据下式计算抗冲击劣化率D_JYn：

$D_{\mathrm{JYn}}=\frac{J_{Y1}-J_{\mathrm{Yn}}}{J_{Y1}}\&times;100\%$

式中，J_Y1为检测初值，取被评定对象新建竣工或修复后的第一次竖向抗冲击性能检测值；J_Yn为纵向抗冲击性能当前值，即被评定对象新建竣工或修复后第n检测周期检测值。

进一步的，本发明方法中，步骤S5之后还包括步骤S6：生成抗竖向冲击服役性能检测报告，具体内容为：检测时间、检测周期、检测时速、温度、加速度实测曲线、竖向抗冲击性能、抗冲击劣化率、抗冲击服役性能评定、检测人员可以输入深度检查结果或建议。

进一步的，本发明方法中，步骤S6之后还包括步骤S7：充实竖向抗冲劣化数据库，在竖向抗冲劣化数据库中添加以下记录；检测时间、检测周期、检测时速、设计冲击系数、当前温度、竖向加速度实测曲线、竖向抗冲击性能检测值、抗冲击劣化率、深度检查结果、抗冲击服役性能评估结果、结论与建议。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明所提供的一种公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能快捷评定方法，当行车通过伸缩缝时，在行车的激励下，引起伸缩装置或梁体竖向冲击响应，上述冲击响应与伸缩缝台阶高差及支承刚度密切相关；依所测得竖向加速度峰值确定竖向抗冲击性能；依竖向抗冲击性能实测值和检测初值，确定竖向抗冲击性能的劣化率；上述检测初值保存在劣化历程数据库中；利用量化的竖向抗冲击性能和定期跟踪监测劣化率变化的方法，评定抗冲击服役性能的优劣；相对于常规检查通常需要封闭行车道并使用大量人力资源的方法，本发明将振动数据采集模块和竖向抗冲击评定分析软件集成、安装于被测公路桥梁伸缩装置及支座处，在运行车辆通过被测对象时，对其抗冲击性能进行实时、自动识别和判断；在提高检测效率的同时，提升了公路桥梁支座及伸缩装置服役状况的早期损伤的识别性和检查评定的可靠性。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图

图2是伸缩缝竖向冲击响应示意图

图3是竖向抗冲击性能劣化历程曲线

图中有：

1  梁体

2  锚固区

3  伸缩装置锚固件

4  伸缩缝用异形钢

5  密封橡胶条

6  橡胶支座

7  桥墩承台

g_Y 竖向冲击加速度

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

当前使用的公路桥梁支座及伸缩装置体系技术状况检查评定方法，无法实现伸缩装置及支座服役状况的自动评定，无法自动生成长期跟踪评估数据库，无法实现早期损伤及劣化的自动识别。

针对现有技术中存在的问题，本发明所提供的一种公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能快捷评定方法；利用伸缩缝凹凸台阶和行车的耦合激励，引起伸缩装置或梁体的竖向冲击振动响应，振动数据采集模块自动采集伸缩装置或梁体的竖向加速度-时间曲线，运算得到相应的加速度有效值和冲击峰值，依所测得冲击峰值和抗冲击性能评定模型确定被评定对象的竖向抗冲击性能和评定分级；依保存在被评定对象劣化历程数据库中的竖向抗冲击性能的检测初值，确定被评定对象的竖向抗冲击性能劣化率；同时，将当前检测与评定结果添加至劣化历程数据库中；通过长期跟踪观测竖向抗冲击性能劣化率变化的方法，实现早期诊断竖向抗冲击服役性能的劣化状况，在提高检测效率的同时，提升了公路桥梁支座及伸缩装置服役状况的检查评定的品质。

如附图1所示，一种公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能快捷评定方法，步骤如下：

S1：获得被评定对象的详细资料

搜集被评定伸缩装置的以下详细资料：

桥梁类型、伸缩装置类型、支座类型、行车道编号、被评定桥梁历次检修与维修报告、当前已知的病害定性信息以及病害定量信息；

搜集被评定伸缩装置的以下性能数据：

设计伸缩量、设计冲击系数、限速、竖向抗冲击性能的检测初值、历次竖向抗冲击性能检测值与评估结果；

S2：测定被评定对象的竖向抗冲击性能

行车以检测时速通过被评定对象，采集伸缩装置或梁体的竖向加速度-时间曲线，采样频率不低于1000Hz，采样时间不低于4秒，实时计算竖向加速度峰值

重复n次检测上述检测步骤，则竖向加速度峰值检测均值由下式确定

${\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{\mathrm{Yp}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{g_{\mathrm{Ypi}}}{n};$

竖向抗冲击性能检测值由下式确定

$J_Y=1-\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{\mathrm{Yp}}}{9.8\&times;(\mathrm{\&mu;}-1)}.$

S3：判断是否免于深度检查

若有行车冲击或跳车，且竖向抗冲击性能检测值小于0.5，则评定竖向抗冲击性能差或竖向抗冲击性能病害，执行第S4步，对被评定对象开展深度检查；否则，直接执行第S5步，确定竖向抗冲击性能劣化率并生成竖向抗冲击服役性能检测报告；

S4：开展深度检查，完成后即结束本发明方法流程。

所述现场深度检查主要内容为：伸缩装置的完好性检查、接缝的相对错位与台阶差检查、支座的状态检查、行车振动与噪音检查、锚固完好性检查、接缝的阶梯差检查，支座的技术状态与病害检查，包括定量和定性检查；

上述定量检查包括:伸缩缝台阶差测量、伸缩装置锚固区的完好性与裂纹检测、伸缩缝间隙宽度与均匀性测量、伸缩缝扭动与转角度测量；

上述定性检查包括：病害检查包括：伸缩装置的病害类型、位置与程度，伸缩装置整体及病害照片，支座受力状态与病害照片；

S5：计算竖向抗冲击性能劣化率

竖向抗冲击性能劣化率按以下公式计算

$D_{\mathrm{JYn}}=\frac{J_{Y1}-J_{\mathrm{Yn}}}{J_{Y1}}\&times;100\%;$

式中，J_Y1为竖向抗冲击性能检测初值，为被评定对象新建竣工后或修复后的第一次检测值；J_Yn为竖向抗冲击性能检测值，为被评定对象新建竣工后或修复后第n次检测周期检测值；

通常每个检测周期通常为3个月，最长不大于12个月。

本发明的优选实施例中，还可以包括步骤S6：生成竖向抗冲击服役性能检测报告

竖向抗冲击服役性能检测报告包括以下主要内容：

检测时间、检测周期、桥梁类型、伸缩装置类型、行车道编号、当前伸缩间隙、当前温度、检测行车速度、加速度实测曲线、竖向抗冲击性能检测值、竖向抗冲击性能劣化率、服役技术评估结果；

检测人员可以输入深度检查结果与建议。

本发明的优选实施例中，还可以包括步骤S7：充实劣化历程数据库

在劣化历程数据库中添加以下记录；

检测时间、检测周期、检测温度、检测时速、加速度实测曲线、竖向抗冲击性能检测值、竖向抗冲击性能劣化率、现场深度检查结果、评估结果与建议；

实施例

本实施例仅说明本发明实施的一种具体情况，并不限定本发明的其他实施情况。

以某公路桥梁为例，依据本发明的一种公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能快捷评定方法，完成其抗冲击服役性能评定，具体步骤如下：

S1：获得被评定对象的详细资料

被评定对象该公路桥梁为简支T型梁桥，竣工时间为2012年6月，伸缩装置为异型钢单缝式伸缩装置，设计伸缩量为60mm，当前检测环境温度8℃、限速为100公里/时、检测周期为6个月，本次检测为第6次，竖向抗冲击性能检测初值J_Y1＝0.99，被评定桥梁的冲击系数设计取值μ＝1.35，无检修与维修记录；历次竖向抗冲击性能检测值与评估结果见图3；

S2：测定被评定对象的竖向加速度响应

根据上述详细资料确定评定模型使用如下技术参数：竖向加速度传感器设置在伸缩装置主梁第3车道异形钢上，抗竖向冲击能检测初值取J_Y1＝0.99，冲击系数设计取值μ＝1.35,，检测时速取95km/h；行车以检测时速驶入上述被评定对象，连续采集竖向加速度响应曲线，采样频率为1000Hz，采集样本为4096个，重复三遍；

第一次测定，测得竖向加速度峰值为第二次测定，测得竖向加速度峰值为第三次测定，测得竖向加速度峰值为

计算得竖向加速度峰值平均值为 ${\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{\mathrm{Yp}}=\frac{g_{\mathrm{Yp}1}+g_{\mathrm{Yp}2}+g_{\mathrm{Yp}3}}{3}=1.723m/s^2;$

计算第3车道竖向抗冲击性能检测值为

S3：判断是否免于深度检查

通过第3车道伸缩装置时，竖向抗冲击性能检测值为J_Y＝0.498<0.50，评定结果为竖向抗冲击性能差，则执行第S4步，对被评定对象开展深度检查；

S4开展深度检查

深度检查结果如下：车辆通过伸缩缝时有噪声与振动，主梁用异形钢完好、伸缩缝高低最大台阶差值检测值为9mm、当前伸缩装置的20mm缝宽、目测检查T梁下方的普通橡胶支座存在橡胶层分层不均匀外鼓变形现象且凸出严重，依江苏省地方标准DB32/T 2172-2012《公路桥梁橡胶支座病害评定技术标准》，普通橡胶支座已属不均匀外鼓变形，分级评定达到3级病害。

S5：计算竖向抗冲击性能劣化率

已知竖向抗冲击性能检测初值为J_Y1＝0.99，本次检测为第6检测周期，竖向抗冲击性能检测值为J_Y6＝0.342；计算得竖向抗冲击性能劣化率为

$D_{J6}=\frac{J_{Y1}-J_{Y6}}{J_{Y1}}\&times;100=\frac{0.99-0.498}{0.99}\&times;100=49.7\%$

S6：生成竖向抗冲击服役性能检测报告

上述竖向抗冲击服役性能检测报告主要内容包括：

检测时间：2015年01月08日、检测环境温度：8度、桥梁类型：简支T型梁桥、伸缩装置类型：异型钢单缝式伸缩装置、伸缩装置的缝宽20mm、检测行车速度95km/h；

竖向抗冲击性能检测值J_Y6＝0.498、竖向抗冲击性能劣化率D_J6＝49.7％，评定结果为竖向抗冲击性能差，行车有颠簸和冲击，橡胶支座劣化。

深度检查结论；

被评定对象主梁用异形钢完整、检测接缝高低台阶差为9mm、车辆通过时有噪声与振动，梁体下方的普通橡胶支座存在橡胶层分层不均匀外鼓变形现象且凸出严重，依江苏省地方标准DB32/T 2172-2012《公路桥梁橡胶支座病害评定技术标准》，普通橡胶支座已属不均匀外鼓变形，分级评定达到2级病害，

结论：依本检测方法检测被评定桥梁伸缩装置与支座体系抗冲击性能历史信息见图3，近一年来其抗冲击性能迅速劣化，竖向抗冲击性能劣化率为49.7％，因橡胶支座的病害劣化，造成支承刚度下，造成桥梁伸缩装置与支座体系竖向抗冲击性能差；

建议：依江苏省地方标准DB32/T 2172-2012的规定，建议加强对此桥梁使用橡胶支座养护与桥梁伸缩装置服役性能的监测；

S7：充实劣化历程数据库

在被评定对象的劣化历程数据库中添加以下内容:

检测时间：2015年01月08日、环境温度：8度、检测时速：95km/h、竖向加速度-时间曲线、竖向抗冲击性能检测值：0.498、竖向抗冲击性能化率：49.7％、伸缩缝宽20mm、最大台阶差值：9mm，评定结果为竖向抗冲击性能差，行车有明显冲击振动并伴随噪声，橡胶支座呈不均匀外鼓变形，达2级劣化病害。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种公路桥梁支座及伸缩装置的竖向抗冲击服役性能快捷评定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：获得被评定对象的详细资料：

搜集被评定对象的基本信息、设计冲击系数、检测初值、历次检修或维修报告；

S2：测定竖向抗冲击性能：

采集被评定对象的竖向加速度响应曲线，多次确定竖向加速度峰值g_Yp，并求得竖向加速度峰值的平均值,进而确定被评定对象的竖向抗冲击性能J_Y并划分竖向抗冲击性能评定等级；

S3：判断是否免于深度检查：

根据被评定对象的竖向抗冲击性能实测值，判断是否免于深度检查：若J_Y>0.5，则免于深度检查，并进入第S5步；否则，进入第S4步；

S4：依据公路桥涵养护规范_JTG_H11-2004和所述步骤S2得到的竖向抗冲击性能评定等级，针对伸缩装置，对被评定对象开展深度检查，具体内容为：伸缩装置的完整性检查、接缝的相对错位检查、支座的状态检查、行车振动与噪音检查、锚固完整性检查、接缝的阶梯差检查；

S5：根据被评定对象的竖向抗冲击性能当前值和检测初值确定抗冲击劣化率。

2.如权利要求1所述的一种公路桥梁支座及伸缩装置竖向抗冲击服役性能评定方法，其特征在于，所述步骤S2的具体流程为：

根据公式v_Test＝0.95×v_max确定检测时速v_Test，式中v_max为被评定对象的设计限速；

检测车以检测时速v_Test通过被评定对象时，实时采集伸缩装置的竖向加速度响应曲线，测得竖向冲击峰值g_Yp，重复多次上述检测，计算确定上述竖向冲击峰值的检测均值

最后按以下公式计算竖向抗冲击性能J_Y：

$J_Y=1-\frac{g_{\mathrm{Yp}}}{g_{\mathrm{limt}}}=1-\frac{g_{\mathrm{Yp}}}{G\&times;(\mathrm{\&mu;}-1)};$

式中，G为重力加速度；g_Yp为竖向加速度峰值；g_Limt为加速度响应允许极值，且有g_Limt＝G×(μ-1)，单位为m/s²；μ为被评定桥梁的设计冲击系数取值，取值范围为1.05～1.45。

竖向抗冲击性能评定共分五个层级：优良、良好、合格、差、病害；

当J_Y≥0.90时，评定竖向抗冲击性能优良，表明行车平顺且完全无颠簸感；

当0.9>J_Y≥0.75时，评定竖向抗冲击性能良好，表明行车平顺但有轻度颠簸；

当0.75>J_Y≥0.50时，评定竖向抗冲击性能合格，表明行车平顺但有颠簸；

当0.50>J_Y≥0.10时，评定竖向抗冲击性能差，表明行车有冲击感；

当J_Y<0.10时，评定竖向抗冲击性能病害，表明行车有跳车感或跳车现象。

3.如权利要求1或2所述的一种公路桥梁支座及伸缩装置竖向抗冲击服役性能评定方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据下式计算抗冲击劣化率D_JYn：

$D_{\mathrm{JYn}}=\frac{J_{Y1}-J_{\mathrm{Yn}}}{J_{Y1}}\&times;100\%$

式中，J_Y1为检测初值，取被评定对象新建竣工或修复后的第一次竖向抗冲击性能检测值；J_Yn为纵向抗冲击性能当前值，即被评定对象新建竣工或修复后第n检测周期检测值。

4.如权利要求1或2所述的一种公路桥梁支座及伸缩装置纵向抗冲击服役性能评定方法，其特征在于，所述步骤S5之后还包括步骤S6：生成竖向抗冲击服役性能检测报告，具体内容为：检测时间、检测周期、检测时速、温度、加速度实测曲线、竖向抗冲击性能、抗冲击劣化率、抗冲击服役性能评定、检测人员可以输入深度检查结果或建议。

5.如权利要求4所述的一种公路桥梁支座及伸缩装置纵向抗冲击服役性能评定方法，其特征在于，所述步骤S6之后还包括步骤S7：充实劣化历程数据库，在被评定对象的劣化历程数据库中添加以下记录：检测时间、检测周期、检测时速、设计冲击系数、当前温度、竖向加速度实测曲线、竖向抗冲击性能检测值、抗冲击劣化率、深度检查结果、抗冲击服役性能评估结果、结论与建议。