一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法技术

本发明专利技术提供的不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法包括：以正常通行车辆为激励，对装配式梁桥进行车激响应测试；对桥梁横向连接病害进行快速定位；建立车辆、桥梁简化模型；对装配式梁桥模型进行修正，根据模型修正的结果得到桥梁的主梁、横向连接和支座的损伤程度，进而建立桥梁整体服役安全状态评估标准。本发明专利技术的不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法操作简单，不需要中断交通，不仅可初步快速判断桥梁横向连接是否健康，更可以利用模型修正优化算法进一步实现对桥梁主梁、横向连接和支座的定量评价，判断出病害类型、病害位置和病害程度，从而实现对装配式梁桥服役安全状态的评估。

Rapid assessment method for service safety state of assembly beam bridge without interrupting traffic

The present invention provides uninterrupted assembly type bridge traffic safety state evaluation method includes: to fast service normal vehicles as excitation, car shock response test of assembling type girder bridge; bridge of lateral connection disease rapid positioning; establish the simplified model of vehicle and bridge; assembling type girder bridge model, damage the degree of bridge girder, according to the results of modified model of lateral connections and support, and then establish the whole bridge service safety assessment standard. The invention does not interrupt the assembly type bridge traffic safety state evaluation method has the advantages of simple operation fast service, do not need to interrupt the traffic, not only can quickly determine the preliminary bridge cross connection is healthy, but also can be used to model updating optimization algorithm to further realize the bridge girder and transverse connection to quantitative evaluation and support, determine the type of disease and disease the location and extent of disease, so as to realize the evaluation of assembly type bridge service safety state.

【技术实现步骤摘要】
一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法
本专利技术属于桥梁工程养护工程领域，具体地说，涉及一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法。
技术介绍
装配式梁桥在公路桥梁中占有很大的比重，因此，其服役安全状态评估对公路交通的安全非常重要。目前，公路装配式梁桥健康检测的主要依据有：《公路桥梁承载能力检测评定规程》、《公路桥涵养护规范》和《公路桥梁技术状况评定准则》。《公路桥梁承载能力检测评定规程》针对静力荷载试验以及材质状况与状态参数，例如混凝土强度、钢筋锈蚀、桥梁碳化状况以及混凝土保护层厚度等均做出了较明确的评定准则。但上述材质状况与状态参数仅能作为主梁的损伤判定依据，对于由多片主梁组成的公路桥梁来说，支座与横向连接的损伤识别同样至关重要。而静力荷载试验主要通过判定主梁的应力、应变或挠度是否满足设计要求来识别损伤，横向连接状态则通过横向分布系数进行判定，但由于铰接缝或横隔板里的横向钢筋的作用可能致使横向分布系数变化较小，从而造成横向连接损伤判定失误。同时静载试验需封锁交通，不适用于车流量较大的公路桥梁。近些年，动载试验在桥梁损伤识别领域受到越来越广泛的关注，其主要通过自振频率、振型、振幅等指标从宏观角度对桥梁结构性能进行评判，《公路桥梁承载能力检测评定规程》中对自振频率做了详细的规定。但上述动力指标仅能定性评价桥梁的整体情况，而无法判定病害的类型、位置及损伤程度，无法做到对桥梁的局部损伤进行精确识别。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法，以在不中断交通的情况下对装配式梁桥损伤进行快速定位与定量评价。为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法。所述方法包括：以正常通行车辆为激励，在装配式梁桥上安装振动传感器，采集过车时的振动响应信号；对采集得到的振动响应信号进行傅里叶变换，得到振动响应频谱，根据振动响应频谱得到该桥梁的实际自振频率f，并根据自振频率选择频率段，建立响应频谱相关性指标，根据相邻梁之间的振动响应频谱差异性指数DISS＝1-SISS来评估相邻梁的横向连接状态；所述响应频谱相关性指标为：式中：和分别为横桥向相邻测点i和i+1(i＝1,2,…,mm-1)处的动力响应频谱，mm为测点数，n为采用的频率点数；将车辆简化为由弹簧、质量、阻尼组成的模型，车体共三个自由度，竖向沉浮Zs、纵向摆动θs和横向摆动αs，车轮含有一个竖向平动自由度Zti，建立车辆运动方程：式中：[Mv]为车辆模型的质量矩阵，[Cv]为车辆模型的阻尼矩阵，[Kv]为车辆模型的刚度矩阵，{Zv}为车辆模型的位移向量，{Pv}为作用于车辆上的相互作用力；将桥梁模型使用有限元软件进行模拟，以梁格法进行简化：主梁刚度EI等于材料弹性模量E与梁单元截面惯性矩I的乘积；铰接缝与湿接缝简化为没有质量的横向梁单元，即采用虚拟横梁法进行模拟，横隔板则使用普通梁单元进行模拟，横向连接刚度为EhIx；将支座6个自由度简化为横桥向水平弹簧Khx、顺桥向水平弹簧Khy、垂直弹簧Kv以及绕各个方向的扭转弹簧Krx、Kry、Krz，主梁、横向连接和支座的初始刚度设计参数为E0I、Eh0Ix以及Khx0、Khy0、Kv0、Krx0、Kry0和Krz0；提取质量矩阵和刚度矩阵，通过Rayleigh阻尼法得到阻尼矩阵，建立桥梁模型的动力平衡方程:式中：[Mb]为桥梁模型的质量矩阵；[Cb]为桥梁模型的阻尼矩阵；[Kb]为桥梁模型的刚度矩阵；{Zb}为桥梁模型的位移向量；{Pb}为作用于桥梁上的相互作用力；对桥梁模型进行修正，将主梁弹性模量E、横向连接弹性模量Eh和支座竖向刚度Kv作为待修正参数对主梁平均整体损伤、横向连接损伤和支座损伤进行修正；将试验得到的差异性指数DISSe向量和自振频率fe作为目标值，根据车辆和桥梁理论简化模型得到的差异性指数DISSt向量和自振频率ft，建立目标函数：式中：λ为各参数残差的权重系数；j为自振频率的阶数；DISSe＝{DISSe(1,2),···DISSe(i,i+1),···}，DISSt＝{DISSt(1,2),···DISSt(i,i+1),···}；i和i+1为横桥向相邻两测点。采用约束优化算法对建立的简化模型进行修正，使目标函数公式表示的残差满足设定的收敛准则：Fn(E,Eh,Kv)≤ξ&|Fn+1-Fn|/Fn≤ε&n＞N式中：n为迭代次数，ε(％)为容许误差，ξ为容许残差，N为限定最大迭代次数；根据模型修正的结果得到桥梁主梁损伤指数θ1、第l个横向连接的损伤指数θhl和第m个支座的损伤指数θvm，建立桥梁整体服役安全状态评估标准。其中，θ1＝1-E1/E0，θhl＝1-Ehl/Eh0，θvm＝1-Kvm/Kv0。l＝1,2,…,qq，qq为横向连接的个数；m＝1,2,…,nn，nn为支座的个数。如上所述的方法，优选的，将所述振动传感器安装在桥梁的跨中位置。如上所述的方法，其中，所述根据相邻梁的振动响应频谱差异性指数DISS＝1-SISS确定相邻梁的横向连接状态，具体为：若DISS<0.05，则确定相邻梁的横向连接状态良好；若0.05≤DISS≤0.1，则需进一步判断相邻梁的横向连接为虚假损伤或者为真实损伤；若DISS>0.1，则确定相邻梁的横向连接出现损伤。如上所述的方法，其中，若θ1<0.1、θhl<0.5、θvm<0.5，将等级设置为1级，桥梁整体健康状态良好；若0.1≤θ1≤0.3、0.5≤θhl≤0.9、0.5≤θvm≤0.9，将等级设置为2级，桥梁出现较小损伤；若θ1>0.3、θhl>0.9、θvm>0.9，将等级设置为3级，桥梁出现较大损伤。与现有技术相比，本专利技术可以获得以下技术效果：1、操作简单，不需要中断交通；2、不仅可初步快速判断桥梁横向连接是否健康，更可以利用模型修正优化算法进一步实现对桥梁主梁、横向连接和支座的定量评价；3、可判断出桥梁病害类型、病害位置和病害程度，从而实现对装配式梁桥服役安全状态的评估。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例的不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法的流程图；图2为传感器布置示意图；图3为横向连接快速定位识别示意图；图4a为示意性的车辆简化侧视图；图4b为示意性的车辆简化正视图；图5为示意性的车辆过桥图；图6为示意性的损伤定量识别结果图；图7为示意性的损伤定量识别迭代图。具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，藉此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。针对现有的桥梁服役安全状态评估方法需中断交通，且无法对病害类型、位置以及损伤程度进行判定的问题，本专利技术给出一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法，旨在不中断交通的情况下对装配式梁桥损伤进行快速定位与定量评价。图1是本专利技术实施例的不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法的流程图。如图1示，本实施例的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法，其特征在于，包括：以正常通行车辆为激励，在装配式梁桥上安装振动传感器，采集过车时的振动响应信号；对采集得到的振动响应信号进行傅里叶变换，得到振动响应频谱，根据振动响应频谱得到该桥梁的实际自振频率f，并根据自振频率选择频率段，建立响应频谱相关性指标，根据相邻梁之间的振动响应频谱差异性指标DISS＝1‑SISS来评估相邻梁的横向连接状态；所述响应频谱相关性指标为：

【技术特征摘要】
1.一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法，其特征在于，包括：以正常通行车辆为激励，在装配式梁桥上安装振动传感器，采集过车时的振动响应信号；对采集得到的振动响应信号进行傅里叶变换，得到振动响应频谱，根据振动响应频谱得到该桥梁的实际自振频率f，并根据自振频率选择频率段，建立响应频谱相关性指标，根据相邻梁之间的振动响应频谱差异性指标DISS＝1-SISS来评估相邻梁的横向连接状态；所述响应频谱相关性指标为：式中：和分别为横桥向相邻测点i和i+1(i＝1,2,…,mm-1)处的动力响应频谱，mm为测点数，n为采用的频率点数；将车辆简化为由弹簧、质量、阻尼组成的模型，车体共三个自由度，竖向沉浮Zs、纵向摆动θs和横向摆动αs，车轮含有一个竖向平动自由度Zti，建立车辆运动方程：式中：[Mv]为车辆模型的质量矩阵，[Cv]为车辆模型的阻尼矩阵，[Kv]为车辆模型的刚度矩阵，{Zv}为车辆模型的位移向量，{Pv}为作用于车辆上的相互作用力；将桥梁模型使用有限元软件进行模拟，以梁格法进行简化：主梁刚度EI等于材料弹性模量E与梁单元截面惯性矩I的乘积；铰接缝与湿接缝简化为没有质量的横向梁单元，即采用虚拟横梁法进行模拟，横隔板则使用普通梁单元进行模拟，横向连接刚度为EhIx；将支座6个自由度简化为横桥向水平弹簧Khx、顺桥向水平弹簧Khy、垂直弹簧Kv以及绕各个方向的扭转弹簧Krx、Kry、Krz，主梁、横向连接和支座的初始刚度设计参数为E0I、Eh0Ix以及Khx0、Khy0、Kv0、Krx0、Kry0和Krz0；提取质量矩阵和刚度矩阵，通过Rayleigh阻尼法得到阻尼矩阵，建立桥梁模型的动力平衡方程:式中：[Mb]为桥梁模型的质量矩阵；[Cb]为桥梁模型的阻尼矩阵；[Kb]为桥梁模型的刚度矩阵；{Zb}为桥梁模型的位移向量；{Pb}为作用于桥梁上的相互...

【专利技术属性】
技术研发人员：战家旺，高胜星，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11