一种利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法技术

本发明专利技术公开了采用倾角传感器和位移传感器对桥梁进行联合测试，同时提出利用测试数据进行分析评估，本发明专利技术将倾角传感器安装在主梁上进行桥梁结构的荷载试验，同时在对比研究位移传感器和倾角传感器对结构损伤和状态改边时的敏感性的基础上，提出利用主梁挠度曲线参数进行结构状态评估的具体方法，在同样条件下能够得到更高的识别准确性；倾角传感器布置位置应该在梁体的转角最大的位置，布置在L/4，3L/4等位置处；位移传感器也按同样原理布置在各跨跨中，这样可使得测试的数据更加稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法
本专利技术涉及道路桥梁工程的安全科学
，尤其是一种利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法。
技术介绍
随着社会的进步，政府和公众对于基础设施的安全越来越重视。特别是近几年发生了一系列的桥梁突然垮塌事故，使得桥梁管理养护部门对于桥梁的承载力和运营安全进行了大量的投入。对桥梁进行荷载试验的过程中，测试的物理力学参数众多，有些测试技术还不成熟，使得建立的系统无法正常使用。在众多传感器中，对于中小跨径桥梁位移监测成为难点，主要表现在中小跨径桥梁桥跨结构的下挠量非常小(一般2－5mm)，而绝对位移测试需要在桥跨外布置不动点，远距离高精度位移测试的可推广仪器目前还在研究发展中，或者有些仪器设备价格太高不便于用在中小跨径桥梁上。中小跨径桥梁在桥梁事故中占有极高的比例，但其数量众多，对其进行测试的费用就显得尤为重要。为了进一步减小中小跨径桥梁的荷载试验和安全监测系统的测试成本，许多专家学者均呼吁采用较为成熟的技术，安装较少的传感器对重要数据进行采集。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前中小跨径桥梁的荷载试验和安全监测系统的测试成本高，位移传感器容易受温度影响，给测量带来误差，导致最终结果不精准的问题；并且解决了现有技术中对于中小跨径桥梁的荷载试验和安全监测系统的测试成本过高的问题。本方案是这样进行实现的：一种利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，包括以下步骤；在桥梁上布置位移测点和倾角测点；每一跨在跨中位置布置位移测点，在L/4和3L/4处布置倾角测点；L为每一跨桥梁的长度；设桥梁为i跨，跨径为Li；桥梁左右两侧支座位置位移为0；使用4次多项式进行挠曲线的重构；再设跨中竖向位移为νi，L/4和3L/4处的倾角分别为α2i-1、α2i，解出待定系数：式中式中：上述Ai、bi、ci三个参数表征第i跨的挠曲度；对待测桥梁进行分级加载后在卸载，绘制各参数在加载、卸载整个过程的理论结果和实测结果图；在不同跨距处分别进行多次分级加载和卸载，并将测试所得各个点绘入到上述理论结果和实测结果图中，通过不同的条件进行判断。基于上述利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，在理论结果和实测结果图中设置不同的判断区间，多次分级加载后的点落入在不同的判断区间；落入各个判断区间点占比总点数的比值不同，设置不同判断标准进行评估。基于上述利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，在将测试点绘入到理论结果和实测结果图中时，设置误差限制值δ1、δ2，并在理论结果和实测结果图中绘制y＝x+δ1、y＝x+2δ1、y＝x+3δ1和y＝x-δ2、y＝x-2δ2、y＝x-3δ2的直线。基于上述利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，将落在对应直线y＝x+δ1和y＝x-δ2之间者为I类点，落在对应的直线y＝x+δ1和y＝x+2δ1之间者或直线y＝x-δ2和y＝x-2δ2之间者为II类点，落在对应的直线y＝x+2δ1和y＝x+3δ1之间者或直线y＝x-2δ2和y＝x-3δ2之间者为III类点，落在对应的直线y＝x+3δ1之外者或直线y＝x-3δ2之外者为IV类点；若出现以下情形之一时桥梁承载力可判定为不合格，否则为合格；(4)II、III、IV类点合计数量超过总点数的5％；(5)III、IV类点合计数量超过总点数的3％；(6)IV类点合计数量超过总点数的1％。基于上述利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，对于20m－30m跨径的预应力混凝土简支梁或连续梁，选择δ1＝0.5Xmax、δ2＝0.4Xmax式中Xmax为理论曲线计算得到的A、b、c的最大值。基于上述利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，所述倾角测点和位置测点分别采用倾角传感器和位移传感器测量。倾角传感器技术较位移测试技术更为成熟，目前在桥梁健康监测中主要利用倾角传感器进行桥墩偏位和桥塔偏位的测量，本专利技术将其用在桥跨结构的测试中。更为重要的是，本专利技术利用倾角和位移传感器的联合测试数据，进行桥梁的损伤评估，提出一种新的计算方法。倾角传感器目前测试的精度可以达到0.001度，采样频率可以达到100HZ；而同样价格的位移传感器，只能选用连通管之类的传感器，其测试精度能达到0.1mm，采样频率只能实现2－5分钟一次；连通管位移传感器基本上也就是静态测试，这对于车辆过桥的几秒钟而言，无法进行有效采集，更谈不上准确评价了；虽然也有视频测量、雷达测量等技术测量位移，其监测精度和采样频率也能达到桥梁测试的要求，但其价格几乎上是普通传感器的几十倍甚至上百倍！这对于中小桥的监测系统成本而言是不可接受的；因此本专利技术提出采用价格适中的倾角传感器和位移传感器联合进行短期监测并评估桥梁的安全性。本专利技术所指关键技术不在于传感器及测试技术本身，而是桥梁结构安全性的评估方法；本专利技术利用桥梁荷载试验的倾角－位移联合测试数据，回归构建主梁挠曲线，通过损伤结构与完好结构的挠曲线差异，进行损伤定位和定量分析。结合规范评估经验，给出了具体的评估计算方法。本专利技术提出采用倾角传感器和位移传感器对桥梁进行测试，同时提出利用测试数据进行分析评估，采用相关计算对全预应力、部分预应力混凝土构件进行承载力评估；通过模拟计算发现，本专利技术所提出的方法可以有效对损伤桥梁进行评价；本专利技术给中小跨径桥梁的安全监测和承载力评估提供了一种新的选择。倾角传感器安装在主梁上进行桥梁结构的长期监测比较少见，在荷载试验中使用更是少之又少；本专利技术不仅仅将倾角传感器用于荷载试验中，同时在对比研究位移传感器和倾角传感器对结构损伤和状态改变时的敏感性的基础上，提出利用主梁挠度曲线参数进行结构状态评估的具体方法，在同样条件下能够得到更高的识别准确性。倾角传感器和位移传感器进行桥梁主梁的荷载试验，可以安放在梁底、梁顶或是任何可以安放的梁体部位，由于倾角与位移一样，都是结构的整体表现。它们不同于应变等局部数据，只能反映结构的局部损伤问题；倾角可以反应更加宏观，更加整体的结构变化；从这个意义上看，本专利技术提出的利用倾角与位移传感器进行测试，可以用于但不限于本专利技术所提出的静载试验领域，同样可以用于桥梁短期监测等应用领域。只不过评估方法需要进行具体分析和专门研究。本专利技术提出采用多项式插值函数的方法对监测结果进行处理，对计算结果的特征插值参数进行评价。这可以体现倾角表现结构整体性能的优势，使得评价结果更加全面、客观。总而言之，利用倾角传感器和位移传感器对桥梁结构的主梁转角进行测量，不仅仅在测量精度、采样频率等方面有很强的竞争优势，而且监测的成本适中，便于推广应用。还有一个突出的优点是倾角传感器是不受温度影响，测试结果稳定。倾角传感器布置位置应该在梁体的转角最大的位置，因此建议布置在L/4，3L/4等位置处；位移传感器也按同样原理布置在各跨跨中；这样可使得监测的数据更加稳定可靠。综上所述，由于采用了上述技术方案，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，其特征在于：包括以下步骤；/n在桥梁上布置位移测点和倾角测点；每一跨在跨中位置布置位移测点，在L/4和3L/4处布置倾角测点；L为每一跨桥梁的长度；/n设桥梁的第i跨，跨径为Li；桥梁左右两侧支座位置位移为0；使用4次多项式进行挠曲线的重构；再设跨中竖向位移为ν

【技术特征摘要】
1.一种利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，其特征在于：包括以下步骤；
在桥梁上布置位移测点和倾角测点；每一跨在跨中位置布置位移测点，在L/4和3L/4处布置倾角测点；L为每一跨桥梁的长度；
设桥梁的第i跨，跨径为Li；桥梁左右两侧支座位置位移为0；使用4次多项式进行挠曲线的重构；再设跨中竖向位移为νi，L/4和3L/4处的倾角分别为α2i-1、α2i，解出待定系数：



式中式中：
上述Ai、bi、ci三个参数表征第i跨的挠曲度；
对待测桥梁进行分级加载后再卸载，绘制各参数在加载、卸载整个过程的理论结果和实测结果图；
在不同加载位置处分别进行多次分级加载和卸载，并将测试所得各个点绘入到上述理论结果和实测结果图中，通过不同的条件进行判断。


2.如权利要求2所述的一种利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，其特征在于：在理论结果和实测结果图中设置不同的判断区间，多次分级加载后的点落入在不同的判断区间；落入各个判断区间点占总点数的比值不同，设置不同判断标准进行评估。


3.如权利要求1或2所述的一种利用倾角与位移联合测试的桥梁荷载试验评估方法，其特征在于：在将测试点绘入到理论结果和实测结果图中时，设置误差限制值δ1、δ2，并在理论结果和实测结果图中绘制y＝x+δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉志红，林帆，张林艳，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南;53