CN103048102A - 一种梁式桥的状态评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种梁式桥的状态评估方法，该方法包括如下步骤，第一步，在待测梁式桥上安装FBG传感器；第二步，在待测梁式桥上进行准静态荷载试验，得到控制点挠度值；第三步，将第二步得到的控制点挠度值与有限元计算模型得出的控制点挠度值进行比较，得出梁式桥校验系数h；第四步，根据第三步计算的梁式桥校验系数h判断桥梁结构工作状况。本发明的评估方法，简便实用，用轻荷载代替重荷载，降低试验费用；减少交通中断时间，用拟静力荷载或动荷载代替静荷载；能够直接由准静态荷载试验结果得到荷载试验结果的解析算法，从而大大降低准静态荷载试验数据的后期分析难度，用快速的荷载试验方法，替代传统的荷载试验方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种评估桥梁状态的方法。
背景技术
既有桥梁的结构损伤检测和状态评估问题由于受桥梁设计荷载等级、施工方法与质量、材料性能好坏及结构完好状况等众多因素影响，一般难以对桥梁结构状态进行定量分析，而要精确定出桥梁承载力，则更为困难。目前传统方法主要是以外观调查、检算评定并辅以荷载试验来进行。桥梁外观检查和检算虽能快速检评桥梁结构状态，但由于受主观因素影响，精度较差；荷载试验精度虽高但费时费力，且需长时段中断交通。
随着现代电子技术和有限元结构分析水平的提高，国外桥梁结构的测试方法，已从单一手工应变仪测试方法，向微处理器控制的数据采集方法过渡，把分析模型和现场数据结合在一起的综合测试方法，BDI结构测试系统就是以这种综合的结构评估方法为基础开发的一种准静态、低频率测试系统，其为结构的耐久性评估方法及检测技术提供了一种集成化的方法。准静态荷载试验通过测量车辆作用下影响线，将其与理论计算得到的影响线相比较，通过调整桥梁模型参数使理论计算影响线和实测影响线相符合。采用准静态荷载试验方法，使用诊断荷载进行加载测试是桥梁检测技术的一大创新，依据该方法而开发的快速荷载试验测试系统在桥梁结构承载力评定中的推广应用将带来巨大的社会和经济效益。但是这一先进测试系统基本按照美国规范设计和考虑，且美国采用的BDI系统是采用传统的单点应变测试技术进行应变数据的采集。
我国目前桥梁承载能力评定主要依据相关规范，采用基于桥梁调查，配合结构检算，必要时进行荷载试验的评定方法。在基于准静态荷载试验的研究工作开展较少。江苏省交通科学研究院提出了基于实测应变影响线的模型校准技术的准静态荷载试验承载能力评定方法，该方法相比于检算法主观性小、准确性高，而又较常规荷载试验法费用低廉且对正常交通影响较小（可将对交通的中断由8小时以上降低为半小时以内），在一定程度上可以替代常规荷载试验，或作为检算法与传统荷载试验法之间的一种中间评定方法。前期多座桥梁的对比试验结果表明，相比于传统荷载试验，采用该方法对于布置了测点的截面优化后的挠度计算值和实测值误差控制在5％以内，对于没有布置测点的截面，优化后的挠度计算值和实测值误差也控制在15％以内，一定程度上可满足工程精度要求。但该评定方法采用传统点式应变测试技术，不可避免的带来以下一些局限性：（1）采用传统点式应变测量技术，利用应变影响线进行全桥刚度模型修真时将被迫采用均匀损伤假定，即认为全桥已发生损伤在一个长区段内是均匀的，因此该方法比较适用于全桥损伤较为轻微（即可认为近似接近于弹性状态）或损伤分布较为均匀的情况，当被测桥梁的损伤形式为几处集中损伤时（如在跨中或四分点集中几道较大裂缝）或桥梁总体损伤严重（即采用分级加载时荷载位移曲线非线性特征明显）时，该方法的分析精度将会有较大下降；（2）采用传统点式应变计测量技术，利用应变影响线进行全桥刚度模型修正与挠度预测时，对于布置测点的主梁截面挠度，修正后的模型挠度预测值与实测值吻合较为准确，但是对于没有布置测点的主梁截面挠度，修正后的模型挠度预测值与实测值吻合不一定准确，主要是由于单点应变测试技术仅能测试单个截面的应变影响线，其他未布设测点截面的应变实测信息造成。
发明内容
针对桥梁外观检算精度较差与荷载试验需长时段中断交通的问题，为突破传统点式应变测试技术的局限，本发明采用长标距准分布式FBG传感技术与准静态荷载试验承载能力评定方法相结合，提出一套对既有梁式桥梁的承载能力进行精度高、测试快捷的评定方法和评估体系。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种梁式桥的状态评估方法，该方法包括如下步骤，
第一步，在待测梁式桥上安装FBG传感器；
第二步，在待测梁式桥上进行准静态荷载试验，得到控制点挠度值；
第三步，将第二步得到的控制点挠度值与有限元计算模型得出的控制点挠度值进行比较，得出梁式桥校验系数h；
第四步，根据第三步计算的梁式桥校验系数h判断桥梁结构工作状况。
前述的梁式桥的状态评估方法，所述第一步中FBG传感器安装在梁式桥正、负弯矩区每隔0.5m~1m区段上。
前述的梁式桥的状态评估方法，所述第三步中梁式桥校验系数h的计算公式为：
η=Se/St
式中：
Se——试验荷载作用下量测的控制点挠度值，
St——试验荷载作用下有限元计算模型得出的控制点挠度值。
前述的梁式桥的状态评估方法，所述第四步中当h≤1时，桥梁结构的工作状况良好。
借由上述技术方案，本发明梁式桥的状态评估方法至少具有下列优点：
本发明提出的采用准分布式FBG传感技术的梁式桥快速荷载试验与状态评估方法，能够快速准确地评定梁式桥的结构状态，为梁式桥承载力的精确确定提供重要参考。
本发明提出的评估方法，简便实用，用轻荷载代替重荷载，降低试验费用；减少交通中断时间，用拟静力荷载或动荷载代替静荷载；与复杂的模型校准技术相比，能够直接由准静态荷载试验结果得到荷载试验结果的解析算法，从而大大降低准静态荷载试验数据的后期分析难度，用快速的荷载试验方法，替代传统的荷载试验方法。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1为本发明梁式桥状态评估方法流程图；
图2为FBG传感器布设示意图；
图3为单室箱梁桥上FBG传感器布设示意图。
图中101、传感器；102、底板下缘；103、上翼缘板下缘。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的梁式桥的状态评估方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提出的长标距准分布式FBG传感技术的梁式桥快速荷载试验与状态评估方法和评估体系，主要建立基于分布式应变测量技术的控制点结构变形计算方法，提出如何利用长标距准分布式FBG传感器实测应变计算得到结构控制点挠度的计算方法与公式；提出采用全桥实测应变场计算得到控制点位移影响线的计算方法，直接经由准静态荷载试验结果推算得到荷载试验结果的解析算法，从而大大降低准静态荷载试验后期数据分析难度；
具体实施方式如下：
1） 在梁式桥梁上安装准分布高精度FBG传感器101
充分考虑梁式桥的具体结构特征、环境条件以及测量目的，合理考虑传感器的标距长度、增敏系数、灵敏度等参数；优化和选择适合桥梁快速静载试验的最优标距长度范围。确定好前述考虑因素后，在梁式桥主要正、负弯矩区每隔0.5m区段上安装FBG传感器101（见附图2所示），分别在梁体上缘和下缘布设FBG传感器101，以单室箱梁桥为例，可在箱梁翼缘板下缘以及底板下缘布设FBG传感器（见附图3所示）。FBG传感器101技术指标：采样频率≥20 Hz，精度 ≤2.5 με，量程≥1500 με。
2) 在梁式桥上进行准静态荷载试验
一辆重车缓慢通过所测梁式桥，在重车缓慢移动过程中，利用布设于梁体上下缘的准分布式FBG传感器101，实测得到梁体准分布式上下缘应变，据此计算得到梁体每0.5m间距的各截面转角，然后根据准分布式截面转角计算得到结构挠度曲线；进一步根据全桥实测应变场计算得到控制点位移影响线，按线性外推的方法将设计正常使用荷载（或等效试验荷载）在实测影响线上进行布载，计算出控制点挠度值。
3）对梁式桥状态进行评估
将第二步得出的控制点挠度值与有限元计算模型得出的控制点挠度值按照根据公式（1）得出梁式桥校验系数，如果当h≤1时，则桥梁结构的工作状况良好。
η=Se/St （1）
式中：Se——试验荷载作用下量测的控制点挠度值，
St——试验荷载作用下有限元计算模型得出的控制点挠度值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种梁式桥的状态评估方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，
第一步，在待测梁式桥上安装FBG传感器；
第二步，在待测梁式桥上进行准静态荷载试验，得到控制点挠度值；
第三步，将第二步得到的控制点挠度值与有限元计算模型得出的控制点挠度值进行比较，得出梁式桥校验系数h；
第四步，根据第三步计算的梁式桥校验系数h判断桥梁结构工作状况。
2.根据权利要求1所述的梁式桥的状态评估方法，其特征在于：所述第一步中FBG传感器安装在梁式桥正、负弯矩区每隔0.5m~1m区段上。
3.根据权利要求1所述的梁式桥的状态评估方法，其特征在于：所述第三步中梁式桥校验系数h的计算公式为：η=Se/St
式中： Se——试验荷载作用下量测的控制点挠度值，
St——试验荷载作用下有限元计算模型得出的控制点挠度值。
4. 根据权利要求1所述的梁式桥的状态评估方法，其特征在于：所述第四步中当h≤1时，桥梁结构的工作状况良好。
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