基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法技术

本发明专利技术公开了基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法，属于拱桥损伤检测技术领域。本发明专利技术基于力法和Ritter公式，通过变截面的设置与拱轴线型的拟合，提出了用于反应两铰拱结构受损程度的新指标—推力影响线差值曲率TILDC，通过TILDC指标，可以实现抛物线变截面两铰拱结构损伤定位，可以作为拱结构在移动荷载作用下拱座基础强度设计依据与拱桥快速检测应用理论参考，证实了推力影响线可作为损伤识别方法的可行性。可作为损伤识别方法的可行性。可作为损伤识别方法的可行性。

【技术实现步骤摘要】
基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法


[0001]本专利技术涉及拱桥损伤检测
，具体涉及基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法。

技术介绍

[0002]两铰拱在拱脚处无弯矩效应，混凝土徐变、收缩以及温度影响较小，且对基础结构的要求更低，因此两铰拱在实际拱桥工程中得到广泛应用。由于主拱圈和拱肋作为拱桥主要承重构件，一旦发生损伤会导致拱桥承载能力大幅下降甚至发生倒塌等危险状况，因此对两铰拱结构的快速损伤定位及评估损伤程度具有重要的现实意义，而在现实情况下，进行桥梁损伤检测时需要布设大量的传感器，花费了大量的人力物力。上述问题亟待解决，为此，提出基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于：如何解决现有两铰拱损伤检测时需要布设大量的传感器，花费了大量的人力物力的问题，提供了基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括以下步骤：
[0005]S1：建立损伤状态下两铰拱基本体系，通过降低结构局部弹性模量进而降低刚度来模拟损伤，损伤后的抗弯刚度为E
′
I，并推导出损伤状态下两铰拱结构拱脚处推力影响线的积分表达式；
[0006]S2：将损伤状态下两铰拱结构拱脚处推力影响线与无损状态下两铰拱结构拱脚处推力影响线做差，并对推力影响线差值求二阶导进行分析，通过推力影响线差值曲率判断结构损伤是否发生，进而定位损伤位置。
[0007]更进一步地，在所述步骤S1中，损伤状态下两铰拱结构拱脚处的推力影响线的积分表达式如下：
[0008]F
′
H
＝
‑
Δ
′
1p
/δ
′
11
[0009]其中，Δ
′
1p
为损伤状态下的载变位，δ
′
11
为损伤状态下的自变位。
[0010]更进一步地，损伤状态下的自变位计算公式如下：
[0011][0012]其中：E为弹性模量，I为惯性矩，f为矢高，E
′
为损伤时的弹性模量，[b
‑
ε，b+ε]为损伤区段，x为拱结构上任意截面至拱顶处的水平距离。
[0013]更进一步地，损伤状态下的载变位计算公式如下：
[0014]当
‑
L≤x
p
＜b
‑
ε时，
[0015]当b
‑
ε≤x
p
≤b+ε时，
[0016]当b+ε＜x
p
≤L时，
[0017]其中，Δ1′
p
为损伤状态下的载变位，x
p
为集中荷载至拱顶处的水平距离。
[0018]更进一步地，在所述步骤S2中，无损状态下两铰拱结构拱脚处推力影响线的表达式如下：
[0019]F
H
＝
‑
Δ
1p
/δ
11
[0020]其中，Δ
1p
为无损状态下的载变位，δ
11
为无损状态下的自变位。
[0021]更进一步地，无损状态下的载变位的计算公式如下：
[0022][0023]更进一步地，无损状态下的自变位的计算公式如下：
[0024][0025]更进一步地，在所述步骤S2中，两铰拱的抛物线型表达式如下：
[0026]y＝(4fx2)/(2L)2[0027]其中，L为两铰拱半跨的长度，x为拱结构上任意截面至拱顶处的水平距离，y为x对应的纵坐标。
[0028]更进一步地，在所述步骤S2中，当移动荷载位于无损区段时，推力影响线差值曲率为零，当移动荷载位于有损区域时，推力影响线差值曲率不为零，产生突变，进而识别损伤位置。
[0029]更进一步地，在所述步骤S3中，针对两铰拱结构损伤程度，在实际工程中，先通过推力影响线差值曲率指标进行损伤定位，测点和损伤点均确定后，通过有限元软件模拟不同损伤工况下推力影响线差值曲率幅值曲线，并拟合损伤程度—幅值关系公式，反演损伤程度，以实现损伤的量化。
[0030]本专利技术相比现有技术具有以下优点：该基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法，基于力法和Ritter公式，通过变截面的设置与拱轴线型的拟合，提出了用于反应两铰拱结构受损程度的新指标—推力影响线差值曲率(Thrust Influence Lines Difference Curvature，TILDC)，通过TILDC指标，可以实现抛物线变截面两铰拱结构损伤定位，可以作为拱结构在移动荷载作用下拱座基础强度设计依据与拱桥快速检测应用理论参考，证实了推力影响线可作为损伤识别方法的可行性。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例一中基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方
法的流程示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例一中损伤状态下两铰拱基本体系示意图；
[0033]图3a是本专利技术实施例二中单点损伤状态下损伤单元的不同损伤程度与无损单元对比的三维示意图；
[0034]图3b是图3a的俯视图；
[0035]图4a是本专利技术实施例二中多点损伤状态下损伤单元的不同损伤程度与无损单元对比的三维示意图；
[0036]图4b是图4a的俯视图。
具体实施方式
[0037]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0038]实施例一
[0039]如图1所示，本实施例提供一种技术方案：基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法，包括以下步骤：
[0040](1)：建立损伤状态下两铰拱基本体系(见图2)，通过降低结构局部弹性模量进而降低刚度来模拟损伤，损伤后的抗弯刚度为E
′
I，并推导出损伤状态下两铰拱结构拱脚处(水平)推力影响线的积分表达式；
[0041]在本步骤中，损伤状态下两铰拱结构拱脚处的(水平)推力影响线的积分表达式如下：
[0042]F
′
H
＝
‑
Δ
′
1p
/δ
′
11
[0043]其中，Δ
′
1p
为损伤状态下的载变位，δ
′
11
为损伤状态下的自变位。
[0044]载变位Δ
′
1p
：由荷载P产生的沿X1方向的位移；自变位δ
′
11
：由单位力X1＝1产生的沿X1方向的位移，常称为柔度系数。
[0045]在本步骤中，损伤状态下的自变位计算公式如下：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立损伤状态下两铰拱基本体系，通过降低结构局部弹性模量进而降低刚度来模拟损伤，损伤后的抗弯刚度为E
′
I，并推导出损伤状态下两铰拱结构拱脚处推力影响线的积分表达式；S2：将损伤状态下两铰拱结构拱脚处推力影响线与无损状态下两铰拱结构拱脚处推力影响线做差，并对推力影响线差值求二阶导进行分析，通过推力影响线差值曲率判断结构损伤是否发生，进而定位损伤位置。2.根据权利要求1所述的基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法，其特征在于：在所述步骤S1中，损伤状态下两铰拱结构拱脚处的推力影响线的积分表达式如下：F
′
H
＝
‑
Δ
′
1p
/δ
′
11
其中，Δ
′
1p
为损伤状态下的载变位，δ
′
11
为损伤状态下的自变位。3.根据权利要求2所述的基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法，其特征在于：损伤状态下的自变位计算公式如下：其中：E为弹性模量，I为惯性矩，f为矢高，E
′
为损伤时的弹性模量，[b
‑
ε，b+ε]为损伤区段，x为拱结构上任意截面至拱顶处的水平距离。4.根据权利要求3所述的基于抛物线变截面拱推力影响线曲率的拱桥损伤识别方法，其特征在于：损伤状态下的载变位计算公式如下：当
‑
L≤x
p
＜b
‑
ε时，当b
‑
ε≤x
p
≤b+ε时，当b+ε＜x
p
≤L时，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，李萌，吴飞羊，李宁波，陈东，孔维晓，石英迪，孙文卓，张德伟，刘润州，万杨旭，尚稳齐，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：