CN106706239B - 一种桥梁快速荷载试验测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种桥梁快速荷载试验测试方法，包括如下步骤：建立桥梁有限元计算模型；在试验跨的关键部位布置位移测点；汽车沿桥面缓慢行驶，采集桥梁的位移影响线；绘制桥梁位移影响线实测曲线；根据位移影响测试数据实际结果，选择具有高可信度的位移实测值；根据选定的实测位移值及车辆荷载对应位置，建立多工况加载模型，进行有限元分析计算；建立位移残差表达式，形成目标函数，进行有限元模型修正；采用修正后的有限元模型，计算荷载试验工况下的挠度及应变，将修正后模型计算值作为实测值，未修正模型计算值作为理论值，计算校验系数，按照桥梁承载力评定规范进行桥梁承载力评定。
Description
技术领域
本发明属于路桥质量检测技术领域，具体来说，涉及到一种桥梁快速荷载试验测试方法。
背景技术
本发明针对中国桥梁承载能力评价体系中检算法主观随意性大、而荷载试验又费时费力，对交通影响较大的问题，提出了一种基于实测应变影响线的模型校准技术的准静态荷载试验承载能力评定方法，该方法相比于检算法主观性小、准确性高，而又较常规荷载试验法费用低廉且对正常交通影响较小，在一定程度上可以替代常规荷载试验，或作为检算法和传统荷载试验法之间的一种中间评定方法。
桥梁荷载试验是直接在桥梁上直接加载的一种试验方法，评价桥梁在试验荷载作用下的受力性能，但这种方法费时、费力，成本高，特别对于旧桥而言，长时间封闭交通造成较大影响。因此有必要研究一种快速准确的荷载试验方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速进行桥梁荷载试验的实用测试方法。该方法包括如下步骤：
步骤一：依照桥梁实际结构状况建立桥梁有限元计算模型；
步骤二：在试验跨的关键部位布置位移测点；
步骤三：汽车沿桥面缓慢行驶，采集桥梁的位移影响线；
步骤四：绘制桥梁位移影响线实测曲线；
步骤五：根据位移影响测试数据实际结果，选择具有高可信度的位移实测值；
步骤六：根据选定的实测位移值及车辆荷载对应位置，建立多工况加载模型，进行有限元分析计算；
步骤七：将理论计算中未采用的测点数据设置为0，建立位移残差表达式，形成目标函数，进行有限元模型修正；
步骤八：采用修正后的有限元模型，计算荷载试验工况下的挠度及应变，将修正后模型计算值作为实测值，未修正模型计算值作为理论值，计算校验系数，按照桥梁承载力评定规范进行桥梁承载力评定。
进一步的，步骤一中，桥梁有限元计算模型基于位移法，其力学方程为：
[k][δ]＝[F] (1)
式中[k]为结构的总刚度矩阵，[δ]为结构的位移矩阵，[F]为荷载矩阵；桥梁静载试验涉及多个加载工况时，将不同工况组成荷载矩阵，每列表示不同的工况，每行表示不同的节点号。
进一步的，步骤二中，所述关键部位是试验跨的的四分点和跨中。
进一步的，步骤三中，所述汽车为两辆30吨的双后轴的三轴载重汽车。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
第一，持续时间短，一般而言，只需10分钟左右便可完成数据采集，对桥梁交通影响较小，特别对于一些交通繁忙的桥梁而言，减小了交通管制的难度，节约了试验成本；
第二，不需要进行加载方案布置，加载方法简单。常规的桥梁荷载试验，需要确定加载的测试断面，拟定加载方案，在正式加载前，需要在桥面画出不同加载工跨下车辆的位置。本发明通过测试影响线，不需要进行加载方案的布置，简化了现场准备工作。
附图说明
图1是本发明中的桥型布置图。
图2是本发明中测点布置图。
图3是本发明中的第1跨1#梁L/4影响线实测曲线图。
图4是第1跨1#梁L/2影响线实测曲线图。
图5是第1跨1#梁3L/4影响线实测曲线图。
图6是第2跨1#梁L/4影响线实测曲线图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的桥梁快速荷载试验测试方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
结合一座连续梁桥，其桥型见图1，说明本方法的实施方式，具体如下：
步骤一：依照桥梁实际结构状况建立桥梁有限元计算模型；
对步骤一进一步说明，桥梁有限元计算模型是基于位移法的计算原理，其力学方程为：
[k][δ]＝[F] (1)
式中[k]为结构的总刚度矩阵，[δ]为结构的位移矩阵，[F]为荷载矩阵。按照上式编写相关程序，桥梁静载试验一般涉及多个加载工况，可将不同工况组成荷载矩阵，每列表示不同的工况，每行表示不同的节点号。
步骤二：在试验跨的四分点、跨中等关键部位布置位移测点；见图2；
步骤三：采用两辆30吨的双后轴的三轴载重汽车沿桥面缓慢行驶，采集桥梁的位移影响线；
步骤四：绘制桥梁位移影响线实测曲线；
步骤五：根据位移影响测试数据实际结果，选择具有较高可信度的位移实测值，见表1:
表1影响线实测数据
对步骤五的进一步说明，考虑到位移传感器测试精度，选择挠度变形量大于0.2mm并剔除部分异常测试数据进行分析。表格中，加粗的测试数据便是选择的进行有限元模型修正的实测数据。
步骤六：根据选定的实测位移值及车辆荷载对应位置，建立多工况加载模型，进行有限元分析计算；
步骤七：将理论计算中未采用的测点数据设置为0，建立位移残差表达式，形成目标函数，进行有限元模型修正；
对步骤六～步骤七的进一步说明，从表1中可以看出，在一些荷载工况下，只采用了部分测点测试数据，并没有采用所有测点数据。而理论计算中，则是考虑所有测点的测试数据，因此将理论计算中未采用的测点数据设置为0，与实测数据的差也为0，由此构造出的位移残差向量虽然也包含这部分数据，但由于残差为0，因此不影响计算结果。
选择了实测数据之后，便是荷载工况的转化，编写相关程序，通过车辆轴距，前轮位置等数据，计算车辆在不同位置下，各车轮的实际位置，并根据单元几何信息，计算出各车轮作用的单元号，距单元左节点的距离，同时考虑横向分布系数设置各车轮的竖向力。
这样便可采用有限元模型修正方法，计算桥梁的实际刚度。有限元模型修正后的挠度数据如下：
表2有限元模型修正后的挠度值
步骤八：采用修正后的有限元模型，计算荷载试验工况下的挠度及应变，将修正后模型计算值作为实测值，未修正模型计算值作为理论值，计算校验系数，按照桥梁承载力评定规范进行桥梁承载力评定。
对步骤八的进一步说明，利用影响线识别的刚度，按照荷载试验工况进行挠度计算，计算结果如下所示：
表3利用影线线识别刚度计算荷载试验挠度结果表
从表中可以看出，采用影响线测试数据识别出的刚度计算荷载试验各工况下挠度，与实测值的误差最大为0.28mm。这和采用荷载试验优化后的计算挠度是基本接近的，说明识别出的刚度能够符合桥梁的实际受力状况，完全满足工程应用。因此，可将此挠度值等效为实测值，将未优化后的挠度计算值作为理论值，便可计算出不同荷载工况下桥梁挠度的校验系数，从而可按照《公路桥梁承载力评定标准》进行桥梁承载力评价。实现了采用影响线测试方法的桥梁承载力评定，为桥梁快速荷载试验提供了新的方法。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的构思而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种桥梁快速荷载试验测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：依照桥梁实际结构状况建立桥梁有限元计算模型；
步骤二：在试验跨的关键部位布置位移测点；
步骤三：汽车沿桥面缓慢行驶，采集桥梁的位移影响线；
步骤四：绘制桥梁位移影响线实测曲线；
步骤五：根据位移影响测试数据实际结果，选择具有高可信度的位移实测值；
步骤六：根据选定的实测位移值及车辆荷载对应位置，建立多工况加载模型，进行有限元分析计算；
步骤七：将理论计算中未采用的测点数据设置为0，建立位移残差表达式，形成目标函数，进行有限元模型修正；
步骤八：采用修正后的有限元模型，计算荷载试验工况下的挠度及应变，将修正后模型计算值作为实测值，未修正模型计算值作为理论值，计算校验系数，按照桥梁承载力评定规范进行桥梁承载力评定；
步骤一中，桥梁有限元计算模型基于位移法，其力学方程为表达式(1)：
[k][δ]＝[F] (1)
式中[k]为结构的总刚度矩阵，[δ]为结构的位移矩阵，[F]为荷载矩阵；桥梁静载试验涉及多个加载工况时，将不同工况组成荷载矩阵，每列表示不同的工况，每行表示不同的节点号，将影响线测试数据转化为多工况的静力加载程序，便可采用式(1)进行结构分析计算。
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