基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法技术

本发明专利技术公开了基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法：模型的建立、转角影响线分析、损伤诊断实施。本发明专利技术基于弹性约束支承梁转角影响线可精确定位、有效定量梁式结构损伤，相对误差小，指标抗噪性良好；基于转角影响线指标，可通过在连续梁桥特定跨布置转角测点来诊断邻跨损伤，且梁端转动约束较弱时，损伤诊断敏感性更好；可有效解决基于挠度与应变影响线损伤诊断应用中面临传感器不易安装等问题，提出的影响线加载实施方案合理、可行，可以实现梁桥损伤的快速诊断，为既有梁桥的转角影响线分析与损伤快速诊断的实施提供了借鉴与参考。

Damage detection method of beam bridge based on influence line of rotation angle of elastically restrained supporting beam

【技术实现步骤摘要】
基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法
本专利技术属于桥梁损伤诊断领域，尤其涉及基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法。
技术介绍
采用影响线方法监测桥梁服役状态，可在安装少量传感器的前提下，最大程度地反映桥梁结构刚度与荷载信息，常见测试对象为挠度或应力影响线。考虑转动弹性约束，建立铁路桥梁和曲线桥梁结构模型，采用位移影响线及其曲率进行桥梁损伤诊断，为诊断非理想边界条件的梁式结构损伤提供了借鉴思路；利用应力影响线对大跨度桥梁进行损伤识别研究，通过数值算例验证应力影响线识别结构损伤的可行性。但这些方法均面临挠度、应变测量中存在的传感器不易布设、工作耐久性差等问题，也未考虑由墩台基础弹性变形或沉降引起的梁端竖向弹性支承边界，且未考虑桥梁的初始结构模型不确定因素影响。目前有学者建立考虑抗弯刚度不确定性的主梁模型，基于跨中位移影响线差值进行损伤识别，利用木桥模型试验验证所提方法；有学者认为转角影响线便于安装测试，并考虑初始模型不确定因素，提出基于转角影响线的简支梁结构损伤检测方法，但上述研究未充分考虑桥梁模型非理想支承边界影响，给桥梁损伤识别精度带来影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：建立弹性约束梁模型：在梁端截面上、下缘设置与梁纵轴平行的一对弹簧用于实现弹性转动约束；步骤二：对弹性约束梁进行影响线加载；步骤三：在弹性约束梁模型中的梁端设置滑动支座；步骤四：引入截面不确定参数，用于描述实际梁桥结构参数与初始设计图纸之间的建造误差；步骤五：基于力法原理，求解主梁结构任意截面由转动约束叠加与自身抗弯刚度的弯曲效应引起的截面转动，利用两个等效弯矩替代梁端弹性转动约束，建立梁端转动平衡方程；步骤六：建立虚拟梁模型，利用图乘法求模型任意截面转角，建立虚拟梁模型各点弯矩表达式；步骤七：推导得到弹性约束支承梁的转角影响线解析表达式；步骤八：分析损伤前后的转角影响线解析，建立任意测试截面在损伤前后的转角影响线差值；步骤九：根据转角影响线差值，当移动荷载位于损伤区内，转角影响线差值是集中力位置参量的三次函数，当移动荷载位于损伤区外，转角影响线差值是集中力位置参量的一次函数；步骤十：根据转角影响线差曲率的损伤诊断指标，当移动集中力位于弹性约束梁的损伤区外，转角影响线差曲率为零，当移动集中力进入损伤区内，转角影响线差曲率不为零，利用这一解析特征即可定位弹性约束梁损伤位置。进一步地，当截面抗弯刚度确定时，根据实测的转角影响线差曲率，求解截面抗弯刚度退化程度，并定义为残余抗弯刚度率。进一步地，所述伤诊断方法还包括基于移动荷载叠减的三步加载方式，具体包括以下步骤：S1：选择两辆两轴加载车，保证两车轴距相同且前后轴重比不同，且加载车在桥梁结构弹性变形范围内进行加载；S2：利用两加载车分别对桥梁进行准静态影响线加载，保证对诊断桥梁的加载步长一致，即两次影响线加载的桥梁虚拟加载节点相同，通过控制加载车辆移动速度一致实现，提取并记录两次转角响应数据；S3：计算两加载车前轴等效集中力的最小公倍数，对两车后轴等效集中力进行相应倍率放大后做差即为等效加载集中力；然后将两次测得的转角数据同倍率放大后做差，得到对应集中力加载下的转角响应，用于诊断桥梁损伤。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术考虑主梁截面参数的不确定性，建立带转动弹性约束与竖向弹性支承边界的主梁模型，推导该模型在影响线加载形式下的转角影响线解析式，提出了考虑弹性约束支承与结构初始参数不确定性的主梁损伤诊断方法，结合解析证明与三跨连续梁算例的分析，研究了转角影响线测点位置、局部损伤和测试噪声对诊断结果的影响，提出边界等效子结构的室内试验，对所提方法进行试验验证；2、提出了弹性约束支承梁的力学模型，并推导得到其转角影响线解析表达式，制作了边界等效子结构的试验模型；3、基于弹性约束支承梁转角影响线可精确定位、有效定量梁式结构损伤，相对误差小，指标抗噪性良好；基于转角影响线指标，可通过在连续梁桥特定跨布置转角测点来诊断邻跨损伤，且梁端转动约束较弱时，损伤诊断敏感性更好；4、基于转角影响线的损伤诊断方法，可有效解决基于挠度与应变影响线损伤诊断应用中面临传感器不易安装等问题，提出的影响线加载实施方案合理、可行，可以实现梁桥损伤的快速诊断，为既有梁桥的转角影响线分析与损伤快速诊断的实施提供了借鉴与参考。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，构成本申请的一部分，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是含局部损伤的弹性约束梁模型示意图；图2是弹性约束梁的变形分解模型示意图；图3是主梁刚体转动示意示意图；图4是主梁弯曲曲线示意图；图5是主梁受弯简化示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：建立符合工程实际情况的弹性约束梁模型：在梁端截面上、下缘设置与梁纵轴平行的一对弹簧实现弹性转动约束；其中刚度均为K1的两根平行弹簧共同约束梁A端截面转动，刚度均为K2的两根平行弹簧共同约束梁B端截面转动，如图1所示；在简支梁支座处采用具有弹性的弹簧支承替代竖向的理想链杆，以此用来描述梁桥支墩产生的竖向弹性变形，设竖向支承弹簧刚度分别为k1和k2；步骤二：对弹性约束梁进行影响线加载，移动集中力通过位置变量x′描述，局部损伤区域中心D至梁端距离为d，局部损伤区域长度为2ξ，假定在任意截面设置转角测点C，测点到梁端A距离为c；步骤三：在弹性约束梁模型中的梁端设置滑动支座，以忽略梁端平动与截面转动耦合对主梁变形的影响，即不考虑由竖向不弹性支承不均匀变形引起的主梁内弯曲应力；化简水平弹簧效应为弹性转动约束，以梁A端为例，水平弹簧内力为f，伸缩变形量为α，梁端截面转角为梁端截面高度为h，梁端转动约束(弯矩)为M，梁A端转动约束刚度为Ka；由内力平衡与变形近似条件，建立公式(1)：化简得水平弹簧刚度与转动刚度关系，如公式(2)：Ka＝-(h2K1)/2(2)实测中，A端为连续梁中支座，水平弹簧刚度K1同负弯矩受拉筋面积钢筋平均应变与其弹性模量关系如公式(3)：故根据实际受拉区钢筋面积与实测受拉钢筋平均应变、实测受拉钢筋弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：/n步骤一：建立弹性约束梁模型：在梁端截面上、下缘设置与梁纵轴平行的一对弹簧用于实现弹性转动约束；/n步骤二：对弹性约束梁进行影响线加载；/n步骤三：在弹性约束梁模型中的梁端设置滑动支座；/n步骤四：引入截面不确定参数，用于描述实际梁桥结构参数与初始设计图纸之间的建造误差；/n步骤五：基于力法原理，求解主梁结构任意截面由转动约束叠加与自身抗弯刚度的弯曲效应引起的截面转动，利用两个等效弯矩替代梁端弹性转动约束，建立梁端转动平衡方程；/n步骤六：建立虚拟梁模型，利用图乘法求模型任意截面转角，建立虚拟梁模型各点弯矩表达式；/n步骤七：推导得到弹性约束支承梁的转角影响线解析表达式；/n步骤八：分析损伤前后的转角影响线解析，建立任意测试截面在损伤前后的转角影响线差值；/n步骤九：根据转角影响线差值，当移动荷载位于损伤区内，转角影响线差值是集中力位置参量的三次函数，当移动荷载位于损伤区外，转角影响线差值是集中力位置参量的一次函数；/n步骤十：根据转角影响线差曲率的损伤诊断指标，当移动集中力位于弹性约束梁的损伤区外，转角影响线差曲率为零，当移动集中力进入损伤区内，转角影响线差曲率不为零，利用这一解析特征即可定位弹性约束梁损伤位置。/n...

【技术特征摘要】
1.基于弹性约束支承梁转角影响线的梁桥损伤检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：建立弹性约束梁模型：在梁端截面上、下缘设置与梁纵轴平行的一对弹簧用于实现弹性转动约束；
步骤二：对弹性约束梁进行影响线加载；
步骤三：在弹性约束梁模型中的梁端设置滑动支座；
步骤四：引入截面不确定参数，用于描述实际梁桥结构参数与初始设计图纸之间的建造误差；
步骤五：基于力法原理，求解主梁结构任意截面由转动约束叠加与自身抗弯刚度的弯曲效应引起的截面转动，利用两个等效弯矩替代梁端弹性转动约束，建立梁端转动平衡方程；
步骤六：建立虚拟梁模型，利用图乘法求模型任意截面转角，建立虚拟梁模型各点弯矩表达式；
步骤七：推导得到弹性约束支承梁的转角影响线解析表达式；
步骤八：分析损伤前后的转角影响线解析，建立任意测试截面在损伤前后的转角影响线差值；
步骤九：根据转角影响线差值，当移动荷载位于损伤区内，转角影响线差值是集中力位置参量的三次函数，当移动荷载位于损伤区外，转角影响线差值是集中力位置参量的一次函数；
步骤十：根据转角影响线差曲率的损伤诊断指标，当移动集中力位于弹性约...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，万杨旭，吴侃，黄浩，刘金澳，李宁，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34