[发明专利]一种基于影响线的桥梁快速检测方法

摘要

本发明涉及一种桥梁快速检测方法，属于土木工程应用技术领域。首先采用已知轴重和轴距的加载试验车进行加载测得测试点的响应；然后通过采用特定函数(分段多项式和正弦波叠)拟合测点动力响应的方法提取桥梁的影响线信息；引入轮胎‑路面应力分布经验公式，建立轮胎‑路面接触力梯形分布模型；结合实际影响线信息和车辆轮胎‑路面接触力分布模型，采用线性叠加方法重构不同车辆荷载组合作用下桥梁测点响应信息，即实现基于影响线的桥梁快速检测。本发明基于单一车辆的少数几次行车试验就能够快速准确地获取实际影响线信息，并重构出不同静力荷载组合工况下桥梁响应信息，达到对桥梁的快速检测，本发明方法解决了现有桥梁检测方法存在的耗时长，经济成本高以及较长时间交通阻断等缺陷。

主权项

1.一种基于影响线的桥梁快速检测方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一：动力响应测试采用已知轴重和轴距的加载试验车，从桥梁一端上桥，以频率f进行采样，记录加载试验车通过桥梁全过程的速度及桥梁各测点的动力响应；所述动力响应包括动应变、动挠度；定义：加载试验车的第i轴轴重为mi，第i轴与第1轴的距离为di，i取值为1,2,......直至num，其中d1＝0，所述num代表车辆总轴数；从加载试验车经过桥梁时产生的动力响应中选取第一轴上桥至最后一个轴出桥的实测响应为研究对象，将其定义为R；数据的采样频率为f，该段响应的数据总点数为K，则R可记录为R＝{r1,r2,...,rK}；同理，定义时间T＝{t1,t2,...,tK}，速度V＝{v1,v2,...,vK}，以及第一轴与起始点距离X＝{x1,x2,...,xK}；pi,qi和si定义为车辆第i轴上桥、出桥和经过测点位置时对应的采样点的点号，满足：(1)p1＝1,xp1＝0,xpi≤di,xpi+1>di、(2)xqi≤Lb+di,xqi+1>Lb+di、(3)xsi≤a+di,xsi+1>a+di；a表示测点位置到上桥端的距离；在初始时刻，x1＝0,t1＝0,且由于采样频率一定，tj+1‑tj＝△t＝1/f，则对于任一时刻k，第一轴与起始点距离xk可以表示为：步骤二：影响线的计算和提取以步骤一所得测点动力响应为基础，通过分段多项式和正弦波的叠加来拟合测点的动力响应，从实测动力响应中提取桥梁的影响线信息；从实测动力响应中提取桥梁的影响线信息时，首选构建混合函数所述为准静态部分与动态部分叠加，所述用于拟合准静态部分R_s、所述用于拟合动态波动部分R_D；然后依次按照(1)分段多项式叠加拟合准静态响应、(2)谐波叠加拟合动力响应、(3)影响线提取进行操作；(1)分段多项式叠加拟合准静态响应定义桥梁x＝a处挠度影响线的表达式为以下分段函数：公式(2)中Lb为桥梁跨度，a3、a2、a1、a0、b3、b2、b1、b0为均为所述多项式I的系数；实测响应R的准静态部分Rs主要由车辆的重量决定，其拟合方程为：公式(3)中，是K×1的向量，其表示桥梁响应静力部分的拟合值；[H₁]是一个K×8的矩阵，它由加载试验车的轴重、轴距、行驶速度以及采样频率决定；{λ}＝{a₃,a₂,a₁,a₀,b₃,b₂,b₁,b₀}^T为待求影响线系数向量；其中[H₁]按公式(4)进行计算；公式(4)中，i表示加载试验车的第i轴,mi表示第i轴的轴重，[Mi]是用于影响线叠加的系数矩阵；K表示第一轴上桥至最后一个轴出桥时间段内数据总点数；公式(4)中[Wi]是用于组建影响线的系数矩阵；将公式(4)、(5)、(6)以及{λ}代入公式(3)中，得到的表达式；(2)谐波叠加拟合动力响应多轴加载试验车过桥时，响应的波动部分是由一系列正弦曲线叠加而成；忽略车体质量对桥梁自振频率的影响，测点x＝a处的挠度可以表示为：其拟合函数可写成其中：根据时间点将[H2]离散成矩阵形式，见公式(10)：其中：式(11)中，Δn,i表示由mi引起的第n阶振型的静力响应，为常量；Sn＝nπv/Lbwn是与加载试验车速度和桥梁模态参数相关的常量；则明显地，h(t,n)与时间相关的常数，由已知的桥梁频率wn，车辆速度v、轴重mi求得；ψn则与第n阶模态参数相关，作为未知常数，通过拟合计算确定；式(8)中是K×1的向量，它表示桥梁响应动力部分的拟合值；[H₂]是K×N阶的稀疏矩阵，它与轴重m_i、轴距d_i、车辆速度v以及采样频率f有关；{Ψ}是N×1的待求系数向量；N是模态阶数；结合公式(3)和公式(8)，可以建立起关于实测响应R的拟合方程，如公式(12)：(3)影响线提取定义和R_k(k＝1,2,…,K)的误差函数如下，结合公式(12)和(13)，根据最小二乘原理可得：系数向量λ必须满足边界条件，同时也要保证分段多项式及其导数连续；当桥梁为简支梁时，对于应变影响线，公式(14)的附加条件为：[H3]·{λ}＝0                 (15)以应变影响线中[H3]的取值为：将公式(14)和公式(15)组合起来求解系数向量{λ}和{Ψ}；从而得到公式(2)所述影响线分段函数；步骤三：轮胎‑路面接触力分布模型的建立引入轮胎‑路面应力分布经验公式和梯形分布模型来建立轮胎‑路面接触力分布模型；步骤四：不同静力荷载工况下桥梁响应重构针对不同的静力荷载组合工况，采用步骤三求得各轮胎‑路面接触力分布模型，结合步骤二所得实际影响线以及各轮胎‑路面接触力分布情况，线性叠加计算求得各测点在不同静力荷载工况下的响应信息，从而实现响应重构；所述响应信息包括应变信息和挠度信息。