專利名稱：一種梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種評(píng)估橋梁狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
既有橋梁的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估問(wèn)題由于受橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)、施工方法與質(zhì)量、材料性能好壞及結(jié)構(gòu)完好狀況等眾多因素影響，一般難以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行定量分析，而要精確定出橋梁承載力，則更為困難。目前傳統(tǒng)方法主要是以外觀調(diào)查、檢算評(píng)定并輔以荷載試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。橋梁外觀檢查和檢算雖能快速檢評(píng)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)，但由于受主觀因素影響，精度較差；荷載試驗(yàn)精度雖高但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且需長(zhǎng)時(shí)段中斷交通。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和有限元結(jié)構(gòu)分析水平的提高，國(guó)外橋梁結(jié)構(gòu)的測(cè)試方法，已從單一手エ應(yīng)變儀測(cè)試方法，向微處理器控制的數(shù)據(jù)采集方法過(guò)渡，把分析模型和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)合在一起的綜合測(cè)試方法，BDI結(jié)構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)就是以這種綜合的結(jié)構(gòu)評(píng)估方法為基礎(chǔ)開發(fā)的ー種準(zhǔn)靜態(tài)、低頻率測(cè)試系統(tǒng)，其為結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)估方法及檢測(cè)技術(shù)提供了ー種集成化的方法。準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)通過(guò)測(cè)量車輛作用下影響線，將其與理論計(jì)算得到的影響線相比較，通過(guò)調(diào)整橋梁模型參數(shù)使理論計(jì)算影響線和實(shí)測(cè)影響線相符合。采用準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)方法，使用診斷荷載進(jìn)行加載測(cè)試是橋梁檢測(cè)技術(shù)的一大創(chuàng)新，依據(jù)該方法而開發(fā)的快速荷載試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)在橋梁結(jié)構(gòu)承載カ評(píng)定中的推廣應(yīng)用將帶來(lái)巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但是這一先進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)基本按照美國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)和考慮，且美國(guó)采用的BDI系統(tǒng)是采用傳統(tǒng)的單點(diǎn)應(yīng)變測(cè)試技術(shù)進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集。我國(guó)目前橋梁承載能力評(píng)定主要依據(jù)相關(guān)規(guī)范，采用基于橋梁調(diào)查，配合結(jié)構(gòu)檢算，必要時(shí)進(jìn)行荷載試驗(yàn)的評(píng)定方法。在基于準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)的研究工作開展較少。江蘇省交通科學(xué)研究院提出了基于實(shí)測(cè)應(yīng)變影響線的模型校準(zhǔn)技術(shù)的準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)承載能カ評(píng)定方法，該方法相比于檢算法主觀性小、準(zhǔn)確性高，而又較常規(guī)荷載試驗(yàn)法費(fèi)用低廉且對(duì)正常交通影響較小(可將對(duì)交通的中斷由8小時(shí)以上降低為半小時(shí)以內(nèi))，在一定程度上可以替代常規(guī)荷載試驗(yàn)，或作為檢算法與傳統(tǒng)荷載試驗(yàn)法之間的ー種中間評(píng)定方法。前期多座橋梁的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)荷載試驗(yàn)，采用該方法對(duì)于布置了測(cè)點(diǎn)的截面優(yōu)化后的撓度計(jì)算值和實(shí)測(cè)值誤差控制在5%以內(nèi)，對(duì)于沒(méi)有布置測(cè)點(diǎn)的截面，優(yōu)化后的撓度計(jì)算值和實(shí)測(cè)值誤差也控制在15%以內(nèi)，一定程度上可滿足工程精度要求。但該評(píng)定方法采用傳統(tǒng)點(diǎn)式應(yīng)變測(cè)試技術(shù)，不可避免的帶來(lái)以下ー些局限性(I)采用傳統(tǒng)點(diǎn)式應(yīng)變測(cè)量技術(shù)，利用應(yīng)變影響線進(jìn)行全橋剛度模型修真時(shí)將被迫采用均勻損傷假定，即認(rèn)為全橋已發(fā)生損傷在一個(gè)長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)是均勻的，因此該方法比較適用于全橋損傷較為輕微(即可認(rèn)為近似接近于彈性狀態(tài))或損傷分布較為均勻的情況，當(dāng)被測(cè)橋梁的損傷形式為幾處集中損傷時(shí)(如在跨中或四分點(diǎn)集中幾道較大裂縫)或橋梁總體損傷嚴(yán)重(即采用分級(jí)加載時(shí)荷載位移曲線非線性特征明顯)吋，該方法的分析精度將會(huì)有較大下降；(2)采用傳統(tǒng)點(diǎn)式應(yīng)變計(jì)測(cè)量技術(shù)，利用應(yīng)變影響線進(jìn)行全橋剛度模型修正與撓度預(yù)測(cè)時(shí)，對(duì)于布置測(cè)點(diǎn)的主梁截面撓度，修正后的模型撓度預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值吻合較為準(zhǔn)確，但是對(duì)于沒(méi)有布置測(cè)點(diǎn)的主梁截面撓度，修正后的模型撓度預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值吻合不一定準(zhǔn)確，主要是由于單點(diǎn)應(yīng)變測(cè)試技術(shù)僅能測(cè)試單個(gè)截面的應(yīng)變影響線，其他未布設(shè)測(cè)點(diǎn)截面的應(yīng)變實(shí)測(cè)信息造成。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)橋梁外觀檢算精度較差與荷載試驗(yàn)需長(zhǎng)時(shí)段中斷交通的問(wèn)題，為突破傳統(tǒng)點(diǎn)式應(yīng)變測(cè)試技術(shù)的局限，本發(fā)明采用長(zhǎng)標(biāo)距準(zhǔn)分布式FBG傳感技術(shù)與準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)承載能力評(píng)定方法相結(jié)合，提出一套對(duì)既有梁式橋梁的承載能力進(jìn)行精度高、測(cè)試快捷的評(píng)定方法和評(píng)估體系。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，該方法包括如下步驟，
第一歩，在待測(cè)梁式橋上安裝FBG傳感器；
第二步，在待測(cè)梁式橋上進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)，得到控制點(diǎn)撓度值；
第三步，將第二步得到的控制點(diǎn)撓度值與有限元計(jì)算模型得出的控制點(diǎn)撓度值進(jìn)行比較，得出梁式橋校驗(yàn)系數(shù)h;
第四步，根據(jù)第三步計(jì)算的梁式橋校驗(yàn)系數(shù)h判斷橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況。前述的梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，所述第一步中FBG傳感器安裝在梁式橋正、負(fù)彎矩區(qū)每隔0. 5nTlm區(qū)段上。前述的梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，所述第三步中梁式橋校驗(yàn)系數(shù)h的計(jì)算公式為 n=se/st
式中
Se—試驗(yàn)荷載作用下量測(cè)的控制點(diǎn)撓度值，
St—試驗(yàn)荷載作用下有限元計(jì)算模型得出的控制點(diǎn)撓度值。前述的梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，所述第四步中當(dāng)h < I時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況良好。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明提出的采用準(zhǔn)分布式FBG傳感技術(shù)的梁式橋快速荷載試驗(yàn)與狀態(tài)評(píng)估方法，能夠快速準(zhǔn)確地評(píng)定梁式橋的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，為梁式橋承載力的精確確定提供重要參考。本發(fā)明提出的評(píng)估方法，簡(jiǎn)便實(shí)用，用輕荷載代替重荷載，降低試驗(yàn)費(fèi)用；減少交通中斷時(shí)間，用擬靜カ荷載或動(dòng)荷載代替靜荷載；與復(fù)雜的模型校準(zhǔn)技術(shù)相比，能夠直接由準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)結(jié)果得到荷載試驗(yàn)結(jié)果的解析算法，從而大大降低準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的后期分析難度，用快速的荷載試驗(yàn)方法，替代傳統(tǒng)的荷載試驗(yàn)方法。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如后。


圖1為本發(fā)明梁式橋狀態(tài)評(píng)估方法流程 圖2為FBG傳感器布設(shè)示意 圖3為單室箱梁橋上FBG傳感器布設(shè)示意圖。圖中101、傳感器；102、底板下緣；103、上翼緣板下緣。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法其具體實(shí)施方式
、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。本發(fā)明提出的長(zhǎng)標(biāo)距準(zhǔn)分布式FBG傳感技術(shù)的梁式橋快速荷載試驗(yàn)與狀態(tài)評(píng)估方法和評(píng)估體系，主要建立基于分布式應(yīng)變測(cè)量技術(shù)的控制點(diǎn)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算方法，提出如何利用長(zhǎng)標(biāo)距準(zhǔn)分布式FBG傳感器實(shí)測(cè)應(yīng)變計(jì)算得到結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)撓度的計(jì)算方法與公式；提出采用全橋?qū)崪y(cè)應(yīng)變場(chǎng)計(jì)算得到控制點(diǎn)位移影響線的計(jì)算方法，直接經(jīng)由準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)結(jié)果推算得到荷載試驗(yàn)結(jié)果的解析算法，從而大大降低準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)后期數(shù)據(jù)分析難度；
具體實(shí)施方式
如下
I)在梁式橋梁上安裝準(zhǔn)分布高精度FBG傳感器101
充分考慮梁式橋的具體結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境條件以及測(cè)量目的，合理考慮傳感器的標(biāo)距長(zhǎng)度、增敏系數(shù)、靈敏度等參數(shù)；優(yōu) 化和選擇適合橋梁快速靜載試驗(yàn)的最優(yōu)標(biāo)距長(zhǎng)度范圍。確定好前述考慮因素后，在梁式橋主要正、負(fù)彎矩區(qū)每隔0. 5m區(qū)段上安裝FBG傳感器101 (見(jiàn)附圖2所示)，分別在梁體上緣和下緣布設(shè)FBG傳感器101，以單室箱梁橋?yàn)槔?，可在箱梁翼緣板下緣以及底板下緣布設(shè)FBG傳感器(見(jiàn)附圖3所示)。FBG傳感器101技術(shù)指標(biāo)采樣頻率≥20 Hz，精度≤2. 5 u e，量程≥1500 U e。2)在梁式橋上進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)
一輛重車緩慢通過(guò)所測(cè)梁式橋，在重車緩慢移動(dòng)過(guò)程中，利用布設(shè)于梁體上下緣的準(zhǔn)分布式FBG傳感器101，實(shí)測(cè)得到梁體準(zhǔn)分布式上下緣應(yīng)變，據(jù)此計(jì)算得到梁體每0. 5m間距的各截面轉(zhuǎn)角，然后根據(jù)準(zhǔn)分布式截面轉(zhuǎn)角計(jì)算得到結(jié)構(gòu)撓度曲線；進(jìn)ー步根據(jù)全橋?qū)崪y(cè)應(yīng)變場(chǎng)計(jì)算得到控制點(diǎn)位移影響線，按線性外推的方法將設(shè)計(jì)正常使用荷載(或等效試驗(yàn)荷載)在實(shí)測(cè)影響線上進(jìn)行布載，計(jì)算出控制點(diǎn)撓度值。3 )對(duì)梁式橋狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估
將第二步得出的控制點(diǎn)撓度值與有限元計(jì)算模型得出的控制點(diǎn)撓度值按照根據(jù)公式
(I)得出梁式橋校驗(yàn)系數(shù)，如果當(dāng)I吋，則橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況良好。n=se/st(I)
式中se—試驗(yàn)荷載作用下量測(cè)的控制點(diǎn)撓度值，
St—試驗(yàn)荷載作用下有限元計(jì)算模型得出的控制點(diǎn)撓度值。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，其特征在于該方法包括如下步驟， 第一步，在待測(cè)梁式橋上安裝FBG傳感器； 第二步，在待測(cè)梁式橋上進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)，得到控制點(diǎn)撓度值； 第三步，將第二步得到的控制點(diǎn)撓度值與有限元計(jì)算模型得出的控制點(diǎn)撓度值進(jìn)行比較，得出梁式橋校驗(yàn)系數(shù)h; 第四步，根據(jù)第三步計(jì)算的梁式橋校驗(yàn)系數(shù)h判斷橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，其特征在于所述第一步中FBG傳感器安裝在梁式橋正、負(fù)彎矩區(qū)每隔O. 5nTlm區(qū)段上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，其特征在于所述第三步中梁式橋校驗(yàn)系數(shù)h的計(jì)算公式為n=syst 式中Se—試驗(yàn)荷載作用下量測(cè)的控制點(diǎn)撓度值， St—試驗(yàn)荷載作用下有限元計(jì)算模型得出的控制點(diǎn)撓度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，其特征在于所述第四步中當(dāng)h ( I時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況良好。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種梁式橋的狀態(tài)評(píng)估方法，該方法包括如下步驟，第一步，在待測(cè)梁式橋上安裝FBG傳感器；第二步，在待測(cè)梁式橋上進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)，得到控制點(diǎn)撓度值；第三步，將第二步得到的控制點(diǎn)撓度值與有限元計(jì)算模型得出的控制點(diǎn)撓度值進(jìn)行比較，得出梁式橋校驗(yàn)系數(shù)h；第四步，根據(jù)第三步計(jì)算的梁式橋校驗(yàn)系數(shù)h判斷橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況。本發(fā)明的評(píng)估方法，簡(jiǎn)便實(shí)用，用輕荷載代替重荷載，降低試驗(yàn)費(fèi)用；減少交通中斷時(shí)間，用擬靜力荷載或動(dòng)荷載代替靜荷載；能夠直接由準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)結(jié)果得到荷載試驗(yàn)結(jié)果的解析算法，從而大大降低準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的后期分析難度，用快速的荷載試驗(yàn)方法，替代傳統(tǒng)的荷載試驗(yàn)方法。
文檔編號(hào)G01M5/00GK103048102SQ20121049898
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張宇峰, 鄭崗, 朱曉文, 朱從明, 胡云輝, 邢丹丹, 滕力森 申請(qǐng)人:江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司