專利名稱：一種橋梁承載能力快速荷載試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁建筑領(lǐng)域，具體涉及種橋梁承載能力快速荷載試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
目前我國的橋梁承載能力評定方法主要分為結(jié)構(gòu)檢算法和常規(guī)荷載試驗(yàn)方法兩種 結(jié)構(gòu)檢算法是依據(jù)對橋梁結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件進(jìn)行檢測的結(jié)果，進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算系數(shù)、截面折 減系數(shù)等一系列系數(shù)的合理取值，然后依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙或者竣工資料進(jìn)行有限元分析進(jìn)而評
定橋梁承載能力的一種方法；
荷載試驗(yàn)法是通過直接在橋梁結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加載的一項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)研究，通過實(shí)橋加載試 驗(yàn)了解橋梁的整體受力性能，評估橋梁承載能力的一種方法。
以上兩種方法盡管被廣泛應(yīng)用，但是每個(gè)方法均存在其固有的局限性，對于結(jié)構(gòu)檢算 法而言，首先，由于承載能力檢算系數(shù)是依據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果進(jìn)行人為判斷，受主觀影響較 大，其次，由于初始橋梁有限元模型一般不考慮橋面鋪裝、人行道和護(hù)欄對結(jié)構(gòu)剛度的影 響，因此結(jié)構(gòu)檢算法一般很難準(zhǔn)確的模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)，這難免會給評估工作帶來一定誤差。 對于荷載試驗(yàn)而言，盡管能較準(zhǔn)確的評估橋梁的承載能力，但這種試驗(yàn)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、 費(fèi)用昂貴，且應(yīng)用于舊橋承載力評估時(shí)可能會對其正常交通造成長時(shí)間干擾，加之由于實(shí) 測荷載作用響應(yīng)為單點(diǎn)數(shù)據(jù)，信息量少，很難判斷和確保實(shí)測數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。因 此，研究一種快速而準(zhǔn)確的評估方法是目前的當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對目前橋梁結(jié)構(gòu)承載能力評定方法中，結(jié)構(gòu)檢算法受人為因素影響較 大，而荷載試驗(yàn)法則對交通干擾較大的缺陷，提出一種快速、準(zhǔn)確的橋梁承載能力評定方 法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種橋梁承載能力快速荷載試驗(yàn)方法，該方法包括以 下步驟
(1) 進(jìn)行橋梁現(xiàn)場準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)；
(2) 建立初始有限元分析模型；
(3) 進(jìn)行應(yīng)變時(shí)程曲線的采集；
(4) 根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)實(shí)測得到的控制測點(diǎn)應(yīng)變影響線對模型進(jìn)行校準(zhǔn)；
(5) 分別在校準(zhǔn)前后模型上按荷載試驗(yàn)要求進(jìn)行布載，計(jì)算得到控制測點(diǎn)撓度值f修正前和f修正后；
(6) 定義V =1.1X f修正后/f修雄，通過效率系數(shù);7'得到結(jié)構(gòu)的檢算系數(shù)4，通過4 對結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算。
本發(fā)明的有益效果在于
(1) 與結(jié)構(gòu)檢算法相比，準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)通過對實(shí)際橋梁進(jìn)行加載，根據(jù)實(shí)測結(jié)構(gòu)響 應(yīng)數(shù)據(jù)，通過遺傳算法對有限元模型進(jìn)行參數(shù)修正，使得有限元模型能夠逼近實(shí)際結(jié)構(gòu)， 和結(jié)構(gòu)檢算法相比，避免了結(jié)構(gòu)檢算系數(shù)選取中的人為因素影響，該方法是根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu) 響應(yīng)的一種線形外推，在結(jié)構(gòu)彈性工作狀態(tài)下，具有較高的精度，因此使用性較大。
(2) 與常規(guī)荷載試驗(yàn)方法相比，準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)是診斷性荷載試驗(yàn)， 一般采用1 2 輛車在橋面上緩慢移動同時(shí)記錄各測點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)程曲線，故加載量一般較輕，因此一般不
需要進(jìn)行分級加載，同時(shí)，整個(gè)加載過程也是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)的過程，因此大大提高了整個(gè)試 驗(yàn)的時(shí)間，對交通的干擾大大降低，由于封閉交通的時(shí)間大大降低，因此不僅將帶來極大 的經(jīng)濟(jì)效益，以滬寧高速公路為例，高速公路一天的收費(fèi)額為1000萬左右，如果對高速 上橋梁進(jìn)行常規(guī)的荷載試驗(yàn)，則需要中斷交通8小時(shí)左右，所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)損失大約為 333萬元，即使是半幅封閉，每天收費(fèi)也將有160萬元的損失，這還不考慮由于許多車輛 被迫繞行所增加的路程成本、時(shí)間成本等間接經(jīng)濟(jì)損失和由此帶來的巨大社會成本。而如 果對高速上的橋梁進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)則僅需要封閉交通1 2小時(shí)，那么直接經(jīng)濟(jì)損失 約為傳統(tǒng)荷載試驗(yàn)所帶來的損失的1/8 1/4，而且這樣封閉交通所引起的附加損失將會大 大降低。


圖1是運(yùn)用本發(fā)明的橋梁評估流程示意圖
圖2是本發(fā)明快速荷載試驗(yàn)的流程圖
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的截面布置圖
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的測點(diǎn)布置圖
圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的實(shí)測的應(yīng)變時(shí)程曲線
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例做進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1
如圖3所示，某跨徑組合為58. 96 m +100 m +76. 96m的三跨連續(xù)梁橋，采用三跨預(yù)應(yīng) 力混凝土變截面單箱單室連續(xù)箱梁，箱梁高度從跨中為2.97m，至距主墩中心2m處按二 次拋物線變化為5.77m。
如圖1所示為整個(gè)橋梁評估流程，本發(fā)明橋梁承載能力快速荷載試驗(yàn)方法運(yùn)用于橋梁評估流程中，可在常規(guī)荷載試驗(yàn)步驟前進(jìn)行。
如圖2所示，橋梁承載能力快速荷載試驗(yàn)評估方法采用如下步驟-
(1) 進(jìn)行橋梁現(xiàn)場準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)步驟
準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)采用兩輛20噸載重車并行緩速在不同車道上通過該橋，不同車道組合作為不同工況，共計(jì)2個(gè)工況；以美國橋梁診斷公司最新開發(fā)的BDI橋梁結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)
的自動測距裝置完成車輛位置記錄，每隔4米為一個(gè)記錄點(diǎn)，每兩點(diǎn)間的速度被認(rèn)為勻速;
以BDI系統(tǒng)自帶的應(yīng)變傳感器記錄應(yīng)變時(shí)程，測點(diǎn)選取主橋中跨跨中位置作為控制斷面，底板等距布置4個(gè)測點(diǎn)，為了了解截面中性軸的變化情況，在底板向上15cm、上翼緣板向下15cm高的腹板位置各對稱布置兩個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，具體測點(diǎn)l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8布置如下圖4所示。
(2) 有限元模型建立步驟
采用Ansys參數(shù)化語言進(jìn)行整個(gè)模型的建立，主橋采用梁單元來模擬，為了加載方便，
設(shè)置虛擬梁進(jìn)行主梁移動荷載的加載，支座的轉(zhuǎn)動剛度通過建立彈簧單元來模擬。
(3) 進(jìn)行應(yīng)變時(shí)程曲線的采集步驟；
(4) 根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)實(shí)測得到的控制測點(diǎn)應(yīng)變影響線對模型進(jìn)行校準(zhǔn)步驟通過參數(shù)敏感性分析，最終選定以梁的抗彎剛度(EI)、支座轉(zhuǎn)動剛度(Kr)和截面中和
軸高度y作為主要修正參數(shù)變量。根據(jù)施工期塊段的劃分把跨中懸臂段劃分為15個(gè)塊段，兩邊現(xiàn)澆段劃分為9個(gè)塊段，每個(gè)塊段把EI綜合一起考慮，包括四個(gè)支座的轉(zhuǎn)動剛度，全橋共分為28個(gè)優(yōu)化參數(shù)。實(shí)測的應(yīng)變時(shí)程曲線如圖5所示。
以橋梁結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)下的結(jié)構(gòu)應(yīng)變相應(yīng)作為約束條件和目標(biāo)函數(shù)，將有限元計(jì)算得到的控制斷面的應(yīng)變響應(yīng)與實(shí)際測試的應(yīng)變相對誤差平方和作為目標(biāo)函數(shù)，采用加
速遺傳算法對上述參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
(5) 分別在校準(zhǔn)前后模型上按荷載試驗(yàn)要求進(jìn)行布載，計(jì)算得到控制測點(diǎn)撓度值f修E
前和f 修正后o
(6)利用修正后的模型進(jìn)行橋梁狀態(tài)評估步驟
利用修正后的模型模擬常規(guī)荷載試驗(yàn)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載計(jì)算，利用公式
//=1."/^^5/>41^計(jì)算效率系數(shù)，查《公路舊橋承載能力鑒定方法》(試行)或《公路
橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(報(bào)批稿)中結(jié)構(gòu)的檢算系數(shù)Z2計(jì)算表單，得到修正后的結(jié)構(gòu)的檢算系數(shù)Z2'。下面可以利用現(xiàn)行常規(guī)荷載試驗(yàn)的評定方法再進(jìn)行承載能力評定。
權(quán)利要求
1、一種橋梁承載能力快速荷載試驗(yàn)方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)進(jìn)行橋梁準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)；(2)建立初始有限元分析模型；(3)進(jìn)行應(yīng)變時(shí)程曲線的采集；(4)根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)實(shí)測得到的控制測點(diǎn)應(yīng)變影響線對模型進(jìn)行校準(zhǔn)；(5)分別在校準(zhǔn)前后模型上按荷載試驗(yàn)要求進(jìn)行布載，計(jì)算得到控制測點(diǎn)撓度值f修正前和f修正后；(6)定義η’＝1. 1×f修正后/f修正前，通過效率系數(shù)η′得到結(jié)構(gòu)的檢算系數(shù)Z2，通過Z2對結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述步驟(2)中采用ansys參數(shù)化語言 進(jìn)行整個(gè)模型的建立，主橋采用梁單元來模擬，設(shè)置虛擬梁進(jìn)行主梁移動荷載的加載，支 座的轉(zhuǎn)動剛度通過建立彈簧單元來模擬。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述步驟(4)中進(jìn)一步包括下列步驟(41) 通過參數(shù)敏感性分析，選定主要修正參數(shù)變量；(42) 根據(jù)施工期塊段的劃分把橋粱分成若干段塊，并把每個(gè)塊段的修正參數(shù)變量綜 合考慮，獲得全橋的優(yōu)化參數(shù)；(43) 以橋梁結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)下的結(jié)構(gòu)應(yīng)變相應(yīng)作為約束條件和目標(biāo)函數(shù)，將 有限元計(jì)算得到的控制斷面的應(yīng)變響應(yīng)與實(shí)際測試的應(yīng)變相對誤差平方和作為目標(biāo)函數(shù)， 采用加速遺傳算法對上述參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述步驟(41)中的主要修正參數(shù)變量包 括梁的抗彎剛度、支座轉(zhuǎn)動剛度和截面中和軸高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種橋梁承載能力快速荷載試驗(yàn)方法，目的是提出一種快速、準(zhǔn)確的橋梁承載能力評定方法，該方法包括以下步驟進(jìn)行橋梁準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)；建立初始有限元分析模型；根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)實(shí)測得到的控制測點(diǎn)應(yīng)變影響線對模型進(jìn)行校準(zhǔn)；分別在校準(zhǔn)前后模型上按荷載試驗(yàn)要求進(jìn)行布載，計(jì)算得到控制測點(diǎn)撓度值f_修正前和f_修正后；定義η’＝1.1×f_修正后/f_修正前，通過效率系數(shù)η′得到結(jié)構(gòu)的檢算系數(shù)Z₂，通過Z₂對結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算。
文檔編號G01M99/00GK101532917SQ20091003076
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者張宇峰, 劍 徐, 徐文平, 段鴻杰, 馬志國 申請人:江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司