[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于移动荷载试验的桥梁承载能力评估方法，其特征在于：包括下述步骤：步骤一：通过循环拟合计算方法，提取具有准静态特性桥梁实际影响线①开展移动荷载试验，选取车辆上桥至出桥时间段内桥梁动力响应作为影响线提取研究对象；②根据桥梁长度L确定分段数量，将影响线I沿桥长分为N段，分别记为I₁，I₂，……，I_N，每段长度分别为L₁，L₂，……，L_N；构建分段多项式函数模型f₁(x)；引入可调幅谐波函数f₂(x)用于拟合移动荷载导致的波动部分；f₂(x)＝(e₂x²+e₁x+e₀)sin(wt)  (2)式(2)中w表示桥梁竖向振动基频，通过测试得到；t表示时间，取值介于0和车辆在桥上行驶总时间t₀之间；x表示荷载到上桥梁端的距离，为变量，取值(0，L_b)，与(1)式中x取值同步；e₀、e₁、e₂为参数；其中I₁，I₂，……，I_N，均为三次多项式；起、止点值为零；且相邻分段函数在交点处满足连续、一阶求导后连续、二阶求导后连续的条件，见公式(3)；式中：x_i描述各段相邻函数交点位置，0<x_i<L；L指桥跨长度。③结合步骤②分段多式函数模型和谐波函数模型共同拟合步骤①动力响应，经最小二乘法计算得到分段多项式函数a_i、b_i、c_i、d_i和谐波函数模型的参数e₀、e₁、e₂。从而得到分段多项式函数，即为初始影响线；④定义第p次进行步骤③所得分段多项式函数为第p影响线；所述p大于等于1；将第p影响线(即：单位移动荷载作用下的响应信号)作为下一步影响线提取研究对象，以获得第P+1影响线；⑤改变分段函数的分段数量和分段点位置，重新构建分段多项式函数模型；⑥以步骤⑤分段多项式函数模型拟合步骤④中的第p影响线，经最小二乘法计算得到分段多项式函数模型的参数，从而获得到第P+1影响线；⑦重复步骤④‑⑥至少2次、优选为大于等于500次，得到所述准静态特性桥梁实际影响线；步骤二：基于影响线的桥梁承载能力评估指标构建类比桥梁荷载试验规范中校验系数的定义，校验系数ηη＝S_e/S_s  (4)式中：S_e——试验荷载作用下量测的弹性变位值或应变值；S_s——试验荷载作用下的理论计算变位值或应变值；且S_e、S_s要么同为变位值、要么同为应变值；假定：从移动荷载作用下桥梁动力响应中经循环拟合计算提取的桥梁实际影响线记为I_e；由设计参数计算的桥梁同一测点理论影响线记为I_s；结合桥梁影响线的实际值I_e和理论值I_s，构建影响线幅值校验系数ζ_D和影响线面积校验系数ζ_A如下：影响线幅值校验系数ζ_D式中：D_e表示桥梁实际影响线I_e的最大幅值；D_s表示桥梁理论影响线I_s的最大幅值。影响线面积校验系数ζ_A式中：A_e表示实际影响线I_e与坐标轴围成的面积；A_s表示理论影响线I_s与坐标轴围成的面积。以简支梁影响线为例，其A_e、A_s如附图4、5所示。静力校验系数η和影响线幅值校验系数ζ_D都是用测点最大响应去衡量结构整体性能；而影响线面积校验系数ζ_A则反映了移动荷载作用在桥梁不同位置时响应之和去衡量结构承载能力；步骤三 桥梁承载能力评估与基于静力校验系数η的桥梁承载能力评估类似，定义基于影响线校验系数ζ_D和ζ_A的桥梁承载能力评估方法为：当ζ_D<1且ζ_A<1时，说明实际影响线较理论影响线小，桥梁实际刚度大于理论刚度或结构受力性能良好，桥梁承载能力满足设计要求，且有安全储备；当ζ_D＝1或ζ_A＝1时，说明实际影响线与理论影响线相符，桥梁实际刚度等于理论刚度，桥梁承载能力恰好满足设计要求，但没有安全储备；当ζ_D>1或ζ_A>1时，说明实际影响线较理论影响线大，桥梁实际刚度小于理论刚度，桥梁承载能力不满足设计要求，桥梁结构工作性能较差，存在安全隐患。