CN111611697B - 采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法及装置 - Google Patents

采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法及装置 Download PDF

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CN111611697B CN202010403349.5A CN202010403349A CN111611697B CN 111611697 B CN111611697 B CN 111611697B CN 202010403349 A CN202010403349 A CN 202010403349A CN 111611697 B CN111611697 B CN 111611697B
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Abstract

本发明公开了采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法及装置，其中，该方法在运营列车荷载相同、不出现异常运营荷载的情况下，选取预设数量的基准桥墩，可通过采集基准桥墩上各车次竖向振幅及桥墩基础的动刚度；根据采集的基准桥墩竖向振幅获得各车次竖向振幅的最大值，对最大竖向振幅进行归一化处理，推算该类型桥墩基础竖向振幅和基础竖向动刚度的关系；该方法操作方便、速度快，实现利用部分的数据来获取同类型桥跨的关系，再用这种关系推算到其他桥墩，能大面积开展桥墩基础竖向刚度状态评估工作，为目前长期运营的桥墩基础的状态评估提供了一个简洁、通用、有效、合理的方法。

Description

采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法及装置
技术领域
本发明涉及桥梁结构质量评估技术领域，具体涉及采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法及装置。
背景技术
目前运营的铁路桥墩基础竖向工作状况评价方法较少，常用的方法是采用桥墩基础沉降状况观测方法，或者观察桥墩基础竖向振幅形状的方法。桥墩基础沉降观测是一种长期观测方法，但是该方法的评估是被动评估，只有基础出现问题时才能发现基础的状态的变化，同时费时费力，并不能解决基础具体刚度状态如何的问题。桥墩竖向振幅形状的评估主要是评估振幅偏离基线位置是否明显，是否出现偏振现象，这种方法主要反映的是基础是否出现局部冲刷引起的刚度不对称现象，但不能分析基础的整体刚度状态。采用重物堆载来评估运营桥墩基础状况更是不具有实际价值。
铁路是国家的交通大动脉，而铁路桥梁又是众多铁路线路里面的关键结构。目前国内铁路线路众多，桥墩数量更是数以亿计，由于早期施工质量控制、水流冲刷、大量地下矿道、地下结构施工、地下水位的变化等造成运营桥墩基础状态存在刚度不足出现的沉降问题，日益影响铁路线的运营安全。如何在不影响线路正常运营的情况下评估运营桥墩基础的现有刚度状况，继而采取相应的措施来确保桥墩基础安全运营，是一个急需解决的问题，对于长期运营货车、运煤专线来说，更是一个重要的技术难题。
发明内容
本发明是针对上述难以对桥墩基础的整体刚度进行评估的问题，提供一种至少部分或全部解决上述技术问题的采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法及装置。
为实现上述目的，第一方面，本发明采取的技术方案是：采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法，包括如下步骤：
对同一条运营线路同一标准桥跨桥墩进行统计，选取预设数量的桥墩作为基准桥墩；
收集所述基准桥墩的物理力学参数；所述物理力学参数包括：桥墩混凝土弹性模量E、桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L；
对所述基准桥墩基础的竖向动刚度进行测试，作为其刚度的代表值Kd；
获取所述基准桥墩墩顶竖向振幅时域图；所述时域图为在预设时长内运营车次经过基准桥墩所采集的振幅数据，或所述时域图为同一类型列车经过基准桥墩预设次数所采集的振幅数据；
分析所述时域图中每个车次的最大竖向振幅，统计每个基准桥墩的所有车次的竖向振幅最大值Az；
根据所述桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L，将所述竖向振幅最大值Az进行归一化处理；
根据墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，建立实测桥墩基础竖向动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式；
根据所述同一条运营线路同一标准桥跨的其他桥墩的物理力学参数，以及实测竖向振幅，利用所述换算公式，分析获得所述其他桥墩的基础竖向动刚度状态。
在一个实施例中，将所述竖向振幅最大值Az进行归一化处理，包括：
将所述竖向振幅最大值Az乘以对应所述桥墩墩身有效截面面积A，再除以桥墩墩身高度L，作为归一化的墩顶竖向振幅。
在一个实施例中，所述墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，包括：
S701、将桥墩、基础体系简化为二自由度系统，构建基础运动方程：
Figure BDA0002490335040000021
(1)式中，m1为桩体上部结构质量；m2为桩体基础质量；υ1(t)为桩体上部结构位移；υ2(t)为桩体基础位移；f(t)为动力荷载；c1为桩体上部结构阻尼比、c2为桩体基础阻尼比；k1为桩体上部结构弹簧刚度；k2为桩体基础弹簧刚度；
Figure BDA0002490335040000022
分别为桩体上部结构振动速度、桩体基础振动速度；
Figure BDA0002490335040000023
分别为桩体上部振动加速度、桩体基础振动加速度；
S702、将动力荷载和响应参数换成复数形式表示，所述响应参数为υ1(t)、υ2(t)；
Figure BDA0002490335040000024
Figure BDA0002490335040000025
(2)、(3)式中，F为冲击力值；
Figure BDA0002490335040000026
为激振荷载圆频率；i为复数中虚数单位；t为时间；U1、U2分别为桩体上部结构位移、桩体基础位移；
S703、对式(3)进行求导得：
Figure BDA0002490335040000031
Figure BDA0002490335040000032
S704、将式(2)～(5)代入式(1)，并公式两侧约去
Figure BDA0002490335040000033
得：
Figure BDA0002490335040000034
展开得：
Figure BDA0002490335040000035
S705、忽略所述桩体上部结构阻尼比c1、桩体基础阻尼比c2，所述式(7)转化为：
Figure BDA0002490335040000036
S706、当冲击频率较小趋近于0时，式(8)简化为：
Figure BDA0002490335040000037
S707、根据所述式(9)，获得墩顶竖向振幅与桥墩上部结构、桥墩基础的综合刚度系数(1/k1+1/k2)相关。
在一个实施例中，建立实测桥墩基础动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向刚度状态的换算公式，包括：
建立墩顶竖向振幅与桥墩基础刚度系数关系图；其中，X轴为综合刚度系数：(1+1.5*EA/L/Kd)，Y轴为归一化的墩顶竖向振幅：Az*A/L；
根据所述关系图中出现的近似线性相关性，获得实测墩顶竖向振幅与桥墩基础竖向刚度状态的换算公式。
第二方面，本发明实施例还提供采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的装置，包括：
选取模块，用于对同一条运营线路同一标准桥跨桥墩进行统计，选取预设数量的桥墩作为基准桥墩；
收集模块，用于收集所述基准桥墩的物理力学参数；所述物理力学参数包括：桥墩混凝土弹性模量E、桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L；
测试模块，用于对所述基准桥墩基础的竖向动刚度进行测试，作为其刚度的代表值Kd；
获取模块，用于获取所述基准桥墩墩顶竖向振幅时域图；所述时域图为在预设时长内运营车次经过基准桥墩所采集的振幅数据，或所述时域图为同一类型列车经过基准桥墩预设次数所采集的振幅数据；
统计模块，用于分析所述时域图中每个车次的最大竖向振幅，统计每个基准桥墩的所有车次的竖向振幅最大值Az；
归一化模块，用于根据所述桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L，将所述竖向振幅最大值Az进行归一化处理；
获得模块，用于根据墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，建立实测桥墩基础竖向动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式；
分析模块，用于根据所述同一条运营线路同一标准桥跨的其他桥墩的物理力学参数，以及实测竖向振幅，利用所述换算公式，分析获得所述其他桥墩的基础竖向动刚度状态。
在一个实施例中，所述归一化模块，具体用于将所述竖向振幅最大值Az乘以对应所述桥墩墩身有效截面面积A，再除以桥墩墩身高度L，作为归一化的墩顶竖向振幅。
在一个实施例中，所述获得模块中，墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，由如下步骤获得：
S701、将桥墩、基础体系简化为二自由度系统，构建基础运动方程：
Figure BDA0002490335040000041
(1)式中，m1为桩体上部结构质量；m2为桩体基础质量；υ1(t)为桩体上部结构位移；υ2(t)为桩体基础位移；f(t)为动力荷载；c1为桩体上部结构阻尼比、c2为桩体基础阻尼比；k1为桩体上部结构弹簧刚度；k2为桩体基础弹簧刚度；
Figure BDA0002490335040000042
分别为桩体上部结构振动速度、桩体基础振动速度；
Figure BDA0002490335040000043
分别为桩体上部振动加速度、桩体基础振动加速度；
S702、将动力荷载和响应参数换成复数形式表示，所述响应参数为υ1(t)、υ2(t)；
Figure BDA0002490335040000051
Figure BDA0002490335040000052
(2)、(3)式中，F为冲击力值；
Figure BDA0002490335040000053
为激振荷载圆频率；i为复数中虚数单位；t为时间；U1、U2分别为桩体上部结构位移、桩体基础位移；
S703、对式(3)进行求导得：
Figure BDA0002490335040000054
Figure BDA0002490335040000055
S704、将式(2)～(5)代入式(1)，并公式两侧约去
Figure BDA0002490335040000056
得：
Figure BDA0002490335040000057
展开得：
Figure BDA0002490335040000058
S705、忽略所述桩体上部结构阻尼比c1、桩体基础阻尼比c2，所述式(7)转化为：
Figure BDA0002490335040000059
S706、当冲击频率较小趋近于0时，式(8)简化为：
Figure BDA00024903350400000510
S707、根据所述式(9)，获得墩顶竖向振幅与桥墩上部结构、桥墩基础的综合刚度系数(1/k1+1/k2)相关。
在一个实施例中，所述获得模块中，包括：
建立单元，用于建立墩顶竖向振幅与桥墩基础刚度系数关系图；其中，X轴为综合刚度系数：(1+1.5*EA/L/Kd)，Y轴为归一化的墩顶竖向振幅：Az*A/L；
获得单元，用于根据所述关系图中出现的近似线性相关性，获得实测墩顶竖向振幅与桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式。
本发明优点在于：本发明提供的采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法，该方法在运营列车荷载相同、不出现异常运营荷载的情况下，选取预设数量的基准桥墩，可通过采集基准桥墩上各车次竖向振幅及桥墩基础的动刚度；根据采集的基准桥墩竖向振幅获得各车次竖向振幅的最大值，对最大竖向振幅进行归一化处理，推算该类型桥墩基础竖向振幅和基础竖向动刚度的关系；该方法操作方便、速度快，利用部分的数据来获取同类型桥跨的关系，再用这种关系推算到其他桥墩，实现大面积开展桥墩基础竖向动刚度状态评估工作，对于车型单一、车辆运载状况稳定的运煤专用线或其他专用线使用起来更方便；为目前长期运营的桥墩基础的状态评估提供了一个简洁、通用、有效、合理的方法。
另一方面该方法在不影响线路正常运营的情况下，获得同一条运营线路同一标准桥跨桥墩基础竖向动刚度的状况，效率高、准确性高，继而指导采取相应的措施来确保桥墩基础安全运营。
附图说明
图1为本发明实施例提供的采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的动力荷载作用下二自由度系统桥墩运动简化模型示意图；
图3为本发明实施例提供的墩顶竖向振幅与桥墩基础刚度系数关系图；
图4为本发明实施例提供的采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的装置框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1所示，本发明提供的采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法，包括如下步骤：
S100、对同一条运营线路同一标准桥跨桥墩进行统计，选取预设数量的桥墩作为基准桥墩；
S200、收集基准桥墩的物理力学参数；物理力学参数包括：桥墩混凝土弹性模量E、桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L；
S300、对基准桥墩基础的竖向动刚度进行测试，作为其刚度的代表值Kd；
S400、获取基准桥墩墩顶竖向振幅时域图；时域图为在预设时长内运营车次经过基准桥墩所采集的振幅数据，或所述时域图为同一类型列车经过基准桥墩预设次数所采集的振幅数据；
S500、分析时域图中每个车次的最大竖向振幅，统计每个基准桥墩的所有车次的竖向振幅最大值Az；
S600、根据桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L，将竖向振幅最大值Az进行归一化处理；
S700、根据墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，建立实测桥墩基础竖向动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式；
S800、根据同一条运营线路同一标准桥跨的其他桥墩的物理力学参数，以及实测竖向振幅，利用换算公式，分析获得其他桥墩的基础竖向动刚度状态。
在本实施例中，步骤S100中的同一标准桥跨的跨度可以为24m、32m、48m、64m；其中选取的基准桥墩的预设数量，可根据整条线路同一桥跨桥墩的总数，选取适当数量作为基准桥墩；比如以某线路4000个32mT梁为例，可以选择20个或选择25、30和40均可，在此不对预设数量做任何限定，而且要求选择桥位环境较好的基准桥墩进行数据的测量，比如，基础深埋较浅、基础不在水中的桥墩。
步骤S200中，物理力学参数包括基准桥墩的几何参数和力学参数，其中，几何参数为桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L；力学参数为桥墩混凝土弹性模量E。
步骤S400-500中，时域图为在预设时长内运营车次经过基准桥墩所采集的振幅数据，预设时长可大于等于3天，比如选取3天内每个基准桥墩上的所有图形无异常的车次中的竖向振幅的最大值Az。
另外，时域图也可以为相同类型列出经过基准桥墩预设次数所采集的振幅数据，其中预设次数可大于等于20，比如选取每个基准桥墩上20个车次(以货运为主或以客运为主)中所有图形无异常车次中的竖向振幅的最大值，其中，竖向振幅通过941-B或891-2型拾振器可以测得，为保证振幅测量的准确性，一般将941-B或891-2型拾振器放置于墩顶的中心位置。
在本实施例中，在运营列车荷载相同、不出现异常运营荷载的情况下，可通过采集基准桥墩上各车次竖向振幅及桥墩基础的动刚度；根据采集的桥墩竖向振幅获得各车次竖向振幅的最大值，对最大竖向振幅进行归一化处理，根据墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础竖向动刚度的相关性，推算该类型桥墩基础竖向振幅和基础竖向动刚度的关系，然后可以推算出其他的桥墩的基础竖向动刚度，进而获得整体的刚度状态。该方法操作方便、速度快，利用部分的数据来获取同类型桥跨的关系，再用此关系推算到其他桥墩，实现大面积开展桥墩基础的竖向动刚度状态评估工作，对于车型单一、车辆运载状况稳定的运煤专用线或其他专用线使用起来更方便；为目前长期运营的桥墩基础的状态评估提供了一个简洁、通用、有效、合理的方法
在一个实施例中，上述步骤S600中，对竖向振幅最大值Az进行归一化处理，包括：
将竖向振幅最大值Az乘以对应桥墩墩身有效截面面积A，再除以桥墩墩身高度L，作为归一化的墩顶竖向振幅；即：用Az*A/L作为归一化的墩顶竖向振幅。
在一个实施例中，上述步骤S700中，墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，由如下过程获得：
桥墩基础竖向振幅是一个随机变量，它受车辆轴重大小、速度、车辆状态、线路状况、桥墩基础刚度、阻尼等因素影响，其中最直接相关的因素还是外荷载及桥墩基础的刚度状况。
为了定性分析墩顶竖向振幅与基础刚度的关系，分析桥墩基础刚度对墩顶竖向振幅的影响，将桥墩、基础体系简化为二自由度系统，参照图2所示，
构建基础运动方程：
Figure BDA0002490335040000081
(1)式中，m1为桩体上部结构质量；m2为桩体基础质量；υ1(t)为桩体上部结构位移；v2(t)为桩体基础位移；f(t)为动力荷载；c1为桩体上部结构阻尼比、c2为桩体基础阻尼比；k1为桩体上部结构弹簧刚度；k2为桩体基础弹簧刚度；
Figure BDA0002490335040000082
分别为桩体上部结构振动速度、桩体基础振动速度；
Figure BDA0002490335040000083
分别为桩体上部振动加速度、桩体基础振动加速度；
将动力荷载和响应参数换成复数形式表示，响应参数为υ1(t)、υ2(t)；
Figure BDA0002490335040000084
Figure BDA0002490335040000091
(2)、(3)式中，F为冲击力值；
Figure BDA0002490335040000092
为激振荷载圆频率；i为复数中虚数单位；t为时间；U1、U2分别为桩体上部结构位移、桩体基础位移；
对式(3)进行求导得：
Figure BDA0002490335040000093
Figure BDA0002490335040000094
将式(2)～(5)代入式(1)，并公式两侧约去
Figure BDA0002490335040000095
得：
Figure BDA0002490335040000096
展开得：
Figure BDA0002490335040000097
c1、c2量级很小(阻尼比一般在0.1以下)，可忽略桩体上部结构阻尼比c1、桩体基础阻尼比c2不计，式(7)转化为：
Figure BDA0002490335040000098
当冲击频率较小趋近于0时，式(8)进一步简化为：
Figure BDA0002490335040000099
也就是说在以上简化分析情况下，根据式(9)，获得墩顶竖向振幅与桥墩上部结构、桥墩基础的综合刚度系数(1/k1+1/k2)相关。
本实施例中，步骤S700中，建立实测桥墩基础竖向动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式，包括：
建立墩顶竖向振幅与桥墩基础竖向动刚度系数关系图，可参照图3所示；其中，横轴(X轴)为综合刚度系数：(1+1.5*EA/L/Kd)，竖轴(Y轴)为归一化的墩顶竖向振幅：(Az*A/L)；
其中，A为桥墩墩身有效截面面积，L为桥墩墩身高度，E为桥墩混凝土弹性模量；由图3可见，两者近似呈现线性相关性，其相关系数R为0.84。根据以上数据，可以得出利用竖向振幅间接换算基础动刚度的公式：Y＝0.0054X-0.0013。
最后，可根据同一线路其他同一标准桥跨桥墩的力学、几何参数，以及实测竖向振幅，利用上述的换算公式，可以获取其他桥墩竖向刚度状态。
本发明实施例提供的采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法，评估目的明确，测试流程标准，有充分的理论依据，操作方便、速度快，能大面积开展桥墩基础的刚度状态评估工作，为目前长期运营的桥墩基础的状态评估提供了一个简洁、通用、有效、合理的方法。
实施例：
铁路上目前运营的线路中双线32mT梁最多，其结构构造基本相近，这种类型的结构，在同样运营列车作用下，墩顶的竖向荷载基本一致(铁路桥梁中32m桥跨占很大比例，几十万孔，相同跨度的桥梁其梁体上部活荷载产生的冲击力基本一致)，所以本实施例以国内某运煤专线进行了实际方法的应用及测试，选择铁路桥梁中32m桥跨为例，采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础竖向动刚度的方法步骤如下；
步骤1、对现场进行调研，选取60个桥位环境较好(比如，基础埋深浅、基础不在水中)可以进行基础竖向动刚度检测及墩顶振幅测试的双线32m梁对应的桥墩，上述桥墩包括了3种类型基础分别为：桩基础、扩大基础、沉井基础，每种基础选取20个桥墩(见下述表格1、2)，选取的桥墩涵盖了桥梁常用基础类型；
步骤2、收集每种基础的基准桥墩的物理力学参数；
步骤3、对每个基准桥墩基础竖向动刚度进行测试，作为其刚度的代表值Kd；
步骤4、测试运营列车下桥墩墩顶中心的竖向振幅，并统计其最大值Az，现场试验时每个桥墩测试运营列车20次，测试万吨大列满载通过车次不少于10次。表1给出了实测桥墩墩顶中心竖向振幅统计结果与基础竖向动刚度测试结果。
步骤5、根据桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L，将竖向振幅最大值Az进行归一化处理；表2给出了对竖向振幅进行归一化处理后对应主要物理力学参数统计结果。
步骤6、为了反映竖向振幅与综合刚度系数的这种关系，建立了竖向振幅与桥墩基础竖向动刚度的关系图，其中横轴(X轴)为综合刚度系数(1+1.5*EA/L/Kd)，竖轴(Y轴)为归一化的墩顶竖向振幅(Az*A/L)，其中A为桥墩换算面积，L为桥墩换算高度，E为混凝土弹性模量；
比如，可参照图3所示，建立了竖向振幅与桥墩基础竖向动刚度近似呈现线性相关性图，其相关系数R为0.84，这与理论分析情况相符；根据以上数据，可以得出利用竖向振幅间接换算基础竖向动刚度的公式：Y＝0.0054X-0.0013，该公式目前适用在所选取的铁路线双线32m桥墩基础评估上。
表1 桥墩竖向振幅统计值与基础竖向动刚度的关系
Figure BDA0002490335040000111
Figure BDA0002490335040000121
表2 桥墩竖向振幅统计值与桥墩、基础竖向动刚度关系统计
Figure BDA0002490335040000122
Figure BDA0002490335040000131
Figure BDA0002490335040000141
该实施例中通过在同一条铁路线上利用少量32m跨度线路的实测样本，获取物理力学参数、竖向振幅、桥墩基础竖向动刚度等数据，经计算分析得到桥墩基础竖向动刚度的换算公式，进一步利用竖向振幅实测结果来大批量分析其余32m桥跨桥墩基础的整体竖向动刚度；对于车型单一、车辆运载状况稳定的运煤专用线或其他专用线使用起来更方便；本发明中对于运营荷载清晰的其他线路均可以进行测试，分类推广，对于其他线路相同跨径如40m梁、24m梁对应桥跨均可以采用类似方法进行评估。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)该方法在运营列车荷载相同、不出现异常运营荷载的情况下，选取预设数量的桥墩，可通过采集基准桥墩上各车次竖向振幅及桥墩基础的动刚度；根据采集的桥墩竖向振幅获得各车次竖向振幅的最大值，对最大竖向振幅进行归一化处理，推算该类型桥墩基础竖向振幅和基础竖向动刚度的关系；再用这种关系推算到其他桥墩，能大面积开展桥墩基础竖向动刚度状态评估工作，对于车型单一、车辆运载状况稳定的运煤专用线或其他专用线使用起来更方便；为目前长期运营的桥墩基础的状态评估提供了一个简洁、通用、有效、合理的方法；
(2)该方法可以及时对获得桥墩基础竖向动刚度的状况；在不影响线路正常运营的情况下，可获得桥墩基础竖向动刚度的状况，效率高、准确性高；根据获得桥墩基础竖向动刚度的状况，继而指导采取相应的措施来确保桥墩基础安全运营。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的装置，由于该装置所解决问题的原理与前述方法相似，因此该装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。
参照图4所示，本发明实施例提供采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的装置，包括：
选取模块，用于对同一条运营线路同一标准桥跨桥墩进行统计，选取预设数量的桥墩作为基准桥墩；
收集模块，用于收集基准桥墩的物理力学参数；物理力学参数包括：桥墩混凝土弹性模量E、桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L；
测试模块，用于对基准桥墩基础的竖向动刚度进行测试，作为其刚度的代表值Kd；
获取模块，用于获取基准桥墩墩顶竖向振幅时域图；时域图为在预设时长内运营车次经过基准桥墩所采集的振幅数据，或所述时域图为同一类型列车经过基准桥墩预设次数所采集的振幅数据；
统计模块，用于分析时域图中每个车次的最大竖向振幅，统计每个基准桥墩的所有车次的竖向振幅最大值Az；
归一化模块，用于根据桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L，将竖向振幅最大值Az进行归一化处理；
获得模块，用于根据墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，建立实测桥墩基础竖向动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式；
分析模块，用于根据同一条运营线路同一标准桥跨的其他桥墩的物理力学参数，以及实测竖向振幅，利用换算公式，分析获得其他桥墩的基础竖向动刚度状态。
进一步地，归一化模块，具体用于将竖向振幅最大值Az乘以对应桥墩墩身有效截面面积A，再除以桥墩墩身高度L；作为归一化的墩顶竖向振幅。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
对同一条运营线路同一标准桥跨桥墩进行统计，选取预设数量的桥墩作为基准桥墩；
收集所述基准桥墩的物理力学参数；所述物理力学参数包括：桥墩混凝土弹性模量E、桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L；
对所述基准桥墩基础的竖向动刚度进行测试，作为其刚度的代表值Kd；
获取所述基准桥墩墩顶竖向振幅时域图；所述时域图为在预设时长内运营车次经过基准桥墩所采集的振幅数据，或所述时域图为同一类型列车经过基准桥墩预设次数所采集的振幅数据；
分析所述时域图中每个车次的最大竖向振幅，统计每个基准桥墩的所有车次的竖向振幅最大值Az；
根据所述桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L，将所述竖向振幅最大值Az进行归一化处理；
根据墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，建立实测桥墩基础竖向动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式；
根据所述同一条运营线路同一标准桥跨的其他桥墩的物理力学参数，以及实测竖向振幅，利用所述换算公式，分析获得所述其他桥墩基础竖向动刚度状态；
其中，所述墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，包括：
S701、将桥墩的基础体系简化为二自由度系统，构建基础运动方程：
Figure FDA0004146869650000011
(1)式中，m1为桩体上部结构质量；m2为桩体基础质量；υ1(t)为桩体上部结构位移；υ2(t)为桩体基础位移；f(t)为动力荷载；c1为桩体上部结构阻尼比、c2为桩体基础阻尼比；k1为桩体上部结构弹簧刚度；k2为桩体基础弹簧刚度；
Figure FDA0004146869650000012
分别为桩体上部结构振动速度、桩体基础振动速度；
Figure FDA0004146869650000013
分别为桩体上部振动加速度、桩体基础振动加速度；
S702、将动力荷载和响应参数换成复数形式表示，所述响应参数为υ1(t)、υ2(t)；
Figure FDA0004146869650000014
Figure FDA0004146869650000015
                    
Figure FDA0004146869650000021
(2)、(3)式中，F为冲击力值；
Figure FDA0004146869650000022
为激振荷载圆频率；i为复数中虚数单位；t为时间；U1、U2分别为桩体上部结构位移、桩体基础位移；
S703、对式(3)进行求导得：
Figure FDA0004146869650000023
Figure FDA0004146869650000024
S704、将式(2)～(5)代入式(1)，并公式两侧约去
Figure FDA0004146869650000025
得：
Figure FDA0004146869650000026
展开得：
Figure FDA0004146869650000027
S705、忽略所述桩体上部结构阻尼比c1、桩体基础阻尼比c2，所述式(7)转化为：
Figure FDA0004146869650000028
S706、当冲击频率趋近于0时，式(8)简化为：
Figure FDA0004146869650000029
S707、根据所述式(9)，获得墩顶竖向振幅与桥墩上部结构、桥墩基础的综合刚度系数1/k1+1/k2相关。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述竖向振幅最大值Az进行归一化处理，包括：
将所述竖向振幅最大值Az乘以对应所述桥墩墩身有效截面面积A，再除以桥墩墩身高度L，作为归一化的墩顶竖向振幅。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立实测桥墩基础竖向动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式，包括：
建立墩顶竖向振幅与桥墩基础竖向动刚度系数关系图；其中，X轴为综合刚度系数：(1+1.5*EA/L/Kd)，Y轴为归一化的墩顶竖向振幅：Az*A/L；
根据所述关系图中出现的近似线性相关性，获得实测墩顶竖向振幅与桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式。
4.采用实测墩顶竖向振幅分析桥墩基础动刚度的装置，其特征在于，包括：
选取模块，用于对同一条运营线路同一标准桥跨桥墩进行统计，选取预设数量的桥墩作为基准桥墩；
收集模块，用于收集所述基准桥墩的物理力学参数；所述物理力学参数包括：桥墩混凝土弹性模量E、桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L；
测试模块，用于对所述基准桥墩基础的竖向动刚度进行测试，作为其刚度的代表值Kd；
获取模块，用于获取所述基准桥墩墩顶竖向振幅时域图；所述时域图为在预设时长内运营车次经过基准桥墩所采集的振幅数据，或所述时域图为同一类型列车经过基准桥墩预设次数所采集的振幅数据；
统计模块，用于分析所述时域图中每个车次的最大竖向振幅，统计每个基准桥墩的所有车次的竖向振幅最大值Az；
归一化模块，用于根据所述桥墩墩身有效截面面积A和桥墩墩身高度L，将所述竖向振幅最大值Az进行归一化处理；
获得模块，用于根据墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，建立实测桥墩基础竖向动刚度Kd与归一化处理后的墩顶竖向振幅之间的统计关系，获得利用实测墩顶竖向振幅推导桥墩基础竖向动刚度状态的换算公式；其中：所述墩顶竖向振幅与桥墩上部结构刚度、桥墩基础刚度的相关性，包括：
构建子模块，将桥墩的基础体系简化为二自由度系统，构建基础运动方程：
Figure FDA0004146869650000031
(1)式中，m1为桩体上部结构质量；m2为桩体基础质量；υ1(t)为桩体上部结构位移；υ2(t)为桩体基础位移；f(t)为动力荷载；c1为桩体上部结构阻尼比、c2为桩体基础阻尼比；k1为桩体上部结构弹簧刚度；k2为桩体基础弹簧刚度；
Figure FDA0004146869650000032
分别为桩体上部结构振动速度、桩体基础振动速度；
Figure FDA0004146869650000033
分别为桩体上部振动加速度、桩体基础振动加速度；
第一计算子模块，将动力荷载和响应参数换成复数形式表示，所述响应参数为υ1(t)、υ2(t)；
Figure FDA0004146869650000041
Figure FDA0004146869650000042
(2)、(3)式中，F为冲击力值；
Figure FDA0004146869650000043
为激振荷载圆频率；i为复数中虚数单位；t为时间；U1、U2分别为桩体上部结构位移、桩体基础位移；
第二计算子模块，对式(3)进行求导得：
Figure FDA0004146869650000044
Figure FDA0004146869650000045
第三计算子模块，将式(2)～(5)代入式(1)，并公式两侧约去
Figure FDA0004146869650000046
得：
Figure FDA0004146869650000047
展开得：
Figure FDA0004146869650000048
第四计算子模块，忽略所述桩体上部结构阻尼比c1、桩体基础阻尼比c2，所述式(7)转化为：
Figure FDA0004146869650000049
第五计算子模块，当冲击频率趋近于0时，式(8)简化为：
Figure FDA00041468696500000410
获得子模块，根据所述式(9)，获得墩顶竖向振幅与桥墩上部结构、桥墩基础的综合刚度系数1/k1+1/k2相关；
分析模块，用于根据所述同一条运营线路同一标准桥跨的其他桥墩的物理力学参数，以及实测竖向振幅，利用所述换算公式，分析获得所述其他桥墩的基础竖向动刚度状态。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述归一化模块，具体用于将所述竖向振幅最大值Az乘以对应所述桥墩墩身有效截面面积A，再除以桥墩墩身高度L；作为归一化的墩顶竖向振幅。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112726685B (zh) * 2020-12-25 2022-04-22 华南理工大学 既有结构系统桩基承载力检测及耐久性评估方法
CN113240548B (zh) * 2021-05-08 2024-02-02 煤炭科学研究总院有限公司 区域划分方法及装置
CN113392450B (zh) * 2021-06-07 2023-04-07 国能朔黄铁路发展有限责任公司 铁路桥墩健康状态评估方法、设备及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104655385A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 中国铁路总公司 一种铁路桥梁下部结构健康状态定量评价方法
CN110470447A (zh) * 2019-08-22 2019-11-19 北京新桥技术发展有限公司 一种公路柱式桥墩服役状态快速评估方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201035416A (en) * 2009-03-26 2010-10-01 Accuracy Structural Technology Corp Method for evaluating bridge safety with vibration measurement

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104655385A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 中国铁路总公司 一种铁路桥梁下部结构健康状态定量评价方法
CN110470447A (zh) * 2019-08-22 2019-11-19 北京新桥技术发展有限公司 一种公路柱式桥墩服役状态快速评估方法

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