CN108897917A - 一种用于高速铁路桥梁支座易损性评估的方法 - Google Patents

一种用于高速铁路桥梁支座易损性评估的方法 Download PDF

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丁幼亮
耿方方
宋永生
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Abstract

本发明公开了一种用于高速铁路桥梁支座易损性评估的方法，该方法包括如下步骤：步骤1：高速铁路桥梁传感器的设置：在各个支座位置安装纵向位移传感器，用以监测各个支座沿主梁纵向的位移；在主梁跨中位置安装温度传感器，用以监测主梁的温度；步骤2：计算消除主梁温度影响的支座纵向位移；步骤3：计算列车作用引起的支座纵向位移的累积值；步骤4：高速铁路桥梁支座易损性评估。本发明准确评估了列车作用引起的累积位移对支座损伤的影响，提高了高速铁路桥梁支座纵向位移监测的实用性，必将得到广泛应用和推广。

Description

一种用于高速铁路桥梁支座易损性评估的方法
技术领域
本发明涉及高速铁路桥梁支座的无损检测领域，特别应用于高速铁路桥梁支座的易损性评估。
背景技术
高速铁路桥梁的主梁受温度影响较大，温度变化会引起主梁产生显著的纵向变形。为适应这种纵向变形，高速铁路桥梁支座通常会安装纵向活动支座，而纵向活动支座正常工作与否关系到整个高速铁路桥梁的安全运营，有必要对支座活动状态进行长期监测和评估，以便准确地发现支座使用性能的退化，并及时地对其进行修复或者进行更换。目前，高速铁路桥梁支座的使用性能检测主要采用人工定期检测的方式，但是人工检测的主观性较强并且实时性较差。为此，高速铁路桥梁结构健康监测系统针对纵向活动支座安装了位移传感器，用以实时监测支座的纵向位移。
已有研究表明，列车作用下引起的支座纵向位移是导致支座损伤的主要原因，有必要根据支座的实测纵向位移数据提取出列车引起的纵向位移，进而开展支座的易损性评估，为制定支座的养护决策提供科学依据。公路桥梁通常采用带通滤波器方法获得汽车荷载作用下的纵向位移响应。然而，在高速铁路桥梁中，列车作用与环境噪声影响引起的纵向位移频率特性十分相近，普通的带通滤波器方法无法分离出列车作用引起的纵向位移。因此，有必要在全面考虑温度、环境噪声和列车作用等各种因素对支座纵向位移的影响基础上，提出一种用于高速铁路桥梁支座易损性评估的方法，满足高速铁路桥梁支座养护管理的实时性和准确性要求。
发明内容
本发明旨在提供一种用于高速铁路桥梁支座易损性评估的方法，从而提高高速铁路桥梁健康监测技术的实用性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明所述的一种用于高速铁路桥梁支座易损性评估的方法，包括如下步骤：
步骤1：高速铁路桥梁传感器的设置
高速铁路桥梁施工建设时，在各个支座位置安装纵向位移传感器，用以监测各个支座沿主梁纵向的位移D；在主梁跨中位置安装温度传感器，用以监测主梁的温度T。
步骤2：计算消除主梁温度影响的支座纵向位移
a)以10分钟为计算区间，分别计算支座纵向位移D的10-min平均值D10-min和主梁温度T的10-min平均值T10-min；
b)选取高速铁路桥梁施工建成后n天(n为自然数)的监测数据并采用线性回归的方法建立支座纵向位移D10-min和主梁温度T10-min的相关性模型，回归模型参数由最小二乘法计算得到；
c)消除主梁温度对支座纵向位移的影响，选取参考温度为Tr，根据支座纵向位移D10-min和主梁温度T10-min的相关性模型将支座纵向位移原始测试值D归一化至参考温度Tr，得到消除主梁温度影响的支座纵向位移D1。
步骤3：计算列车作用引起的支座纵向位移的累积值
a)选取高速铁路桥梁施工建成后n天(n为自然数)的监测数据，计算支座纵向位移D1的累积位移R1；
b)从支座纵向位移D1的时间序列中提取列车凌晨不通车时段m小时内(m为自然数)的支座纵向位移，计算列车不通车时段内的累积位移R2；
c)计算列车作用引起的支座纵向位移的累积值R3＝R1－R2×24/m。
步骤4：高速铁路桥梁支座易损性评估
a)计算支座易损性指标S＝R3/n；
b)对所有支座计算支座易损性指标S并排序，S最大的支座易损性最大，需要重点养护。
有益效果：针对高速铁路桥梁支座养护管理的实时性和准确性要求，本发明基于支座纵向位移和主梁温度监测数据提出了一种高速铁路桥梁支座易损性评估方法，具有以下有益效果：
(1)本发明所需安装的传感器数量较少，仅需要位移传感器和温度传感器。同时，本发明采用的方法简单易行，方便实际工程的应用。
(2)本发明分两阶段消除温度和环境噪声对支座纵向位移的影响，第一阶段通过建立支座纵向位移和主梁温度的相关性模型消除温度的影响，第二阶段通过计算高速列车凌晨不通车时段的支座纵向位移累积值消除环境噪声的影响，从而准确评估了列车作用引起的累积位移对支座损伤的影响，有效提高了支座易损性评估的精度。
附图说明
附图1为京沪高铁南京大胜关大桥某一支座纵向位移的日变化曲线。
附图2为京沪高铁南京大胜关大桥某一支座纵向位移消除主梁温度影响后的日变化曲线。
附图3为列车不通车时段的支座纵向位移曲线提取示意图。
具体实施方式
下面以京沪高铁南京大胜关大桥为例并结合附图，对本发明的具体实施方案进行进一步的描述：
1)高速铁路桥梁传感器的设置
京沪高铁南京大胜关大桥施工建设时，在各个支座位置安装纵向位移传感器，用以监测各个支座沿主梁纵向的位移D；在大桥主梁跨中位置安装温度传感器，用以监测主梁的温度T。
2)计算消除主梁温度影响的支座纵向位移
a)以10分钟为计算区间，分别计算支座纵向位移D的10-min平均值D10-min和主梁温度T的10-min平均值T10-min。附图1给出了京沪高铁南京大胜关大桥某一支座纵向位移的日变化曲线。
b)选取京沪高铁南京大胜关大桥施工建成后n天(本实施例n取为240)的监测数据并采用线性回归的方法建立支座纵向位移D10-min和主梁温度T10-min的相关性模型，回归模型参数由最小二乘法计算得到。
c)消除主梁温度对支座纵向位移的影响，选取参考温度为Tr(本实施例Tr取20℃)，根据支座纵向位移D10-min和主梁温度T10-min的相关性模型将支座纵向位移原始测试值D归一化至参考温度Tr，得到消除主梁温度影响的支座纵向位移D1。附图2给出了京沪高铁南京大胜关大桥某一支座纵向位移消除主梁温度影响后的日变化曲线。
3)计算列车作用引起的支座纵向位移的累积值
a)选取高速铁路桥梁施工建成后n天(n为自然数)的监测数据，计算支座纵向位移D1的累积位移R1；
b)从支座纵向位移D1的时间序列中提取列车凌晨不通车时段m小时内(本实施例m取为5)的支座纵向位移，计算列车不通车时段内的累积位移R2。附图3给出了列车不通车时段5小时内的支座纵向位移曲线提取示意图。
c)计算列车作用引起的支座纵向位移的累积值R3＝R1－R2×24/m。
4)高速铁路桥梁支座易损性评估
a)计算支座易损性指标S＝R3/n；
b)对所有支座计算支座易损性指标S并排序，S最大的支座易损性最大，需要重点养护。附表1给出了京沪高铁南京大胜关大桥6个支座的易损性指标S，从表中可以看出，2号桥墩下游侧支座易损性最大，1号桥墩下游侧支座易损性最低。
附表1京沪高铁南京大胜关大桥6个支座的易损性指标
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是根据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于高速铁路桥梁支座易损性评估的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：高速铁路桥梁传感器的设置
高速铁路桥梁施工建设时，在各个支座位置安装纵向位移传感器，用以监测各个支座沿主梁纵向的位移D；在主梁跨中位置安装温度传感器，用以监测主梁:温度T；
步骤2：计算消除主梁温度影响的支座纵向位移
a)以10分钟为计算区间，分别计算支座纵向位移D的10-min平均值D10-min和主梁温度T的10-min平均值T10-min；
b)选取高速铁路桥梁施工建成后n天(n为自然数)的监测数据并采用线性回归的方法建立支座纵向位移D10-min和主梁温度T10-min的相关性模型，线性回归相关性模型参数由最小二乘法计算得到；
c)消除主梁温度对支座纵向位移的影响，选取参考温度为Tr，根据支座纵向位移D10-min和主梁温度T10-min的线性回归相关性模型将支座纵向位移原始测试值D归一化至参考温度Tr，得到消除主梁温度影响的支座纵向位移D1；
步骤3：计算列车作用引起的支座纵向位移的累积值
a)选取高速铁路桥梁施工建成后n天(n为自然数)的监测数据，计算支座纵向位移D1的累积位移R1；
b)从支座纵向位移D1的时间序列中提取列车凌晨不通车时段m小时内(m为自然数)的支座纵向位移，计算列车不通车时段内的累积位移R2；
c)计算列车作用引起的支座纵向位移的累积值R3＝R1－R2×24/m；
步骤4：高速铁路桥梁支座易损性评估
a)计算支座易损性指标S＝R3/n；
b)对所有支座计算支座易损性指标S并排序，S最大的支座易损性最大，需要重点养护。
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