[发明专利]一种基于移动荷载试验的桥梁承载能力评估方法

说明书

本发明涉及一种桥梁承载能力评估方法，属于土木工程应用技术领域。本发明方法首先通过现场试验，测得移动荷载作用下桥梁的动力响应；然后通过采用分段多项式函数模型和循环拟合的思路，计算提取桥梁的实际影响线；基于桥梁实际影响线和理论影响线，构建影响线评估指标；并用构建的指标替代传统桥梁荷载试验静力校验系数来评估桥梁承载能力。本发明解决了桥梁承载能力评估‑荷载试验法存在的开展成本高、需要影响或中断交通、耗时耗力等方面的不足；本发明基于移动荷载试验的桥梁承载能力评估试验过程简单、获取记录的数据信息量大，对实现桥梁承载能力评估的快速化、经济化有着巨大意义；不仅如此，本发明还能避免静载试验因大量加载而导致桥梁损伤的可能性。

技术领域

本发明涉及一种桥梁承载能力评估方法；属于土木工程应用技术领域。

背景技术

桥梁承载能力评估是验证结构设计、检验施工质量和判断桥梁实际承载能力水平的必要手段，对防止桥梁事故的发生有着重要作用，能够为桥梁的维修加固和改造提供相应的技术依据。

目前土木工程领域常用的桥梁评估方法有基于外观检查法和荷载试验法。外观检查法需要对桥梁进行详细的外观检查，较适用于评价构造简单、受力明确且易于观察的构件，比如栏杆、伸缩缝、支座等；对复杂结构现有的评分标准及评估结果往往不够理想。荷载试验法是当前桥梁检测评估中最直观、最有效的方法，但其开展成本高、需要测试工况多、存在长时间影响或阻断交通等问题，给数量众多的桥梁评估带来了诸多不便。

截至2017年底，我国现役公路桥梁83.25万座，随着服役时间延长，都将逐步进入老化养护期。仍采用传统检测方法将带来巨大检测评估工作量和时间、经济消耗。如何实现对既有桥梁的快速化、经济化评估成为亟待解决的热点问题。桥梁影响线是桥梁结构的固有特征，能够反映其承载能力；近年来，对桥梁实际影响线的提取方法及试验手段逐渐成熟。在此基础上本专利发明了一种基于实际影响线的桥梁承载能力评估方法。

发明内容

本发明提供一种桥梁承载能力评估方法，从移动荷载作用下桥梁动力响应中提取实际影响线信息，以此评估桥梁结构承载能力，实现桥梁评估的快速化、经济化。本发明的主要内容包括：

(1)桥梁影响线理论模型

桥梁影响线描述桥梁结构在单位荷载作用于不同位置下的静力响应，它是桥梁结构重要的静力特征参数，与桥梁的边界条件、几何参数(截面、长度)、物理参数(刚度)等密切相关。以几种易于测试获取的桥梁响应(应变、挠度)为例，其影响线理论模型特征如下：①应变影响线：理想简支梁的应变影响线为分段折线；一般边界梁(一般边界梁指梁的一端或者两端存在扭转约束)的应变影响线为分段三次函数；②挠度影响线：理想简支梁和一般边界梁的挠度影响线均为分段三次函数，其分段数大于等于2。

(2)基于移动荷载试验的桥梁实际影响线的测试提取

桥梁移动荷载试验及实际影响线提取过程简述如下：

采用一辆已知轴重、轴距和轴数的试验车辆，根据实际情况控制车辆以已知速度(近似匀速)行驶通过待测桥梁。对整个试验过程，以合理采样频率采集桥梁测点的动力响应(挠度或应变响应)。选取试验车辆第一轴上桥至最后一轴出桥时间段内的桥梁响应，作为桥梁实际影响线提取的计算数据。

关于从桥梁动力响应中提取桥梁实际影响线的问题，专利(专利号：201510212858.9)采用“两段函数模型”实现了从车辆匀速或非匀速过桥的动力响应中提取实际影响线信息。该方法主要适合于刚度均匀的梁桥，对于含局部损伤的梁桥或变刚度梁桥，采用“两段函数模型”提取的影响线往往与实际不符。

进一步地，专利(专利号：201510212858.9)提出基于影响线的损伤检测方法时，其影响线提取环节将影响线模型由“两段函数模型”扩展至“多段函数模型”，用于准确描述提取损伤梁桥的实际影响线信息。但多段函数的采用同时降低了影响线模型的滤波功能，导致提取的影响线存在不可避免的微小波动，需进一步借助滤波、移动平均等信号处理手段消除波动干扰。