[发明专利]一种板梁桥结构动态承载力的反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种板梁桥结构动态承载力的反演方法，属土木工程中的桥梁结构反演技术领域。

背景技术

板梁桥具有构造简单、受力明确、施工方便、工艺成熟、建筑高度小以及经济实用等优点，在我国公路和城市建设中得到了广泛应用。在长期的运营使用之后，这些桥梁的实际承载能力是否仍能达到设计标准，是所有桥梁建设和管理者所共同关心的话题。然而，桥梁在建设过程中会出现各种偏差，如尺寸、材料等与设计不完全一致；使用过程中会产生损伤，如铰缝破坏或板梁裂缝等；以及建模分析过程中会采用各种假设进行简化等等。上述问题的存在使得实际的桥梁结构与分析模型中不一致，因此，根据试验数据对实际结构进行反演是十分必要的。

对板梁桥进行结构建模主要包含两方面的困难。一是对铰缝的模拟，铰缝由于是现场施工，难以保证质量，在桥梁长期运营之后容易出现损伤，因此，铰缝的实际状态与理想中的刚性铰接是不同的；二是对桥上附属结构的模拟，桥梁上常带有栏杆、人行道板、隔离墩及桥面铺装等附属结构，这些附属结构与主体结构之间的连接既不是理想的铰接，也不是理想的固接，其对结构的影响一直难以估计。但一般的结构反演中大多仅将弹性模量作为反演参数，难以解决上述困难。申请人曾提出“一种评价板梁桥铰缝损伤程度的方法”（CN201210062742.8），该方法对于铰缝的评价具有较高的精度，但该方法无法考虑板的损伤及板上附属结构的影响。本发明中尝试在板梁桥的结构反演中将铰缝刚度、板的抗弯刚度修正系数以及板的抗扭刚度修正系数作为主要反演参数，以期得到能反映结构的真实受力特性的模型。

发明内容

本发明公开了一种板梁桥结构动态承载力的反演方法，其目的在于克服现有板桥梁结构损伤模拟试验中,附属结构对主体结构之间产生的影响力没有考虑在内,导致对结构的损伤评估不真实,不能得到真实受力模型的弊端。本发明将铰缝刚度、板的抗弯刚度修正系数以及板的抗扭刚度修正系数作为反演参数，可以准确模拟板梁桥的实际受力状态，给出结构真实的承载能力并得到结构构件的退化过程，为加固设计、桥梁限载和桥梁动态管理等工作提供依据。

研究表明:铰缝的损伤反映在铰缝的刚度上；板的损伤反映在板的刚度上，附属结构的贡献也反映在板的刚度上。因此，通过铰缝刚度和板的抗弯刚度修正系数以及板的抗扭刚度修正系数，可以准确模拟板梁桥的实际受力状态，本发明将反演以上参数。由于板边位移可以同时反映以上3组参数的贡献，同时易于现场观测，因此，可以通过板边位移与以上参数建立关系。研究发现，这种关系是线性的，在完成2组以上试验的情况下，可以建立的方程数量超过了未知量的数量。这样，使用最小二乘法即可得到反演参数。

本发明采用如下技术方案：

一种板梁桥结构动态承载力的反演方法，其特征在于：将铰缝刚度、板的抗弯刚度修正系数以及板的抗扭刚度修正系数作为反演参数，通过与板边位移建立关系,形成线性方程组，在完成至少2组试验的情况下，建立的方程数量超过了未知量的数量，使用最小二乘法即得到反演参数；具体步骤如下：

第一步，根据图纸或实测参数，按下式计算桥上各板在板中心单位竖向荷载作用下的跨中挠度w_i和b_i/2扭矩作用下的扭角

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其中，b_i、l_i、E_i、I_i、G_i、I_Ti分别为第i块板的宽度、计算跨径、弹性模量、抗弯惯矩、剪切模量和抗扭惯矩；

第二步，将加载车辆称重，记录每辆汽车的各轴重量；