CN115876412A - 基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法，包括以下步骤：（1）测点布置：在梁纵向跨中处布置测点；（2）有限元模拟：采用有限元软件Midas Civil模拟装配式梁桥无损状态、在中梁正上方加载工况下，提取各测点应变时程曲线数据，并求出测点的无损状态应变米；（3）加载标准；（4）实测数据：在加载标准下，实测获取测点的应变时程曲线数据，并绘制各测点应变时程曲线，然后求出实测过程中测点的实测状态应变米；（5）健康评估：将实测应变米与无损状态应变米做对比；（6）损坏程度评估。本发明的方法对数据信息利用率高；且无需封闭交通，测点布置少，操作简便快捷，经济性好；可广泛适用于桥梁荷载试验、健康监控等技术领域。

Description

基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法

技术领域

本发明属于桥梁试验检测、健康监控技术领域，具体涉及了一种基于应变米(με.m)的装配式梁桥健康状态评估方法。

背景技术

随着我国桥梁总量的增长，桥梁结构在我国交通设施的占比越来越重，桥梁的安全运营直接影响着国家的财产安全和人民的生命安全，甚至是社会的稳定。桥梁在建成通车后的使用过程中，由于受到周边气候、环境、以及人为因素的影响，结构材料会被磨损消耗逐步老化，桥梁长期承受动载作用和静载作用，常常会使其在不同部位出现一些不同程度的损伤老化，这些损伤老化都会使桥梁的刚度和强度随着使用时间的增长日益降低。这不仅会降低桥梁的使用时长寿命，如果我们对桥梁的健康状况不能进行及时的评估把控，也将会影响行车安全，危机行人的生命安全。

装配式梁桥在我国桥梁结构形式中占比超过90％，是目前使用最为普遍的结构形式。目前在桥梁检测领域常用的桥梁健康评估方法主要是：外观检测法和荷载试验法。外观检测法是检测人员借助常规检查工具，对桥梁当前的基本健康状态做直观描述和技术状况等级评定。该方法存在的缺陷在于：需要检测人员上桥对桥梁各结构进行逐一排查，检测工作耗时长，且病害检测结果主要靠检测人员主观判断，导致该方法主观性强。荷载试验法是针对外观检测中发现的存在较严重病害技术状况等级低的桥梁，利用动静力信息对其做进一步健康评估。该方法实施过程是在封闭交通的桥面，以桥梁最不利荷载位置处截面为控制截面，布置应变测点及位移测点。然后采用加载车逐级加载的方式在控制截面处加静载，提取各控制截面处静应变及静位移；接下来采集行车试验及制动试验下，各控制截面处动应变及动挠度；最后利用采集的动静力信息综合分析对桥梁健康状况做整体评估。该方法的缺陷在于：需要长时间封闭交通，耗时耗力，过程繁琐，经济性差；荷载试验法对数据信息利用率低，也会导致存在数据测点布置种类及个数繁多的缺点。因此，在桥梁试验检测、健康监控领域，急需一种经济性好、过程简便快捷，布点少的装配式梁桥(包含但不仅限于T梁桥和小箱梁桥)健康评估方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于应变米(με.m)的装配式梁桥健康状态评估方法。该方法经济性好、过程简便快捷、检测布点少，可以实现装配式梁桥健康状况的快速简便评估。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法，包括以下步骤：

(1)测点布置：

假定装配式梁桥有n片主梁(n为非零的自然数)，将装配式梁桥的每片主梁由外边梁至内边梁依次命名为：A梁、B梁、…、n梁；在A梁、B梁、…、n梁纵向最大正弯矩处布置共n个测点，分别命名为：A、B、…、n梁。

(2)有限元模拟：

采用有限元软件MidasCivil模拟装配式梁桥无损状态，当n为偶数时在(n+1)×0.5梁正上方加载工况下，或当n为奇数时在(n±1)×0.5梁正上方加载工况下提取各测点应变时程曲线数据，并求出所述n个测点的无损状态应变米，分别为SA₀、SB₀、…、Sn₀。

(3)加载标准：

当n为偶数时在(n+1)×0.5梁正上方或当n为奇数时在(n±1)×0.5梁正上方加载车以5Km/h的车速匀速通过；加载车辆总重为550kN,前轴30kN，中轴重2×120kN，后轴重2×140kN。

(4)实测数据：

在步骤(3)加载标准下，实测获取所述n个测点的应变时程曲线数据，并绘制各测点应变时程曲线，然后求出实测过程中所述n个测点的实测状态应变米，分别为：SA₁、SB₁、…、Sn₁。

(5)健康评估：将A梁、B梁、…、n梁的实测应变米与该梁的无损状态应变米做对比：

①若实测应变米＜无损状态应变米，则该梁发生损坏；

②若实测应变米＝无损状态应变米，则该梁发生未损坏；

(6)损坏程度评估：

依据公式

来评估梁体损坏程度，若η越大，则表示该梁损坏越严重；

式中：S₀——加载作用下某测点的无损状态应变米；S₁——加载作用下某测点的实测状态应变米。

本发明进一步说明，所述应变米为拟动载作用下测点应变时程曲线包络面积，并且采用字母S表示。

本发明进一步说明，所述步骤(2)和步骤(4)中的应变时程曲线数据均为剔除各测点前5％时程及后5％时程的应变时程曲线数据。由于加载车辆在上桥过程和离开桥面过程会受到振动影响，所以在有限元模拟过程中和实测过程中需要剔除各测点前5％时程及后5％时程的应变时程曲线数据，只保留各测点中间90％时程的应变时程曲线数据来绘制各测点应变时程曲线，进而确保测量数据的准确性。

本发明进一步说明，在步骤(2)中所述有限元软件MidasCivil模拟的在加载梁及其加载工况与步骤(3)的加载标准相同。

本发明进一步说明，所述装配式梁桥包括但不限于T梁桥和小箱梁桥。

本发明的优点：

1.本发明的方法新颖独特创新性好，对数据信息利用率高；且无需封闭交通，测点布置少，操作简便快捷，经济性好；可广泛适用于桥梁荷载试验、健康监控等技术领域。

2.本发明提出应变米(με.m)这一全新概念，并将其用字母S替代，应变米(με.m)S为拟动载作用下，测点应变时程曲线包络面积。

3.本发明通过拟动载作用(根据加载标准选择合适车重及车辆数的三轴车，以5Km/h车速并列匀速通过中梁正上方)下，在装配式梁桥中梁、外边梁、内边梁各自纵向跨中位置，分别布置测点，提取各测点应变数据并绘制应变时程曲线，求出各测点的实测应变米(με.m)S₁；进而利用各测点实测应变米(με.m)S₁与有限元模拟桥梁完好状态下各测点应变米(με.m)S₀进行对比分析，以此达到对桥梁健康状态进行评估的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例的应变测点布置示意图。

图2为本发明一实施例中各梁在无损状态下各测点应变时程曲线样图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例：

一种基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法，包括以下步骤：

(1)测点布置：

假定装配式梁桥有5片主梁，将装配式梁桥的每片主梁由外边梁至内边梁依次命名为：A梁、B梁、C梁、D梁、E梁；在A梁、B梁、C梁、D梁、E梁纵向跨中处布置共5个测点，分别命名为：A、B、C、D、E；

(2)有限元模拟：

采用有限元软件MidasCivil模拟装配式梁桥无损状态、在C梁(中梁)正上方加载工况下，提取各测点应变时程曲线数据，并求出所述5个测点的无损状态应变米，分别为SA₀、SB₀、SC₀、SD₀、SE₀；

(3)加载标准：

加载车以5Km/h的车速匀速通过装配式梁桥的C梁正上方桥面，加载车辆总重为550kN，前轴30kN，中轴重2×120kN，后轴重2×140kN。

(4)实测数据：

在步骤(3)加载标准下，实测获取所述5个测点的应变时程曲线数据，并绘制各测点应变时程曲线，然后求出实测过程中所述5个测点的实测状态应变米，分别为：SA₁、SB₁、SC₁、SD₁、SE₁；

(5)健康评估：将A梁、B梁、C梁、D梁、E梁的实测应变米与该梁的无损状态应变米做对比：

①若实测应变米＜无损状态应变米，则该梁发生损坏；

②若实测应变米＝无损状态应变米，则该梁发生未损坏；

(6)损坏程度评估：

依据公式

来评估梁体损坏程度，若η越大，则表示该梁损坏越严重；

式中：S₀——加载作用下某测点的无损状态应变米；S₁——加载作用下某测点的实测状态应变米。

进一步说明，所述应变米为拟动载作用下测点应变时程曲线包络面积，并且采用字母S表示。

进一步说明，所述步骤(2)和步骤(4)中的应变时程曲线数据均为剔除各测点前5％时程及后5％时程的应变时程曲线数据。由于加载车辆在上桥过程和离开桥面过程会受到振动影响，所以在有限元模拟过程中和实测过程中需要剔除各测点前5％时程及后5％时程的应变时程曲线数据，只保留各测点中间90％时程的应变时程曲线数据来绘制各测点应变时程曲线，进而确保测量数据的准确性。

进一步说明，在步骤(2)中所述有限元软件MidasCivil模拟的在C梁正上方加载工况与步骤(3)的加载标准相同。

进一步说明，所述装配式梁桥包括但不限于T梁桥和小箱梁桥。

应用实例1：

某一跨径40m装配式简支T梁桥，如图1所示，在A梁、B梁、C梁、D梁、E梁纵向跨中处布置共5个测点，分别命名为：A、B、C、D、E。

有限元软件MidasCivil模拟其无损状态、在中梁(C梁)正上方加载工况下，提取各测点中间90％时程的应变时程曲线数据来绘制各测点应变时程曲线如图2所示组合，求得5个测点应变米(με.m)分别为：SA₀＝40、SB₀＝35、SC₀＝30、SD₀＝35、SE₀＝40。

依据本发明实施步骤中加载车辆选取标准公式，求得本实施例实测加载方式为：两辆重量为550KN的三轴车，并列以5Km/h的车速匀速通过中梁(C梁)正上方桥面。

实测过程中剔除各测点前5％时程及后5％时程的应变时程曲线数据，保留各测点中间90％时程的应变时程曲线数据来绘制各测点应变时程曲线；并求出实测过程所述5个测点应变米(με.m)分别为：SA₁＝38、SB₁＝32、SC₁＝27、SD₁＝33、SE₁＝40。健康评估：结果如表1所示：

表1

梁号	实测(με.m)S<sub>1</sub>	无损(με.m)S<sub>0</sub>	健康评估结果
				A梁	38	40	A梁发生损坏
B梁	32	35	B梁发生损坏
				C梁	27	30	C梁发生损坏
D梁	33	35	D梁发生损坏
				E梁	40	40	E梁未发生损坏

应用实例2：

应用实例1中的跨径40m装配式简支T梁桥，在继续使用一段时间后，仍按照本发明所述方法对该桥进行第二次检测，所得5个测点实测应变米(με.m)分别为：SA₂＝38、SB₂＝30、SC₂＝24、SD₂＝33、SE₂＝40。依据公式

求得，两次检测各测点的η分别为：A梁：η₁＝5％、η₂＝5％；B梁：η₁＝8.6％、η₂＝14.3％；C梁：η₁＝10％、η₂＝20％；D梁：η₁＝5.7％、η₂＝5.7％；E梁：η₁＝0％、η₂＝0％。损坏程度评估，结果如表2所示：

表2

梁号	η<sub>1</sub>	η<sub>2</sub>	损坏程度评估结果
				A梁	5％	5％	A梁第二次检测损坏程度与第一次相同
B梁	8.6％	14.3％	B梁第二次检测损坏程度比第一次大
				C梁	10％	20％	C梁第二次检测损坏程度比第一次大
D梁	5.7％	5.7％	D梁第二次检测损坏程度与第一次相同
				E梁	0％	0％	E梁两次检测均未发生损坏

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)测点布置：

假定装配式梁桥有n片主梁(n为非零的自然数)，将装配式梁桥的每片主梁由外边梁至内边梁依次命名为：A梁、B梁、…、n梁；在A梁、B梁、…、n梁纵向最大正弯矩处布置共n个测点，分别命名为：A、B、…、n梁；

(2)有限元模拟：

采用有限元软件Midas Civil模拟装配式梁桥无损状态，当n为偶数时在(n+1)×0.5梁正上方加载工况下，或当n为奇数时在(n±1)×0.5梁正上方加载工况下提取各测点应变时程曲线数据，并求出所述n个测点的无损状态应变米，分别为SA₀、SB₀、…、Sn₀；

(3)加载标准：

当n为偶数时在(n+1)×0.5梁正上方或当n为奇数时在(n±1)×0.5梁正上方加载车以5Km/h的车速匀速通过；加载车辆总重为550kN，前轴30kN，中轴重2×120kN，后轴重2×140kN；

(4)实测数据：

在步骤(3)加载标准下，实测获取所述n个测点的应变时程曲线数据，并绘制各测点应变时程曲线，然后求出实测过程中所述n个测点的实测状态应变米，分别为：SA₁、SB₁、…、Sn₁；

(5)健康评估：

将A梁、B梁、…、n梁的实测应变米与该梁的无损状态应变米做对比：

①若实测应变米＜无损状态应变米，则该梁发生损坏；

②若实测应变米＝无损状态应变米，则该梁发生未损坏；

(6)损坏程度评估：

依据公式

来评估梁体损坏程度，若η越大，则表示该梁损坏越严重；

式中：S₀——加载作用下某测点的无损状态应变米；S₁——加载作用下某测点的实测状态应变米。

2.根据权利要求1所述的基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法，其特征在于，所述应变米为拟动载作用下测点应变时程曲线包络面积，并且采用字母S表示。

3.根据权利要求1所述的基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(4)中的应变时程曲线数据均为剔除各测点前5％时程及后5％时程的应变时程曲线数据。

4.根据权利要求1所述的基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法，其特征在于，在步骤(2)中所述有限元软件Midas Civil模拟的加载梁及其工况与步骤(3)的加载标准相同。

5.根据权利要求1所述的基于应变米的装配式梁桥健康状态评估方法，其特征在于，所述装配式梁桥包括但不限于T梁桥和小箱梁桥。

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