基于動力測試的公路混凝土梁式橋工作性能評定方法研究.pdf

1、目前我國公路橋梁總數已超過65萬座(混凝土梁式橋約占74％),成為世界第一橋梁大國。據不完全統(tǒng)計,國省縣道上的橋梁有42%的橋齡超過10年,有25%的橋齡超過20年。國內公路中小跨徑橋梁病害集中暴露期一般在15～20年,大跨徑橋梁在6～8年。因此,將有越來越多的公路橋梁出現耐久性降低和承載力不足等問題。為了保證公路建設事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,我國公路建設的重點將逐步由建設轉向養(yǎng)護、維修和加固。
　　準確評估橋梁的現有狀態(tài)是維修加固的基礎

2、和依據。目前橋梁評定的手段、方法費時費力,對于橋梁的檢測、維修一般都是在橋梁出現明顯問題之后才進行,不能做到防患于未然,導致維修加固費用較高。汽車沖擊荷載是公路橋梁的主要荷載形式,目前對橋梁的評定主要集中在技術狀況及承載力上,很少涉及橋梁的動力工作性能,導致評價結果不全面。橋梁動力測試工作量小、費用低、試驗時間短,能重現橋梁的真實運營狀態(tài),因此,選擇分布較廣的混凝土梁式橋開展橋梁動力檢測評定技術的研究和實踐,探求基于動力測試的橋梁承載力

3、以及動力工作性能評定方法,可避免傳統(tǒng)方法的缺點,快速、準確評估橋梁的實際工作狀態(tài)。
　　目前橋梁動力試驗的評價體系尚未成熟。本文圍繞如何建立公路混凝土梁式橋動力評定體系這一核心,對所涉及的測試、分析以及評價相關問題進行了研究。主要研究內容及成果概括如下:
　　首先,對橋梁動力特性測試的常規(guī)激振方法進行對比分析,確定了跑車、跳車余振法為公路混凝土梁式橋合理的動力特性測試激振方式;理論分析了自由衰減振動響應的特性,引入 FFT+

4、FT法對余振信號進行動力特性識別;并給出梁橋動力特性測試、識別的具體方法以及實際工程應用,為梁橋的動力特性評價提供基礎。
　　其次,基于 Euler-Bernoulli梁討論了簡支梁在彈性支撐、轉動約束、軸向力作用以及開口裂縫等因素影響下動、靜剛度的變化以及兩者之間的相對差異;并通過鋼筋混凝土小梁試驗對開裂后的結構剛度、阻尼比進行了研究,得到了不同加載等級下動、靜剛度以及阻尼比的發(fā)展規(guī)律。利用有限元方法分析了某3跨連續(xù)梁在考慮彈性

5、支座、軸力以及局部損傷等因素影響下動、靜剛度的變化以及兩者之間的相對差異。通過對橋梁實測數據進行歸類分析,得到了各類梁式橋實測動、靜剛度之間的關系,并通過橋梁靜載試驗撓度校驗系數常值得到了相應的一階豎彎頻率校驗系數范圍,由實測頻率評價結構的承載能力。針對我國公路正常行駛車輛的車距,根據頻率與阻尼比兩個參數,提出了結構耗能快慢評價指標以及相應的評價等級。
　　然后,理論分析了簡支梁在移動車輛(簡化為常量力和簡諧力)作用下的靜、動響應

6、的頻率分布,提出通過頻域低通濾波實現對動響應進行動靜分離的相關方法。通過有限元方法分析了連續(xù)梁橋在移動車輛作用下的靜、動響應的頻率分布,并把簡支梁橋動靜分離的方法推廣到連續(xù)梁橋。結合工程實例介紹了動靜分離方法在計算沖擊系數、提取振幅以及快速評定橋梁正常使用極限狀態(tài)承載能力上的應用。
　　接著,對車-橋耦合振動的分析方法進行了研究,為后續(xù)的計算分析提供手段。通過概率分布的方法,計算公路橋梁標準圖中常規(guī)梁橋具有統(tǒng)計意義的動力響應;通過

7、對計算結果的分析,得到了國內公路橋梁豎向加速度、豎向振幅以及沖擊系數的合理限值,為評定梁橋的動力響應提供依據。
　　最后,根據動力測試的具體內容,確定本研究的評定內容主要針對于結構的適用性,包括正常使用極限狀態(tài)承載能力和動力工作性能。提出了基于動力試驗的具體綜合評定方法,并給出了動力綜合評定流程圖以及工程應用實例。
　　基于以上分析結果,提出了簡單實用的梁式橋動力特性測試、估計方法以及具體的評價方法;提出了動撓度動靜分離的具