[发明专利]基于动测法的偏心直线预应力混凝土梁桥承载力评估方法

说明书

技术领域

本发明属于结构振动测试领域，涉及到预应力混凝土梁桥的振动测试与评估，针对偏心直线预应力加筋混凝土梁桥承载力评估这一重要问题，提出通过振动测试以及有效预应力识别的方法来评估梁桥承载力。

背景技术

预应力混凝土梁桥是高速公路上最为广泛采用的桥型。研究针对该种桥梁的快速评估方法，特别是承载力的评估方法极为重要。目前，实践中最为广泛使用的桥梁评估方法仍然是以肉眼观察为主的方法。这样的方法在桥梁存在局部重大缺陷时确实有效。但是却很难对全桥的整体状况进行评估。其它的方法包括一些无损检测手段，例如超声探测技术，声发射技术等等。这些方法都面临着与肉眼检测方法相同的问题：即无法对桥梁结构整体状况作出评估。

为了解决这个问题，提出了基于结构动力测试的结构评估方法，通过采集结构的强迫振动或者随机振动响应，并对结构响应进行分析，得到结构的各项物理参数，进而评估结构的状况和能力。Doebling等^[1]和Farrar等^[2]总结了基于结构动力测试的评估方法的发展。根据他们的总结，针对预应力混凝土梁桥的相关研究还有文献报道。对于预应力混凝土梁桥来说，桥梁预应力值的大小是评价该桥抗裂荷载的重要参数。然而，梁桥的预应力值从预应力张拉完成的那一刻开始一直在减小。因此，梁桥现存预应力值的评估对于桥梁状况和能力的评估极为重要。Lu和Law^[3]提出了一种偏心直线预应力加筋混凝土梁桥预应力值识别的振动测试方法。在他们的研究当中，预应力筋被假设为位于梁截面形心，无偏心。这个假设与大多数预应力混凝土梁的实际情况不符。

[1]DOEBLING S.W.，FARRAR C.R.，and PRIME，M.B.，“A Summary Review of Vibration-based DamageIdentification Methods.”，Shock and Vibration Dig.，30(2)，91-105，1998.

[2]FARRAR C.R.，DOEBLING S.W.and DUFFEY T.A..，“Vibration-based Damage Detection.”SD2000，Struct.Dyn.Forum，April 11-17，1999.

[3]LU Z.R.，LAW S.S.，“Identification of Prestress Force from Measured Structural Responses”，MechanicalSystems and Signal Processing 20，2006.

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于动测法的偏心直线预应力混凝土梁桥承载力评估方法，通过测试和分析结构单一测点的动力响应信号识别出预应力加筋混凝土梁的有效预应力，有效测定预应力混凝土梁桥的抗裂承载能力。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种基于动测法的偏心直线预应力混凝土梁桥承载力评估方法，从预应力混凝土梁桥强迫振动响应中识别出结构的有效预应力并基于此评估结构的抗裂承载力。进一步，其包括以下步骤：

1)对梁桥结构进行强迫振动测试并获取结构的单点振动响应；

2)建立结构有限元数值分析模型分析预应力水平对结构动力特性的影响；

3)采用基于敏感度的优化方法从量测到的结构动力响应变化量中识别出结构的有效预应力；

4)根据测到的有效预应力值计算预应力混凝土梁桥测试时的抗裂承载能力。

振动测试前根据结构型式和支撑情况，估计结构前五阶竖弯振型，据此确定强迫振动测试的激振方式、激振点和拾振点，同步获取激励信号和结构振动信号。

根据给定外荷载作用下的运动方程，确定偏心直线预应力加筋混凝土梁桥由于偏心直线预应力作用导致的结构几何刚度矩阵，基于此通过有限元数值分析模型分析预应力水平对结构动力特性的影响。

基于有限元模型推导结构响应对预应力值的敏感度矩阵，并采用优化方法从量测到的结构动力响应变化量中识别出结构的有效预应力。

恒载保持不变，确定结构有效预应力与对活载的抗裂承载力的关系以评估结构抗裂承载力。

受偏心直线预应力作用的结构强迫振动响应

对于受偏心预应力作用的混凝土梁桥(如图1)，它在给定外荷载作用下的运动方程如下：