CN113884258A - 一种考虑温度对桥梁刚度影响的检验系数修正方法 - Google Patents

一种考虑温度对桥梁刚度影响的检验系数修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种考虑温度对桥梁刚度影响的检验系数修正方法，不仅能提高计算精确度与评价准确度，还能为目标的校验系数进行修正，且可以适应目前桥梁承载能力，并可以消除现场测试温度环境对结构校验系数精度的影响，从而保证桥梁承载力评定结果的可靠度，其解决的技术方案是，包括以下步骤，首先获得混凝土主梁在不同温度下的荷载‑响应关系，然后建立主梁整体温度与主梁刚度的回归关系，得到回归系数，然后根据所述回归系数计算理论参考温度下的主梁刚度，最大加载力时的主梁刚度，最后计算温度修正系数并对桥梁荷载试验的校验系数进行温度修正。

Description

一种考虑温度对桥梁刚度影响的检验系数修正方法
技术领域
本发明涉及一种桥梁承载能力评定技术领域，特别是一种考虑温度对桥梁刚度影响的检验系数修正方法。
背景技术
桥梁是交通基础设施中的重要组成部分，近三十年来，我国桥梁工程建设事业取得了举世瞩目的成就。新建桥梁质量评定和已建桥梁承载能力评定最直接、最有效的方法和手段是桥梁荷载试验，其主要目的是当通过检算分析尚无法明确评定桥梁承载能力时，通过对桥梁施加静力荷载作用，测定桥梁结构在试验荷载作用下的结构响应，并据此确定检算系数重新进行承载能力检算评定或直接判定桥梁承载能力是否满足要求。
对于荷载试验结果的分析，校验系数是其最重要的评价指标之一。通过在数据采集过程中实时计算桥梁挠度校验系数，可以实时评估监测桥梁结构性能；亦可通过挠度校验系数的退化预测钢筋混凝土梁寿命剩余率。但，校验系数的计算受诸多因素的影响，其主要有：设计计算简化、保守，测试仪器的精密度、测试方法的选择、测试人员的经验、现场测试环境等。传统荷载试验评定中校验系数长期以来取值粗略，无法适应目前桥梁承载能力评定。因此，想要真实反映结构实际的承载力，需要一种以提高计算精确度与评价准确度为目标的校验系数修正方法。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供了一种能提高计算精确度与评价准确度为目标的校验系数修正方法，且可以适应幕墙桥梁承载能力，并可以消除现场测试温度环境对结构校验系数精度的影响，从而保证桥梁承载力评定结果的可靠度。
其解决的技术方案是，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一：获得混凝土主梁在不同温度下的荷载-响应关系
（1）荷载试验前传感器读数置零并进行主梁预加载，记录预加载荷载值 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 852811DEST_PATH_IMAGE001
与此荷载下主要测点的实测弹性变位或应变值 QUOTE
Figure 530917DEST_PATH_IMAGE002
Figure 699862DEST_PATH_IMAGE002
，同时测量主梁整体温度QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 412603DEST_PATH_IMAGE003
，随后卸载并建立 QUOTE
Figure 523647DEST_PATH_IMAGE003
Figure 689049DEST_PATH_IMAGE003
时刻的荷载-响应关系：
Figure 520739DEST_PATH_IMAGE004
（2）正式实验时传感器读数置零并进行一级加载，记录一级荷载值 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 963353DEST_PATH_IMAGE005
与此荷载下主要测点的实测弹性变位或应变值 QUOTE
Figure 855085DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，测量主梁整体温度 QUOTE
Figure 773363DEST_PATH_IMAGE008
Figure 877585DEST_PATH_IMAGE008
，并建立 QUOTE
Figure 423973DEST_PATH_IMAGE008
Figure 486607DEST_PATH_IMAGE008
时刻的荷载-响应关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（3）卸载时，当混凝土主梁上剩余荷载为 QUOTE
Figure 626601DEST_PATH_IMAGE005
Figure 941039DEST_PATH_IMAGE005
，记录主要测点的实测弹性变位或应变值 QUOTE
Figure 217300DEST_PATH_IMAGE010
Figure 185256DEST_PATH_IMAGE010
，继续卸载直至荷载为0，测量主梁整体温度 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure 812546DEST_PATH_IMAGE011
并记录主要测点的实测弹性变位或应变值 QUOTE
Figure 648784DEST_PATH_IMAGE012
Figure 45130DEST_PATH_IMAGE012
，建立此时的荷载-响应关系：
Figure 449567DEST_PATH_IMAGE013
步骤二：建立主梁整体温度 QUOTE
Figure 298574DEST_PATH_IMAGE014
Figure 548290DEST_PATH_IMAGE014
与主梁刚度 QUOTE
Figure 674509DEST_PATH_IMAGE015
Figure 249847DEST_PATH_IMAGE015
的回归关系，得到回归系数 QUOTE
Figure 586150DEST_PATH_IMAGE016
Figure 639557DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure 744916DEST_PATH_IMAGE017
主梁整体温度 QUOTE
Figure 615789DEST_PATH_IMAGE014
Figure 173809DEST_PATH_IMAGE014
与主梁刚度 QUOTE
Figure 30907DEST_PATH_IMAGE015
Figure 990772DEST_PATH_IMAGE015
的回归关系亦可为混凝土材料温度 QUOTE
Figure 907913DEST_PATH_IMAGE014
Figure 94175DEST_PATH_IMAGE014
与弹性模量 QUOTE
Figure 754963DEST_PATH_IMAGE018
Figure 569335DEST_PATH_IMAGE018
的关系： QUOTE
Figure 657377DEST_PATH_IMAGE019
Figure 189990DEST_PATH_IMAGE019
，温度-弹性模量关系可利用与混凝土主梁同批次预留的混凝土试块在实验室内测得。
步骤三：根据步骤二所述回归系数 QUOTE
Figure 525242DEST_PATH_IMAGE016
Figure 459700DEST_PATH_IMAGE016
计算理论参考温度 QUOTE
Figure 984223DEST_PATH_IMAGE020
Figure 472973DEST_PATH_IMAGE020
下的主梁刚度 QUOTE
Figure 741143DEST_PATH_IMAGE021
Figure 405474DEST_PATH_IMAGE021
；最大加载力时（温度 QUOTE
Figure 835318DEST_PATH_IMAGE022
Figure 76943DEST_PATH_IMAGE022
）下的主梁刚度 QUOTE
Figure 883225DEST_PATH_IMAGE021
Figure 526696DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 517655DEST_PATH_IMAGE023
Figure 246577DEST_PATH_IMAGE024
步骤四：计算温度修正系数 QUOTE
Figure 590970DEST_PATH_IMAGE025
Figure 354527DEST_PATH_IMAGE025
并对桥梁荷载试验的校验系数 QUOTE
Figure 126174DEST_PATH_IMAGE026
Figure 483337DEST_PATH_IMAGE026
进行温度修正：
Figure 631422DEST_PATH_IMAGE027
式中： QUOTE
Figure 983905DEST_PATH_IMAGE028
Figure 926454DEST_PATH_IMAGE028
与 QUOTE
Figure 629968DEST_PATH_IMAGE029
Figure 706377DEST_PATH_IMAGE029
分别为计算理论参考温度 QUOTE
Figure 178946DEST_PATH_IMAGE020
Figure 557975DEST_PATH_IMAGE020
下和最大加载力时温度 QUOTE
Figure 748785DEST_PATH_IMAGE022
Figure 114038DEST_PATH_IMAGE022
下的混凝土弹性模量； QUOTE
Figure 706694DEST_PATH_IMAGE030
Figure 256624DEST_PATH_IMAGE030
代表试验荷载作用下主要测点的实测弹性变位或应变值； QUOTE
Figure 669151DEST_PATH_IMAGE031
Figure 87363DEST_PATH_IMAGE031
代表试验荷载作用下主要测点的理论计算变位或应变值。
本发明有益效果是：1. 本发明的校验系数修正方法具备严格的理论基础，考虑了温度对混凝土弹性模量或混凝土桥梁结构刚度的影响；
2. 消除了实际荷载试验时结构温度对结构校验系数的影响，提高了静力荷载试验结构校验系数的精度；
3. 保证了实际荷载试验评定结果的准确性；
4. 能有效防止因现场实测温度与理论计算温度不同而导致的评定结果误判。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为本发明考虑实测温度影响的简支箱梁实体模型。
图3为本发明不同温度下主梁各测点的竖向位移。
图4为本发明利用本发明方法修正前后的校验系数。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本发明的具体实施方式做出进一步详细说明。
本发明的校验系数修正方法分“获得混凝土主梁在不同温度下的荷载-响应关系”，“建立主梁整体温度 QUOTE
Figure 268945DEST_PATH_IMAGE014
Figure 989776DEST_PATH_IMAGE014
与主梁刚度 QUOTE
Figure 155179DEST_PATH_IMAGE015
Figure 986868DEST_PATH_IMAGE015
的回归关系，得到回归系数QUOTE
Figure 163903DEST_PATH_IMAGE016
Figure 55636DEST_PATH_IMAGE016
”，“根据步骤三所述回归系数 QUOTE
Figure 177175DEST_PATH_IMAGE016
Figure 812556DEST_PATH_IMAGE016
计算理论参考温度 QUOTE
Figure 234310DEST_PATH_IMAGE020
Figure 421578DEST_PATH_IMAGE020
下的主梁刚度 QUOTE
Figure 295993DEST_PATH_IMAGE021
Figure 469485DEST_PATH_IMAGE021
；最大加载力时（温度 QUOTE
Figure 745746DEST_PATH_IMAGE022
Figure 854647DEST_PATH_IMAGE022
）下的主梁刚度 QUOTE
Figure 950779DEST_PATH_IMAGE021
Figure 927963DEST_PATH_IMAGE021
”，“计算温度修正系数 QUOTE
Figure 324309DEST_PATH_IMAGE025
Figure 728745DEST_PATH_IMAGE025
并对桥梁荷载试验的校验系数 QUOTE
Figure 436807DEST_PATH_IMAGE026
Figure 952102DEST_PATH_IMAGE026
进行温度修正”四步，具体实施方式上文已经给出，接下来结合一个简支的箱梁模型来说明发明的使用方法和特点。
在数值算例中，箱梁的截面及边界条件见图2，梁长30 m，宽2.4 m。考虑混凝土弹性模量受材料温度的影响及其相关关系，将某实桥测量的竖向温度分布作为外部作用，分别在主梁平均温度为10℃，20℃，30℃时在主梁跨中施加荷载。
传感器分别位于主梁跨度的四分之一，二分之一，四分之三处。
主梁平均温度为10℃，20℃，30℃时由荷载引起的主梁四分之一跨，跨中，四分之三跨的位移结果如图3所示。主梁受温度增加的影响而变柔，刚度降低，各测点的竖向位移均随温度增长而线性增加。
10.20.30这三个温度作为选取的代表性温度，其余温度均可。
由各测点竖向位移得到的荷载试验校验系数如图4所示。
结果显示，在没有考虑温度对混凝土弹性模量/主梁刚度影响的情况下，校验系数误差较大，与理论参考温度相差10度的温差作用可引校验系数高达约5%的误差。
而本发明提出的一种考虑温度对桥梁刚度影响的校验系数修正方法可以降低实际试验温度环境对校验系数的影响，降低实际荷载试验中的校验系数误差。
这种校验系数的修正方法为荷载试验评定技术提供了重要技术修正，经本方法修正后，校验系数的相对误差远远不足0.5%。

Claims (3)

1.一种考虑温度对桥梁刚度影响的校验系数修正方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一：获得混凝土主梁在不同温度下的荷载-响应关系
（1）荷载试验前传感器读数置零并进行主梁预加载，记录预加载荷载值
Figure 586515DEST_PATH_IMAGE001
与此荷载下主要测点的实测弹性变位或应变值
Figure 161853DEST_PATH_IMAGE002
，同时测量主梁整体温度
Figure 357211DEST_PATH_IMAGE003
，随后卸载并建立
Figure 676197DEST_PATH_IMAGE003
时刻的荷载-响应关系：
Figure 781556DEST_PATH_IMAGE004
（2）正式实验时传感器读数置零并进行一级加载，记录一级荷载值
Figure 527795DEST_PATH_IMAGE005
与此荷载下主要测点的实测弹性变位或应变值
Figure 226761DEST_PATH_IMAGE006
，测量主梁整体温度
Figure 83858DEST_PATH_IMAGE007
，并建立
Figure 309303DEST_PATH_IMAGE007
时刻的荷载-响应关系：
Figure 226444DEST_PATH_IMAGE008
（3）卸载时，当混凝土主梁上剩余荷载为
Figure 408113DEST_PATH_IMAGE005
，记录主要测点的实测弹性变位或应变值
Figure 68901DEST_PATH_IMAGE009
，继续卸载直至荷载为0，测量主梁整体温度
Figure 148853DEST_PATH_IMAGE010
并记录主要测点的实测弹性变位或应变值
Figure 236894DEST_PATH_IMAGE011
，建立此时的荷载-响应关系：
Figure 644873DEST_PATH_IMAGE012
步骤二：建立主梁整体温度
Figure 109353DEST_PATH_IMAGE013
与主梁刚度
Figure 43811DEST_PATH_IMAGE014
的回归关系，得到回归系数
Figure 302754DEST_PATH_IMAGE015
：
Figure 447296DEST_PATH_IMAGE016
步骤三：根据步骤二所述回归系数
Figure 715466DEST_PATH_IMAGE015
计算理论参考温度
Figure 238851DEST_PATH_IMAGE017
下的主梁刚度
Figure 668696DEST_PATH_IMAGE018
；最大加载力时（温度
Figure 316846DEST_PATH_IMAGE019
）下的主梁刚度
Figure 857549DEST_PATH_IMAGE018
：
Figure 501020DEST_PATH_IMAGE020
Figure 367344DEST_PATH_IMAGE021
步骤四：计算温度修正系数
Figure 96266DEST_PATH_IMAGE022
并对桥梁荷载试验的校验系数
Figure 830873DEST_PATH_IMAGE023
进行温度修正：
Figure 328850DEST_PATH_IMAGE024
式中：
Figure 366076DEST_PATH_IMAGE025
代表试验荷载作用下主要测点的实测弹性变位或应变值；
Figure 582294DEST_PATH_IMAGE026
代表试验荷载作用下主要测点的理论计算变位或应变值。
2.根据权利要求1所述一种考虑温度对桥梁刚度影响的校验系数修正方法，其特征在于，所述主梁整体温度
Figure 605745DEST_PATH_IMAGE013
与主梁刚度
Figure 223808DEST_PATH_IMAGE014
的回归关系亦可为混凝土材料温度
Figure 431935DEST_PATH_IMAGE013
与弹性模量
Figure 135449DEST_PATH_IMAGE027
的关系：
Figure 211859DEST_PATH_IMAGE028
温度-弹性模量关系可利用与混凝土主梁同批次预留的混凝土试块在实验室内测得。
3.根据权利要求1所述一种考虑温度对桥梁刚度影响的校验系数修正方法，其特征在于，所述温度修正系数
Figure 684428DEST_PATH_IMAGE022
亦可表示为：
Figure 63457DEST_PATH_IMAGE029
式中：
Figure 395212DEST_PATH_IMAGE030
与
Figure 885099DEST_PATH_IMAGE031
分别为计算理论参考温度
Figure 477755DEST_PATH_IMAGE032
下和最大加载力时温度
Figure 762106DEST_PATH_IMAGE033
下的混凝土弹性模量。
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