CN116861525A - 一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及梁桥损伤识别技术领域，具体涉及一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法，对病害箱梁桥进行外观检查与应变监测，获得裂缝特征参数与各片梁应变响应的一般规律，并对桥梁结构所处弹塑性阶段进行初步判定；其次，计算得到随机车辆激励下的NA，统计分析得到频率分布直方图，取出现次数最高的NA数值作为名义中性轴高度NNA，根据其偏离程度可对结构损伤进行二次判定，之后根据非线性损伤识别指标与数值模拟得出的δ全过程曲线对结构损伤程度进行量化识别，并对结构的剩余承载力进行评价。本发明实现了在不影响桥梁开放运营条件下，获得大量应变响应数据，对预应力简支箱梁病害损伤程度进行有效的量化识别与技术状况评价，识别效率高。

Description

一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法

技术领域

本发明涉及梁桥损伤识别技术领域，具体涉及一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法。

背景技术

随着我国经济的发展和技术水平的提高，交通事业快速发展，箱梁桥的使用范围越来越广，提供了更多的服务。然而，桥梁“老龄化”问题也日益突出，为了保障桥梁结构运营期的可靠性，在不影响桥梁开放运营的情况下，基于短期桥梁检测数据，对结构进行监测、检测及损伤识别是必要的。但是面临诸多挑战，监测系统和检测技术无法对桥梁结构损伤情况进行有效的识别和评价。传感器监测、检测数据挖掘与分析不够深入，对于长期监测积累下来的海量数据挖掘欠缺，造成实测大量数据难以为桥梁安全及损伤评价提供有力支撑；单一的阈值报警模式在实际交通随机荷载、施工扰动及自然因素等的作用下，难以反映结构的真实状况，经常发生误报；传感器实际灵敏度系数及存在温度补偿对测量值存在一定的影响，容易造成误判；识别效率低。基于长期监测数据确定损伤识别指标，周期较长。可见，当前健康监测技术和桥梁检测技术仍然存在较多问题，

因此，需要提供一种新的能快速高效识别损伤、并对损伤程度量化的小箱梁损伤识别指标分析法，为病害桥梁损伤检测提供理论指导方法。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提出一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法，基于平截面假定理论，对病害小箱梁桥进行短时应变监测试验，并提出了适用于该群体的指标体系与分析流程，构造名义中性轴NNA和非线性程度δ识别评价指标。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种箱梁损伤评估方法，在计算中性轴的基础上提出名义中性轴高度NNA，同时建立一个能快速高效识别损伤、并对损伤程度量化的小箱梁损伤识别指标δ，利用非线性有限元模拟对桥梁受力全过程进行分析，完善指标δ从结构完好到破坏的发展规律。

具体的技术方案包括以下几个方面：

第一方面，一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法，所述方法包括以下步骤：

首先，当截面应变分布基本符合平截面假定时，可利用在车辆激励引起的应变监测数据计算该截面的中性轴位置，称为NA，如附图1所示。

下一步，由两个不同高度的应变测点，应变分布可唯一确定进而通过公式确定NA。同时可利用其他测点的数据对基于平截面假定的应变分布规律进行验证，并分析结构当前状态下应变分布的非线性程度。式中，h为测点最大间距，h′为底部应变测点距离截面底部的距离，h为相邻测点之间的距离。根据选择测点的不同，NA的推导公式不同。

测点不同侧，

测点同侧，

下一步，为保证结构性能评估的准确性、稳定性和有效性，取NA出现频率最高的数值作为名义中性轴高度NNA，计算流程图如附图2所示，表示结构当前状态下的实际中性轴高度。

第二方面，基于NNA指标和截面测点底部测点应变推导符合平截面假定的沿梁高的应变分布，将其余测点的实测值与推导值进行对比，利用应变非线性程度进一步判断截面的损伤程度。基于应变检测数据提出应变比损伤识别指标，定义桥梁损伤程度指标：

下一步，设置应变为x轴、截面高度为y轴，则由NNA坐标(x₀,y₀)和底部测点坐标(x₅,y₅)两点可确定一个线性方程，如附图3所示。

下一步，利用应变监测数据，基于平截面假定提出量化损伤程度识别指标，定义识别指标δ。

式中，ε_real是靠近顶板处1#测点对应的短时应变监测数据的活载应变幅统计均值，为实测值；ε_der是根据NNA指标、5#测点应变幅均值拟合出来的数值，为理论推导值。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法，使用名义中性轴高度和基于平截面假定的非线性程度指标，能对预应力简支箱梁病害损伤程度进行有效的量化识别与技术状况评价；

2、该梁桥损伤评估方法可获得开放交通条件下的大量应变响应数据，不影响桥梁开放运营；

3、该梁桥损伤评估方法可基于短期监测数据建立病害箱梁损伤识别指标，识别效率高。

附图说明

图1为基于截面应变分布计算中性轴高度；

图2为NNA计算流程图；

图3为线性拟合与实测值图；

图4为本发明病害组合箱梁损伤识别与剩余承载力评价流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本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。

首先，通过对病害箱梁进行短时应变监测试验，得到由车辆荷载引起的响应应变，分析各监测截面在车辆荷载激励下的一般响应规律，同时并由加固前后应变幅值差异评价临时支撑加固效果。

进一步的，通过将裂缝特征参数与弹性阶段、带裂缝工作阶段及塑性阶段参数区间对照，可对桥梁结构所处弹塑性阶段进行初步判定。

进一步的，建立小跨径预应力小箱梁的有限元模型，对该模型加载-破坏全过程进行了分析，完善识别评价指标、箱梁剩余承载力的一般发展规律曲线。

进一步的，提取损伤未加固状态时结构的监测数据，利用小波分析提取静态响应，获得与激励车辆相对应的峰值以计算中性轴并进行频率分布统计，以分布频率最高的中性轴位置作为反映结构实际状态的名义中性轴高度。

进一步的，基于名义中性轴高度与底部钢筋测点应变及高度信息推导沿截面高的应变分布，分析其余测点数据与应变分布的偏离程度，通过量化指标得到该桥的损伤程度。

本发明的工作原理和工作过程如下：利用开放交通随机车流荷载作用下的短时应变响应数据计算名义中性轴高度指标的方法。基于平截面假定理论、小波分析与信号处理理论以及寻峰函数对获取的原始数据进行处理，得到各车辆激励下产生的活载应变幅，依据测点位置与应变幅计算监测截面中性轴的位置，并对中性轴位置数据进行频率分布统计分析与正态性检验，取分布频率最高的中性轴高度作为名义中性轴高度，代表结构当前的实际状态。最后基于名义中性轴高度与底部测点应变推导应变沿截面高的理论线性分布函数，与实测值进行对比得到量化结构损伤程度的识别指标，并利用数值模拟加载全过程试验得出的损伤指标变化曲线，对结构损伤程度进行量化识别，并根据数值模拟中的剩余承载力发展规律对结构的剩余承载力进行评价。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：首先，需对病害箱梁桥进行外观检查与应变监测，由此得到结构开裂情况与原始应变响应数据，处理分析获得裂缝特征参数与各片梁应变响应的一般规律。通过将裂缝特征参数与弹性阶段、带裂缝工作阶段及塑性阶段参数区间对照，可对桥梁结构所处弹塑性阶段进行初步判定。

步骤2：对原始应变数据进行分离、提取静态响应，拾取活载应变幅并计算得到随机车辆激励下的中性轴高度NA。对监测时间段内的NA进行统计分析得到频率分布直方图，并进行正态性检验，取出现频率最高的NA数值作为名义中性轴高度NNA，根据其偏离程度可对结构损伤进行二次判定。

步骤3：根据提出的非线性损伤识别指标与数值模拟得出的δ全过程曲线对结构损伤程度进行量化识别，并根据数值模拟中的剩余承载力发展规律对结构的剩余承载力进行评价。

2.根据权利要求1所述的一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法，其特征在于，所述名义中性轴位置指标NNA基于平截面假定、小波分析与信号处理等理论提出，代表结构当前的实际状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法，其特征在于，所述非线性损伤识别指标δ利用短时应变监测试验数据，并基于平截面假定提出。

4.根据权利要求3所述的一种基于非断行交通流下的梁桥损伤评估方法，其特征在于，所述非线性损伤识别指标δ由式计算。