CN108830011A - 中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，首先在每根梁的底面分别设置多个传感器并记录试验时传感器数据，按对称荷载工况和偏心荷载工况分别计算各梁的活载超载系数；然后计算出全桥的平均主梁活载超载系数，将这些数据整理表格提供给地区或行业主管们编制中长期维修养护规划(计划)和特殊检测项目；本发明能在不封锁交通或少封锁交通的条件下，检测出梁式桥中每根梁的活载超载系数，从而推算出该桥的平均超载系数，以进一步编制中长期维修养护规划。

Description

中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法
技术领域
本发明涉及桥梁检测领域，尤其涉及一种中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法。
背景技术
当前我国水网地带和多跨引桥大部分为中小跨径梁式桥上部结构，且量多面广，有的还建于六十～九十年代，目前大部分地区已由大规模建设阶段转为养护维修阶段，因此当务之急需要对在役桥梁进行全面检测、评定、制定中长期养护、维修、管理计划。
传统的监测评估方法是日常定期检查和专项定期检查。日常定期检查的检测手段主要依靠目测病害调查，严重依赖从业人员的经验，缺乏数据支撑。定期专项检查虽然检测项目较全面，但还不能满足地区制定中长期计划需要的数据支撑，特别是对桥梁承载能力的评定缺乏足够数据。若要获取足够的数据支撑就必须采用传统的荷载试验方法，对桥梁中每一根梁的受力状况进行科学的监测和评估。但这种试验方法需要布置相应的设计荷载，且布载占用桥面范围大、测试时间长，需对在役桥梁进行一定时间的交通封闭，因而不能在短期内快速测定以及收集一大批桥梁承载能力的数据，且由于试验时需对在役桥梁进行一定时间的交通封闭，严重影响当地交通正常运营。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在不封锁交通或少封锁交通的条件下，检测出每根梁的活载超载系数方法，从而计算出该座桥梁的超载系数，为完善在役桥梁评估补充科学合理的实测数据，为制定桥梁养护、维修、加固、翻建等计划的提供决策依据，从而促进桥梁行车安全，提高桥梁管理水平。
本发明提供了一种中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，在每根梁的底面分别设置多个传感器并记录试验时传感器数据，按对称荷载工况和偏心荷载工况分别计算两种工况下各梁的活载超载系数；根据各梁的活载超载系数计算全桥平均活载超载系数，从而制定中长期维修规划。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，针对活载超载系数超过1.3的梁制定特殊检查规划。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，对称荷载工况下各梁的活载超载系数计算包括如下步骤：
在梁底的跨中点和支点处分别设置传感器；
按对称荷载工况在桥面设置定位标记；
试验车辆沿所述定位标记通过被测桥梁，记录所述传感器在车辆通过时的数据；
将传感器记录的所述数据标记为Dij，其中，i为待测梁式桥中梁的编号，j为第i根梁上的传感器的编号，计算对称荷载工况下各梁的实测横向分布系数，计算公式如下：
其中，Ti为编号为i的梁的实测横向分布系数，Dij为编号为ij的传感器的实测值；
根据梁桥的不同结构类型，计算出对称工况荷载下的理论横向分布系数T1i，将上一步骤中得到的Ti与理论横向分布系数T1i相除，得到各梁在对称荷载工况下的活载超载系数k1i：
k1i＝Ti/T1i。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，偏心荷载工况下各梁的活载超载系数计算包括如下步骤：
在梁的中点和支点处分别设置传感器；
按偏心荷载工况在桥面设置定位标记；
试验车辆沿所述定位标记通过被测桥梁，记录所述传感器在车辆通过时的数据；
将传感器记录的所述数据标记为D’ij，其中，i为待测梁式桥中梁的编号，j为第i根梁上的传感器的编号，计算偏心荷载工况下各梁的实测横向分布系数，计算公式如下：
其中，T’i为编号为i的梁的实测横向分布系数，D’ij为编号为ij的传感器的实测值；
根据梁桥的不同结构类型，计算出偏心工况荷载下的理论横向分布系数Tl’i，将上一步骤中得到的T’i与理论横向分布系数Tl’i相除，得到各梁在偏心荷载工况下的活载超载系数k1’i：
k1’i＝T’i/Tl’i。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，所述传感器为动挠度传感器。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，所述传感器设置在梁式桥中跨的底部。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，使用车辆激光法、视频法或人工标线法进行定位。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，所述试验车辆以匀速通过被测桥梁。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，所述试验车辆的总重量为所述梁式桥设计荷载的0.6～0.8倍，对同一座桥进行多次试验时，所述试验车辆保持总重量不变。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，所述试验车辆为2辆，且总重量相同。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其中，所述理论横向分布系数的计算方法为：
将梁式桥结构简化为平面结构，计算各梁的横向分布影响线；
将所述检测车辆对各梁的横向分布影响的理论值附加到所述横向分布影响线上，得出各梁的理论横向分布系数。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明所提供的测定方法中，传感器设置在桥梁底面，在布置传感器阶段不影响桥梁上方车辆的正常通行。
2、本发明在设定定位标记时可采用多种方法，除人工标线法在一定程度影响桥面交通，其他方法均可在不影响桥面交通的情况下进行，进一步减少了对交通的影响。
3、本发明对2种工况分别进行活载超载系数的计算，全面考虑了桥梁在不同工况下的受力情况，按最不利工况对桥梁进行评估，提高桥梁行车安全度。
附图说明
图1是本发明一实施例计算超载系数的流程示意图；
图2是铰接板式梁式桥设置传感器的一实施例示意图；
图3是刚接板式梁式桥设置传感器的一实施例示意图；
图4是杠杆式梁式桥设置传感器的一实施例示意图；
图5是偏心压力式梁式桥设置传感器的一实施例示意图；
图6是比拟正交异形板式梁式桥设置传感器的一实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。结合以下的说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
首先，本发明的一个实施要点在于传感器的设置。传感器优选动挠度传感器，也可以选择其他能感应微移动的传感器。为了不影响桥面交通，传感器固定在桥梁底面，一般使用结构胶粘贴固定。进一步地，考虑到简支梁式桥主要受力点为各跨的跨中和支点，优选的传感器布置在点为整桥的跨中点和的支点。
因此，针对每一次、每一座桥梁，都需要在检测前收集该梁式桥的原始设计资料，包括各梁的结构类型、截面特性参数和几何形态参数。根据该梁式桥的结构类型和计算体系，相应截面特性参数、几何形态参数计算出各梁在设定工况下的理论横向分布系数。这一理论横向分布系数作为基础，将与实测的横向分布系数进行对比和计算，从而得出各梁的活载超载系数，根据各梁的活载超载系数，可以初步评定该梁的整体性能或梁间横向连接功能是否满足不同工况的要求。
优选的，理论横向分布系数的计算方法为：
将不同类型梁式桥的结构简化为平面结构，计算各梁的横向分布影响线；
将所述检测车辆对各梁的横向分布影响的理论值施加到所述横向分布影响线上，得出各不同类型结构梁的理论横向分布系数。
在如上两点的基础上，本发明中计算平均超载系数的一种方法是：在每根梁的底面分别设置多个传感器并记录试验时传感器数据，计算各梁的活载超载系数；然后根据各梁的活载超载系数计算出全桥的平均活载超载系数，将这些数据整理表格提供给地区或行业主管们编制中长期维修养护规划(计划)和特殊检查规划。
进一步地，还可以结合权重和定期检查的实际状况修正所述养护规划。
进一步地，针对活载超载系数超过1.3的梁，还可以单独制定特殊检查规划。
进一步地，每座被测梁式桥分别按二种不利工况(对称载荷工况和偏心载荷工况)进行试验，计算出二种不利工况下的各梁活载超载系数，选取其中数值较大的活载超载系数作为有效不利数据，进一步计算整桥的平均超载系数，以进一步编制中长期维修养护规划。
如图1所示，本发明的具体实施步骤如下：
S1、在桥梁底面设置传感器，优选将传感器设置在桥的中点和各支点处，以获取最恶劣条件下该桥的动挠度。
S2、在桥面设置定位标记，可以采用车辆激光法、视频法或人工标线法进行定位，其中，优选车辆激光法、视频法，因为这两种方法不需要暂停桥面的车辆通行，且标记比较精确。按多种工况进行试验时，所述定位标记也按多种工况分别设置。
S3、车辆按所述定位标记通过桥梁，传感器记录数据，所述试验车辆为2辆总重量分别为所述梁式桥设计荷载的0.6～0.8倍的车辆，即，一次试验时被试桥梁的载重为其设计荷载的1.2～1.6倍。对同一座桥进行多次试验时，所述试验车辆保持总重量不变。进一步地，2辆所述试验车辆的总重量相同。且车辆通过桥面时优选以匀速或近匀速行驶，以充分考核桥梁的动挠度。另外，需记录试验车辆轴距和轮距，这2项数据将影响理论横向分布系数的计算。
S4、根据所述传感器记录的数据计算各梁的实测横向分布系数。
S5、根据所述实测横向分布系数计算各梁的活载超载系数。
S6、根据所述活载超载系数计算整桥的平均超载系数，按两种或多种工况进行多次试验时，需选取两种或多种工况下较大的活载超载系数，即采用最不利工况下取得的数据进行计算，然后结合各梁的权重和对梁式桥的定期检查情况计算出全桥的平均活载超载系数，将这些数据整理表格提供给地区或行业主管们编制中长期维修养护规划(计划)和特殊检测项目。
上述步骤S1～S6可依据工程人员的经验适当调整，而不必拘泥于本文所述顺序。
进一步地，如图1所示，在步骤S5的基础上，筛选出活载超载系数超过1.3的梁，对其进行专门的特殊检查。
实施例
在对称荷载工况下，各梁的活载超载系数计算如下：
在梁的中点和支点处分别设置传感器；
按对称荷载工况在桥面设置定位标记；
试验车辆沿所述定位标记通过被测桥梁，记录所述传感器在车辆通过时的数据；
将传感器记录的所述数据标记为Dij，其中，i为待测梁式桥中梁的编号，j为第i根梁上的传感器的编号，计算对称荷载工况下各梁的实测横向分布系数，计算公式如下：
其中，Ti为编号为i的梁的实测横向分布系数，Dij为编号为ij的传感器的实测值；
根据梁桥的不同结构类型，计算出对称工况荷载下的理论横向分布系数T1i，将Ti与理论横向分布系数T1i相除，得到各梁在对称荷载工况下的活载超载系数k1i：
k1i＝Ti/T1i。
在偏心荷载工况下，各梁的活载超载系数计算如下：
在梁的中点和支点处分别设置传感器；
按偏心荷载工况在桥面设置定位标记；
试验车辆沿所述定位标记通过被测桥梁，记录所述传感器在车辆通过时的数据；
将传感器记录的所述数据标记为D’ij，其中，i为待测梁式桥中梁的编号，j为第i根梁上的传感器的编号，计算偏心荷载工况下各梁的实测横向分布系数，计算公式如下：
其中，T’i为编号为i的梁的实测横向分布系数，D’ij为编号为ij的传感器的实测值；
根据梁桥的不同结构类型，计算出偏心工况荷载下的理论横向分布系数Tl’i，将T’i与理论横向分布系数Tl’i相除，得到各梁在偏心荷载工况下的活载超载系数k1’i：
k1’i＝T’i/Tl’i。
比较对称荷载工况下的活载超载系数k1i和偏心荷载工况下的活载超载系数k1’i，按步骤S6所述，取其中较大的活载超载系数进一步计算整桥的平均超载系数。更佳地，还可以结合各梁的权重和对梁式桥的定期检查情况完善中长期养护规划。
图2～图6分别示出了铰接板式梁式桥、刚接板式梁式桥、杠杆式梁式桥、偏心压力式梁式桥和设置传感器的示意图。
图2中的桥梁为铰接板式梁式桥，梁与梁间采用铰接方式连接，传感器4分别安装在每根梁的底面。
图3中的桥梁为刚接板式梁式桥，梁与梁间采用混凝土浇筑的方式连接，传感器4分别安装在每根梁的底面。
图4中的桥梁为杠杆式梁式桥，每根梁独立支撑桥面，传感器4分别安装在每根梁的底面。
图5偏心压力式梁式桥，传感器4分别安装在每根梁的底面。
图6中的桥梁为比拟正交异形板式梁式桥，纵梁和桥面一体浇筑，传感器4分别安装在每根纵梁的底面。
上述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法改变传统的传感器设置位置，减少对交通的影响，能提高效率，可以节约更多的人力成本，适用于中小跨径梁式桥的快速测定。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，在每根梁的底面分别设置多个传感器并记录试验时传感器数据，按对称荷载工况和偏心荷载工况分别计算两种工况下各梁的活载超载系数；根据各梁的活载超载系数计算全桥平均活载超载系数，从而制定中长期维修规划。
2.如权利要求1所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，针对活载超载系数超过1.3的梁制定特殊检查规划。
3.如权利要求1所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，对称荷载工况下各梁的活载超载系数计算包括如下步骤：
在梁底的跨中点和支点处分别设置传感器；
按对称荷载工况在桥面设置行车线定位标记；
试验车辆沿所述定位标记通过被测桥梁，记录所述传感器在车辆通过时的数据；
将传感器记录的所述数据标记为Dij，其中，i为待测梁式桥中梁的编号，j为第i根梁上的传感器的编号，计算对称荷载工况下各梁的实测横向分布系数，计算公式如下：
其中，Ti为编号为i的梁的实测横向分布系数，Dij为编号为ij的传感器的实测值；
根据梁桥的不同结构类型，计算出对称工况荷载下的理论横向分布系数，将Ti与理论横向分布系数相除，得到各梁在对称荷载工况下的活载超载系数。
4.如权利要求1所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，偏心荷载工况下各梁的活载超载系数计算包括如下步骤：
在梁底的跨中点和支点处分别设置传感器；
按偏心荷载工况在桥面设置行车线定位标记；
试验车辆沿所述定位标记通过被测桥梁，记录所述传感器在车辆通过时的数据；
将传感器记录的所述数据标记为D’ij，其中，i为待测梁式桥中梁的编号，j为第i根梁上的传感器的编号，计算偏心荷载工况下各梁的实测横向分布系数，计算公式如下：
其中，T’i为编号为i的梁的实测横向分布系数，D’ij为编号为ij的传感器的实测值；
根据梁桥的不同结构类型，计算出偏心工况荷载下的理论横向分布系数，将T’i与理论横向分布系数相除，得到各梁在偏心荷载工况下的活载超载系数。
5.如权利要求1-4任一项所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，所述传感器设置在梁式桥中跨的底部。
6.如权利要求3或4所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，使用车辆激光法、视频法或人工标线法进行定位。
7.如权利要求3或4所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，所述试验车辆以匀速通过被测桥梁。
8.如权利要求1-4任一项所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，所述试验车辆的总重量为所述梁式桥设计荷载的0.6～0.8倍，对同一座桥进行多次试验时，所述试验车辆保持总重量不变。
9.如权利要求1-4任一项所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，所述试验车辆为2辆，且总重量相同。
10.如权利要求1-4任一项所述的中小跨径梁式桥活载超载系数的快速测定方法，其特征在于，所述理论横向分布系数的计算方法为：
根据梁式桥不同类型结构简化为平面结构，计算各梁的横向分布影响线；将所述检测车辆对各梁的横向分布影响的理论值附加到所述横向分布影响线上，得出各梁的理论横向分布系数。
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