CN112051048A - 一种基于移动车辆动力作用的空心板桥铰缝快速评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于移动车辆动力作用的空心板桥铰缝快速评估方法,涉及一种铰缝评估方法。选取一跨空心板桥,对空心板和铰缝依次进行编号,在各空心板跨中位置布置加速度计和位移计;选取一辆三轴车作为加载汽车,加载的速度一致;构建加速度最大差值指标βk和横向分配系数斜率Dk;计算各铰缝在竣工未损伤工况下的β0和D0;计算各铰缝在运营后实测工况下的β1和D1;定义基于加速度响应的铰缝评价系数η和基于位移响应的铰缝评价系数δ,选取二者对应的损伤程度中更为严重的状态等级作为最终铰缝状态评估结果。构建更为准确的铰缝工作状态评估指标,综合评估铰缝状态,检测简便准确、中断交通时间短。
Description
技术领域
本发明涉及一种铰缝评估方法,尤其是一种基于移动车辆动力作用的空心板桥铰缝快速评估方法,属于桥梁铰缝状态评估技术领域。
背景技术
对于装配式空心板结构,铰缝的安全性和耐久性对结构横向力的传递起到重要作用。而铰缝强度会随着铰接缝混凝土的破坏而降低,可能使其强度低于设计值,从而导致装配式空心板无法传递横向力,使结构处于危险状态。
针对当前空心板铰缝状态的评估,各国专家学者通过大量实验研究,给出多种评定方法,主要可分为通过外观检测对铰缝状态评估和进行荷载试验评估两种。外观检测方法主要通过检察人员对铰缝进行人工查看,判断其损伤特征;荷载试验评估方法则是通过对桥梁进行静载试验,定量评定桥梁铰缝工作状态,从而确定铰缝损伤程度。
外观检测法过于依赖检测人员的主观性,且铰缝内部破坏无法观察;荷载试验法需要较长时间中断交通,影响道路通行能力。因此,提出一种更为便捷和高效的铰缝状态评估方法十分必要。
发明内容
为解决背景技术存在的不足,本发明提供一种基于移动车辆动力作用的空心板桥铰缝快速评估方法,它利用加载汽车作为便携的加载方式,构建更为准确的铰缝工作状态评估指标,综合评估铰缝状态,检测简便准确、中断交通时间短。
为实现上述目的,本发明采取下述技术方案:一种基于移动车辆动力作用的空心板桥铰缝快速评估方法,包括以下步骤:
步骤一:选取一跨由n片空心板组成的空心板桥,对空心板和铰缝依次进行编号,在桥梁各空心板跨中位置处布置加速度计和位移计;
步骤二:依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21—2011)规定,选取一辆三轴车作为加载汽车,单车车重需满足0.25-0.3倍试验荷载效率系数,车辆以10-20km/h匀速行驶,并保证多次加载的速度一致;
步骤三:定义各评价指标公式如下:
利用加速度响应频谱差异性构建加速度最大差值指标βk,
βk=max(|a2(f)-a1(f)|
式中,βk表示待检测铰缝的加速度最大差值指标,a2(f)表示车辆行驶方向铰缝左侧空心板跨中在频率f下的加速度值,a1(f)表示车辆行驶方向铰缝右侧空心板跨中在频率f下的加速度值,f表示加速度频谱的频率,
荷载横向分配系数斜率Dk,
式中,Dk表示待检测铰缝相邻两片空心板的荷载横向分配系数斜率,d表示相邻两片主梁中心距,m2表示车辆行驶方向铰缝左侧空心板的荷载横向分配系数,m1表示车辆行驶方向铰缝右侧空心板的荷载横向分配系数,
其中,m1、m2由下式求得:
式中,mk表示试验荷载作用下某一空心板的荷载横向分配系数,l表示试验荷载作用下该空心板的测点挠度,n表示空心板总片数,li表示第i片空心板挠度值;
步骤四:在铰缝竣工未损伤工况下进行结构跑车动力试验,通过步骤三中的指标公式测试各铰缝相邻空心板的动力指标,计算各铰缝在竣工未损伤工况下的加速度最大差值指标β0和荷载横向分配系数斜率D0;
步骤五:在桥梁运营后实测工况下进行结构跑车动力试验,通过步骤三中的指标公式进行各铰缝相邻空心板的动力指标,计算各铰缝在运营后实测工况下的加速度最大差值指标β1和荷载横向分配系数斜率D1;
步骤六:定义基于加速度响应的铰缝评价系数η:
η对应的损伤程度a和状态等级关系为:η≤1.17时a≤10%为良好、1.17<η≤1.33时10%<a≤30%为轻微受损、1.33<η≤1.64时30%<a≤50%为中等受损、1.64<η≤3.58时50%<a≤70%为较为严重受损、η>3.58时a>70%为严重受损,
定义基于位移响应的铰缝评价系数δ:
δ对应的损伤程度b和状态等级关系为:δ≤1.074时b≤10%为良好、1.074<δ≤1.207时10%<b≤30%为轻微受损、1.207<δ≤1.443时30%<b≤50%为中等受损、1.443<δ≤1.975时50%<b≤70%为较为严重受损、δ>1.975时b>70%为严重受损,
通过计算得到的η和δ分别与对应的参考区间进行对比,综合评价两种指标对应的铰缝的状态等级;
步骤七:利用上述得到的η和δ对铰缝进行双指标综合评价后,选取二者对应的损伤程度中更为严重的状态等级作为最终铰缝状态评估结果。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明具有检测过程简便易行、中断交通时间短的特点,可以定量评估铰缝损伤状态,更为便捷和高效,基于加速度的评价系数η和基于位移的评价系数δ综合评估可以提高评估准确性。
附图说明
图1是本发明的基于移动车辆动力作用的空心板桥铰缝快速评估方法的流程图;
图2是实施例中空心板梁桥的主梁横断面示意图;
图3是实施例中标准加载汽车的示意图;
图4是实施例中空心板、铰缝编号及加载汽车实际加载位置示意图;
图5是实施例中位移计的布置示意图;
图6是实施例中竣工未损伤工况下4#和5#空心板加速度及频谱的对比图;
图7是实施例中运营后实测工况下4#和5#空心板加速度及频谱的对比图;
图8是实施例中竣工未损伤和运营后实测两种工况下各空心板荷载横向分配系数变化图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是发明的一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1~图8所示,本发明公开了一种基于移动车辆动力作用的空心板桥铰缝快速评估方法,包括以下步骤:
步骤一:选取一跨由n片空心板组成的空心板桥,对空心板和铰缝依次进行编号,空心板标号为i,i=1、2、…、n,铰缝编号为j,j=1、2、…、n-1,在桥梁各空心板跨中位置处布置加速度计和位移计,位移计布置在空心板底部,加速度计布置在空心板上表面;
步骤二:依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21—2011)规定,选取一辆三轴车作为加载汽车,单车车重需满足0.25-0.3倍试验荷载效率系数,车辆以10-20km/h匀速行驶,并保证多次加载的速度一致;
步骤三:定义各评价指标公式如下:
利用加速度响应频谱差异性构建加速度最大差值指标βk,
βk=max(|a2(f)-a1(f)|
式中,βk表示待检测铰缝的加速度最大差值指标,a2(f)表示车辆行驶方向铰缝左侧空心板跨中在频率f下的加速度值,a1(f)表示车辆行驶方向铰缝右侧空心板跨中在频率f下的加速度值,f表示加速度频谱的频率,
荷载横向分配系数斜率Dk,
式中,Dk表示待检测铰缝相邻两片空心板的荷载横向分配系数斜率,d表示相邻两片主梁中心距,m2表示车辆行驶方向铰缝左侧空心板的荷载横向分配系数,m1表示车辆行驶方向铰缝右侧空心板的荷载横向分配系数,
其中,m1、m2由下式求得:
式中,mk表示试验荷载作用下某一空心板的荷载横向分配系数,l表示试验荷载作用下该空心板的测点挠度,n表示空心板总片数,li表示第i片空心板挠度值;
步骤四:在铰缝竣工未损伤工况下进行结构跑车动力试验,通过步骤三中的指标公式测试各铰缝相邻空心板的动力指标,计算各铰缝在竣工未损伤工况下的加速度最大差值指标β0和荷载横向分配系数斜率D0;
步骤五:在桥梁运营后实测工况下进行结构跑车动力试验,通过步骤三中的指标公式进行各铰缝相邻空心板的动力指标,计算各铰缝在运营后实测工况下的加速度最大差值指标β1和荷载横向分配系数斜率D1;
步骤六:铰缝初步评估诊断,将铰缝竣工未损伤工况下的加速度最大差值指标β0和荷载横向分配系数斜率D0作为参考值与基准值,
定义基于加速度响应的铰缝评价系数η:
经试验与仿真模拟总结给出基于加速度响应的铰缝评价系数η对应的状态等级参考区间:
铰缝不同状态等级对应η值范围
定义基于位移响应的铰缝评价系数δ:
经试验与仿真模拟总结给出基于位移响应的铰缝评价系数δ对应的状态等级参考区间:
铰缝不同状态等级对应δ值范围
通过计算得到的η和δ分别与对应的参考区间进行对比,综合评价两种指标对应的铰缝的状态等级;
步骤七:利用上述得到的η和δ对铰缝进行双指标综合评价后,选取二者对应的损伤程度中更为严重的状态等级作为最终铰缝状态评估结果。
实施例:
参照图1所示的流程图,具体过程如下:
(一)选取实桥并制定试验方案
本实施例选取20m跨径装配式空心板梁桥,主梁共由11片预应力空心板组成,主梁横断面参照图2所示,其中d1=1.49m,d2=1.24m,d3=0.9m。试验中选用1台标准加载汽车,参照图3所示,该标准加载汽车前轴中轴之间轴距3.85m,中轴后轴之间轴距1.35m,前轴重6.88吨,中轴重19.61吨,后轴重19.61吨,总重46.1吨。
对空心板和铰缝依次进行编号(空心板为1#~11#编号,铰缝为1#~10#编号),加载汽车实际加载在3#和4#空心板上,距离桥梁边缘d4=2.9m,空心板、铰缝编号及加载汽车实际加载位置参照图4所示,使用加载汽车以20km/h匀速纵桥向通过桥梁,并通过预先布置的加速度计和位移计,收集得到桥梁各测点处的加速度时程曲线和位移时程曲线,位移计布置在每片空心板底部跨中位置,参照图5所示,加速度计布置在空心板上表面位于位移计的正上方(图中未示出);
(二)进行铰缝竣工未损伤工况桥梁结构跑车动力试验
在竣工时,选取4#铰缝,测试相邻的4#和5#空心板的加速度以及各空心板的位移,依据上述步骤进行各铰缝相邻空心板的动力指标测试,4#和5#空心板加速度及频谱对比参照图6所示,各空心板的荷载横向分配系数参照图8所示,计算各铰缝的加速度最大差值指标β0和横向分配系数斜率D0,将此时的β0=0.002113和D0=0.02677作为基准值;
(三)进行桥梁运营后实测工况桥梁结构跑车动力试验
在运营一段时间后,同样选取4#铰缝,测试相邻的4#和5#空心板的加速度以及各空心板的位移,依据上述步骤进行各铰缝相邻空心板的动力指标测试,4#和5#空心板加速度及频谱对比参照图7所示,各空心板的荷载横向分配系数参照图8所示,计算各铰缝的加速度最大差值指标β1和荷载横向分配系数斜率D1,将此时的β1=0.002753和D1=0.03047作为实验值;
(四)铰缝损伤状态评估
将β0和D0作为基准值,利用获得的β1和D1分别计算得到η和δ,其中,η表示基于加速度响应的铰缝评价系数,δ表示基于位移响应的铰缝评价系数,基于上述评价系数进行初步评估诊断,
计算基于加速度响应的铰缝评价系数η:
属于损伤程度10%<a≤30%的轻微受损状态等级,
计算基于位移响应的铰缝评价系数δ:
属于损伤程度10%<a≤30%的轻微受损状态等级。
利用上述步骤得到的η和δ对铰缝进行综合评价,即现阶段4#铰缝属于轻微受损状态等级。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (1)
1.一种基于移动车辆动力作用的空心板桥铰缝快速评估方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一:选取一跨由n片空心板组成的空心板桥,对空心板和铰缝依次进行编号,在桥梁各空心板跨中位置处布置加速度计和位移计;
步骤二:依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21—2011)规定,选取一辆三轴车作为加载汽车,单车车重需满足0.25-0.3倍试验荷载效率系数,车辆以10-20km/h匀速行驶,并保证多次加载的速度一致;
步骤三:定义各评价指标公式如下:
利用加速度响应频谱差异性构建加速度最大差值指标βk,
βk=max(|a2(f)-a1(f)|
式中,βk表示待检测铰缝的加速度最大差值指标,a2(f)表示车辆行驶方向铰缝左侧空心板跨中在频率f下的加速度值,a1(f)表示车辆行驶方向铰缝右侧空心板跨中在频率f下的加速度值,f表示加速度频谱的频率,
荷载横向分配系数斜率Dk,
式中,Dk表示待检测铰缝相邻两片空心板的荷载横向分配系数斜率,d表示相邻两片主梁中心距,m2表示车辆行驶方向铰缝左侧空心板的荷载横向分配系数,m1表示车辆行驶方向铰缝右侧空心板的荷载横向分配系数,
其中,m1、m2由下式求得:
式中,mk表示试验荷载作用下某一空心板的荷载横向分配系数,l表示试验荷载作用下该空心板的测点挠度,n表示空心板总片数,li表示第i片空心板挠度值;
步骤四:在铰缝竣工未损伤工况下进行结构跑车动力试验,通过步骤三中的指标公式测试各铰缝相邻空心板的动力指标,计算各铰缝在竣工未损伤工况下的加速度最大差值指标β0和荷载横向分配系数斜率D0;
步骤五:在桥梁运营后实测工况下进行结构跑车动力试验,通过步骤三中的指标公式进行各铰缝相邻空心板的动力指标,计算各铰缝在运营后实测工况下的加速度最大差值指标β1和荷载横向分配系数斜率D1;
步骤六:定义基于加速度响应的铰缝评价系数η:
η对应的损伤程度a和状态等级关系为:η≤1.17时a≤10%为良好、1.17<η≤1.33时10%<a≤30%为轻微受损、1.33<η≤1.64时30%<a≤50%为中等受损、1.64<η≤3.58时50%<a≤70%为较为严重受损、η>3.58时a>70%为严重受损,
定义基于位移响应的铰缝评价系数δ:
δ对应的损伤程度b和状态等级关系为:δ≤1.074时b≤10%为良好、1.074<δ≤1.207时10%<b≤30%为轻微受损、1.207<δ≤1.443时30%<b≤50%为中等受损、1.443<δ≤1.975时50%<b≤70%为较为严重受损、δ>1.975时b>70%为严重受损,
通过计算得到的η和δ分别与对应的参考区间进行对比,综合评价两种指标对应的铰缝的状态等级;
步骤七:利用上述得到的η和δ对铰缝进行双指标综合评价后,选取二者对应的损伤程度中更为严重的状态等级作为最终铰缝状态评估结果。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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