CN105507139B - 一种大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法，首先输出梁端纵向位移数据和主梁温度数据，以时间为横轴分别画出位移时程曲线和温度时程曲线；然后求出两曲线的相似性指数c；最后根据c值判断伸缩缝工作状态。本发明的大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法可以实现利用位移和温度测量数据，判断伸缩缝的工作状态和损伤情况。

Description

一种大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法

技术领域

本发明属于桥梁健康检测领域，涉及一种大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法。

背景技术

桥梁伸缩缝是为了满足桥梁上部结构的变形需要，并能使车辆平稳的通过桥面的，在桥梁结构物-联的梁端之间，以及梁端与桥台背墙之间设置的能自由变形的跨缝装置。目前常见的伸缩缝按照材料可分为铁锌皮伸缩缝、刚板伸缩缝和橡胶伸缩缝。由于桥面伸缩缝设置在桥端构造薄弱部位，直接承受车辆反复荷载的作用，又多暴露于大自然中受各种自然因素的影响，因此伸缩缝是易损坏、难修补的部位。伸缩缝的损坏不仅直接使行车舒适度下降，使乘客缺乏安全感，对车辆的使用寿命造成影响，更重要的是，伸缩缝的破坏将使车辆对桥梁的冲击作用显著增加，加剧桥面铺装层的破坏速度，有时甚至还会影响到桥梁结构本身。

由于位移变化规律表征了桥梁伸缩缝的健康状态，因此目前伸缩缝安全性的评估研究可以以位移为对象。已有研究工作表明对，对于正常状态下的桥梁结构而言，影响伸缩装置伸缩量的基本因素有：温度变化、混凝土的收缩与徐变、桥梁纵向坡度、斜桥弯桥的变位、各种荷载引起的桥梁挠度、地震等几部分，其中温度变化是上述伸缩缝主要影响因素中的最主要的部分。对于大跨度桥梁结构，特别是斜拉桥、悬索桥等，其温度效应十分显著。一般来说，桥梁结构的温度场可以分为整体温度差、不同构件之间的温度差以及构件本身的梯度温度影响等三种情况。由已有研究可知整体升降温对结构挠度变化的影响较小，而构件的温度对结构的影响则要大得多，如果再考虑梯度温度场的影响，则一天中主梁的挠度变化可能达到十几厘米；而自振频率主要与结构的整体温度场相关较大，而构件间的温度差和梯度温度场对其影响较小。因此，在桥梁健康监测过程中，应对结构的温度场进行监测和分析，甄别监测量的变化是由温度引起的还是由结构损伤所致，从而减少误判，提高监测的可靠性。

处于正常工作状态的伸缩缝的位移时程曲线应该与结构温度的时程曲线在变化趋势上保持一致，即使位移时程曲线比温度时程曲线滞后。那么，如何利用这一关系识别伸缩缝损伤？这是一个亟待解决的问题。

因此，需要一种大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法以解决上述问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术中大跨度桥梁伸缩缝难以识别的缺陷，提供一种基于温度和位移时变曲线相似性的大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法。

本发明采用的技术方案为：一种大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法，所述大跨度桥梁包括主梁，在所述主梁梁端设置位移计，所述位移计用于实时测量主梁梁端的纵向位移；沿桥梁纵向在所述主梁内设置温度计，所述温度计用于实时测量主梁的温度；

所述识别方法包括以下步骤：

一、记录不同时刻主梁梁端的纵向位移，以时间为横轴，以位移量为纵轴画出位移时程曲线；

二、记录不同时刻主梁的温度计的读数，以时间为横轴，以温度为纵轴画出温度时程曲线；

三、利用下式求出位移时程曲线和温度时程曲线的相似性指数c：

式中，{D}为位移向量；{T}为温度向量；{D}^T表示位移向量的转置；{T}^T表示温度向量的转置；

四、根据c值判断桥梁伸缩缝的工作状态：若c值大于或等于阈值，表示伸缩缝处于正常的工作状态；若c值小于阈值，表示伸缩缝处于非正常的工作状态。

作为优选，所述步骤四中所述阈值为0.95。

作为优选，所述步骤二总温度计的数量为多个，设置在主梁的不同位置，记录不同时刻主梁的各温度计的读数，并求出平均值，以时间为横轴，以平均温度为纵轴画出温度时程曲线，得出各时刻的平均温度构成温度向量{T}。

作为优选，所述温度计设置在主梁的跨中和四分点处。

作为优选，所述步骤一和步骤二中时间周期为一天。以一天为周期，方便人员判断伸缩缝的工作状态和损伤情况。

发明原理：位移变化规律表征了桥梁伸缩缝的健康状态，而位移的最敏感影响因素是结构温度。

有益效果：本发明的大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法可以实现利用位移和温度测量数据，判断伸缩缝的工作状态和损伤情况。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明技术方案作进一步说明：

在大跨度桥梁的健康检测系统中，主梁梁端(即伸缩缝处)装有位移计，实时测量记录主梁梁端的纵向位移；沿桥梁纵向在主梁内多处(如跨中和四分点)安装温度计，实时测量记录主梁的结构温度。

一种基于温度和位移时变曲线相似性的大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法，包括以下步骤：

(1)从健康检测系统中输出当天的梁端纵向位移数据，以时间(单位min)为横轴，以位移量(单位m)为纵轴画出位移时程曲线。

(2)从健康检测系统中输出当天的主梁结构温度数据，求出所有温度计的同时间平均值，以时间(单位min)为横轴，以温度均值(单位℃)为纵轴画出温度时程曲线。

(3)按下式求出位移时程曲线和温度时程曲线的相似性指数：

式中，{D}为位移向量；{T}为温度向量；c为相似性指数，显然有0≤c≤1，相似性指数越大表明两曲线越相似，若位移曲线和温度曲线完全相似，则c＝1。

(4)根据c值判断伸缩缝工作状态：若c值大于或等于阈值，表明伸缩缝处于正常的工作状态；若c值小于阈值，表明伸缩缝没有处于正常的工作状态，可能有损伤。其中，阈值为0.95。

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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法，其特征在于：所述大跨度桥梁包括主梁，在所述主梁梁端设置位移计，所述位移计用于实时测量主梁梁端的纵向位移；沿桥梁纵向在所述主梁内设置温度计，所述温度计用于实时测量主梁的温度；

所述识别方法包括以下步骤：

一、记录不同时刻主梁梁端的纵向位移，以时间为横轴，以位移量为纵轴画出位移时程曲线；

二、记录不同时刻主梁的温度计的读数，以时间为横轴，以温度为纵轴画出温度时程曲线；

三、利用下式求出位移时程曲线和温度时程曲线的相似性指数c：

$c=\frac{\left({\left\{D\right\}}^T\right\{T\left\}\right)}{\sqrt{\left({\left\{D\right\}}^T\right\{D\left\}\right)\left({\left\{T\right\}}^T\right\{T\left\}\right)}}$

式中，{D}为位移向量；{T}为温度向量；{D}^T表示位移向量的转置；{T}^T表示温度向量的转置；

四、根据c值判断桥梁伸缩缝的工作状态：若c值大于或等于阈值，表示伸缩缝处于正常的工作状态；若c值小于阈值，表示伸缩缝处于非正常的工作状态。

2.根据权利要求1所述的大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法，其特征在于：所述步骤四中阈值为0.95。

3.根据权利要求1所述的大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法，其特征在于：所述步骤二总温度计的数量为多个，设置在主梁的不同位置，记录不同时刻主梁的各温度计的读数，并求出平均值，以时间为横轴，以平均温度为纵轴画出温度时程曲线，得出各时刻的平均温度构成温度向量{T}。

4.根据权利要求3所述的大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法，其特征在于：所述温度计设置在主梁的跨中和四分点处。

5.根据权利要求1所述的大跨度桥梁伸缩缝损伤识别方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中时间周期为一天。