基于动应变测量在桥梁动挠度识别应用研究

针对传统桥梁挠度监测过程中精度不足,应用范围局限于小跨度桥梁结构,提出了一种基于应变模态的动应变识别方式。通过动应变互相关函数求得振动梁结构的应变模态振型,利用应变—位移转化关系获得结构的位移模态振型,进而获得应变模型的位移模态坐标。将位移坐标与位移模态振型进行关系叠加获取整个梁结构的动应变实时曲线。以天津外环津静收费站高速路段简支梁段为对象,对动应变识别方法进行了验证,结果表明:在脉冲激励作用下,动挠度识别法能够有效控制不同位置节点动挠度误差持在7%的误差范围内,在移动荷载下的梁结构动挠度识别最大误差在2%以内,满足工程实际需求。     

运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性研究

针对运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性问题,以琶洲大桥和洛溪大桥为背景工程,采用有限元计算和现场试验获取其车辆荷载动挠度,并分别在时域和频域,重点研究了运营车辆荷载作用下动挠度的统计特征和频谱特性。研究结果表明,模拟车辆荷载作用下的动挠度与实测动挠度吻合较好,两座背景桥的动挠度计算值以及实测值的均值和方差均在3～5mm范围内,均方差在2mm左右,变异系数超过50%,说明在大跨PC梁桥挠度监测时,不能忽略运营车辆荷载作用下桥梁结构挠度的动态效应,应采用动挠度来表征桥梁结构变形。功率谱密度曲线呈多峰分布,幅值谱属双峰分布,幅值谱主要频率集中在结构振动一阶频率及三阶频率附近。研究结果可为桥梁结构动态挠度监测方法研究和挠度成分分离研究,提供科学依据和基础数据。     

基于动静载试验的斜拉桥初始状态研究

由于施工阶段中存在的较多不确定性，桥梁的初始成桥状态与设计成桥状态存在误差。精确掌握桥梁初始成桥状态，对于后续运维养护具有重要意义。桥梁动静载试验是测试桥梁性能的重要方法之一。以某主跨220m独塔斜拉桥为例，结合动静载试验的方法，测定了该桥的自振特性，在特定荷载下的动静挠度，应变等参数，并与有限元模型理论值进行比较。结果表明，该桥结构刚度，动力特性均满足设计要求，具有较好的初始成桥状态     

部分斜拉桥静载试验分析

以桥梁设计理论、有限元法分析技术为理论基础,对国内一座部分斜拉桥的静载试验进行了研究。通过实测值与理论值比较分析,结果表明该桥在试验荷载作用下主梁实测最大挠度值、塔顶最大水平位移值、最大索力值和最大应变值均小于理论计算值,在各个工况荷载作用下,实测残余挠度值与残余应变值较小,表明结构具有良好的变形恢复能力,桥梁结构性能良好。本次试验可为同类桥梁结构的设计和检测评估提供有价值的参考。     

基于静力模型修正的装配式T梁桥荷载横向分布计算

为了准确计算装配式T梁桥发生损伤情况下的荷载横向分布状况,并准确评估桥梁损伤情况,在铰接板(梁)法的基础上,提出了一种基于模型修正理论的桥梁荷载横向分布计算方法。首先建立了一个同时考虑主梁和铰缝损伤的简化模型。以主梁刚度K_k和铰缝刚度K_q作为待修正参数,定义相应的刚度折减系数η_k和η_q,再以结构静力响应构造目标函数,并通过L-M法和G-N法相结合的方法对目标函数进行优化,得到桥梁损伤状况下的刚度折减系数。根据修正后的刚度参数,计算出考虑主梁和铰缝损伤的荷载横向分布系数。以一座在役15 a的装配式T梁桥为算例验证了所提出方法的准确性。算例以出现破损的3片主梁和2道铰缝的刚度为修正参数,以主梁计算挠度与实测挠度的残差为目标函数,通过不断修正损伤模型刚度参数来反映桥梁构件的实际服役状态。计算结果表明:此方法能够快捷地识别出结构损伤对主梁和铰缝刚度的影响程度;模型修正后的主梁挠度及荷载横向分布计算值均与实测值吻合良好,而在模型未修正前的计算值与实测值差异较大;本研究方法能够较好地适用于装配式铰接T梁桥及板桥损伤后的刚度参数识别和荷载横向分布计算,而初始未考虑损伤的计算模型已经不再适用于该类桥的荷载效应计算。     

基于准分布式FBG传感技术的梁式桥挠度间接推算方法研究

应变和挠度是判断桥梁健康状况的两个重要指标,但传统测量技术很难准确测量全桥应变和挠度分布,更难建立宏观应变和微观挠度的联系。该文采用几何数值解析法,考虑实际桥梁损伤缺陷,全桥刚度并不均匀统一这一实际情况,配合准分布式FBG光纤传感器,研究梁的几何变形中转角和挠度的关系,提出了几何法间接计算桥梁的挠度,并进行了相关试验论证。理论分析和试验结果证明:FBG光纤传感器有较高的应变测量精度,且由其间接计算得到的挠度误差较小,适用于桥梁应变和挠度的监测。     

铁路混合梁斜拉桥动静载荷载试验研究

宁波铁路枢纽甬江铁路斜拉桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥,对其进行动静载荷载试验研究具有重要价值。本文基于有限元法获得的理论数据制定了动静载试验方案。测试了各项初始参数并与设计值分析比较以作为后续测试的初始数据。测量了桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力,检验是否达到设计要求。对试验截面的应力、挠度以及索力检测结果等实测值与计算值进行了比较并获得校验系数,对桥梁真实承载能力做出了评定。此外,还检验了桥梁在满载货车以各种速度运行条件下的实际工作状态。对列车动活载作用下主梁的最大横向、竖向加速度值,结构阻尼系数等参数进行了测定,并参照相关规范作了评价。基于动静载试验结果的分析,对甬江桥的工作性能进行了较为全面的评估,该桥工作状态达到了设计要求。     

预应力高强钢丝绳加固桥梁动静态力学性能的测试分析

为了验证预应力高强钢丝绳加固新方法(P-SWR技术)加固工艺的可行性及加固效果的有效性,对某一高速公路上已有较严重损伤混凝土板梁进行了加固与系统测试。给出了P-SWR加固桥梁时钢丝绳数量和张拉控制应力确定,钢丝绳和锚具布置等设计方案以及详细的施工工艺。系统测试了P-SWR加固前后桥梁的动静态力学性能,包括:施工过程中钢丝绳应变、钢丝绳张拉后所加固梁的跨中反拱值,加固前后正常通车时随机汽车动态荷载作用下和部分封闭交通时恒定静载作用下梁的跨中挠度、跨中截面处纵筋应变、跨中截面处板底混凝土应变以及钢丝绳的应变增量等。结果表明,P-SWR加固效果明显,加固后桥梁的极限承载力和正常使用承载力达到规范要求,P-SWR加固技术是一种主动高效式的加固方法,与现有其他加固技术相比优势明显,值得在桥梁等结构加固中大力推广。     

双参数粘弹性地基无限长梁移动荷载作用下瞬态动力响应

基于双参数弹性地基模型,推导建立考虑变形随时间变化的双参数粘弹性地基无限长梁的动力方程;分别采用直接积分变换法和Green函数求解动力方程,对比两种方法的解,验证求解过程的正确性;并分别讨论了不同动荷载工况,得到相应梁挠度的积分形式解。     

沱河大桥施工控制研究

以沱河大桥为例,介绍了桥梁施工监控的实施方法。桥梁监控中主要控制梁的内力(应力)和挠度,分析了施工过程中和成桥状态的主梁的挠度和应力。根据已知资料建立有限元模型,对相应施工阶段进行模拟,计算桥梁结构在各个施工阶段和成桥状态的受力状态和工作情况。通过分析挠度、应力在实际和理论上的吻合度得出主桥成桥线形过渡自然,达到了施工监控的预期效果。     

世界第一高钢桁梁斜拉桥动力特性试验研究

以跨径为720 m、桥面距地面516 m的世界第一高钢桁梁斜拉桥—北盘江大桥为例,采用有限元软件MIDAS/CIVIL2016建立有限元模型,进行大桥自振特性理论分析。介绍了钢桁架斜拉桥动力荷载试验方法和过程,对大桥的固有频率、动应变等实测参数与理论进行了对比。试验结果表明,大桥数值分析与实测数据吻合较好,实测整体刚度大于理论刚度,具有一定的安全储备,结构受力特性正常,可为同类钢桁梁斜拉桥检测评定提供参考。     

基于正则化与B样条曲线的桥梁影响线识别方法

为了快速评估既有桥梁的安全性，研究了基于多源实测信息快速准确识别桥梁影响线的方法。首先利用桥梁动力响应及车辆移动的实测信息，建立影响线识别的数学模型。在模型中引入Tikhonov正则化方法以解决病态矩阵求解问题，通过设置罚函数项以取得较光滑并贴近真实的影响线。然后通过基函数扩展法重构影响线，将其表示为一系列三次B样条基函数的线性组合，从而将问题从识别众多影响线因子简化为识别少量基函数权重系数。为了验证上述方法的可行性，先在实验室模拟钢制试验小车在钢筋混凝土三跨连续梁模型上移动的过程。基于实测布置于梁底的多测点挠度和应变响应时程以及相应的试验车信息，可识别出不同位置测点的挠度和应变影响线。试验结果表明无论是影响线的总体形状还是局部峰值，识别解与基准解均能较好地吻合。该方法还被进一步应用到一座简支现浇预应力混凝土箱梁桥。该试验通过实测检测车过桥期间的桥梁跨中截面若干测点的动应变、动挠度以及车辆重力、实时位置等信息，准确识别了对应于不同车道的挠度和应变影响线。通过对比桥梁静载实测和影响线虚拟加载结果，发现两者偏差绝对值在5%以内。在一定程度上表明了该影响线识别方法具有较高精度，并具备工程应用的良好潜力。     

超宽简支钢箱梁动力特性及简化分析方法研究

随着超宽梁桥的逐渐增多,宽幅桥梁与普通的窄桥相比,在荷载横向分布、稳定分析以及横向连接等方面都有明显区别。现以一座单跨单箱多室钢箱简支梁桥为研究对象,分别建立空间梁单元模型、等效板单元模型、梁格体系模型和实体单元模型,并对四种模型进行了动力特性结果比较,探讨了超宽简支钢箱梁桥不同计算模型动力特性的差异。结果表明,梁格体系模型的竖弯频率误差最小,而所有模型的扭转频率误差都较大。对于宽度不同的梁桥,运用等效板单元模型进行参数化分析,并对桥梁的竖弯频率和扭转频率的计算,提出简化模拟公式。归纳出的结论对同类桥梁的动力特性计算具有一定的参考价值。     

动荷载作用下钢结构涂装的累积损伤机理与量化模型

为研究动荷载作用下公路钢桥涂装层与基体间的协同变形和破坏机制,开发了钢结构涂装层试件的动荷载试验系统,研究了疲劳荷载作用下涂层的破坏模式、附着力、弹性厚度、应变等随循环加载次数的发展规律。结合涂层破坏模式和发展规律,构建了涂层疲劳累积损伤度的计算模型,提出了基于损伤度的涂层破坏分级方法,并结合试验结果进行了验证。结果表明:疲劳荷载将引起涂层的附着力下降、弹性厚度降低和应变松弛,进而导致涂层出现附着破坏、内聚破坏及其组合。涂层附着损伤度是涂层损伤的主要因素,且随加载次数持续增大,当加载次数较大时内聚损伤贡献突出。试验涂装体系在22万次应力循环后附着损伤度最大为0.34,内聚损伤度最大为0.27,总损伤度达0.61,属于严重损伤。提出的损伤度模型及破坏分级方法与试验规律吻合良好,可应用于公路钢桥涂装层受动荷载作用下的寿命预测。     

某大跨径双塔单索面矮塔斜拉桥动载试验研究

以某大跨径双塔单索面矮塔斜拉桥为依托工程开展数值仿真分析、动载试验和相关比较分析。分析结果表明:实测主梁前四阶竖向弯曲自振频率均比理论计算值大,结构有一定的刚度储备;实测主梁前四阶振型与计算振型基本吻合,未见明显变异区段;该桥梁的动力特性符合设计要求。在无障碍行车工况下,该桥测试部位的冲击系数均大于计算冲击系数,基本随车速的提高而提高;在制动试验和有障碍行车工况下,该桥测试部位的冲击系数相对较大,表明当桥面不平整时,桥面行车对桥梁结构的冲击效应将明显增大。对于结构基频较小的大跨径矮塔斜拉桥,按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)对桥梁冲击系数取值偏不安全或安全储备偏小,有待进一步研究和探讨。     

强风环境下斜拉桥车桥系统动力响应分析研究

基于模态综合分析理论,在推导复杂车辆模型刚度、阻尼矩阵和建立车桥系统风荷载模型的基础上,提出一种全面考虑动力风载效应的车桥系统动力响应分析方法,结合桥例对强风环境下的斜拉桥车桥系统的动力响应进行了分析研究。结果表明:强风下桥梁竖向位移响应受风载影响显著,横向位移响应主要由风荷载控制;低风速下桥梁的振动加速度响应受风荷载影响较大;风荷载引发的桥梁振动对车辆竖向位移和加速度响应影响较大,横向响应由风载和桥梁响应控制,风载对车桥系统动力响应影响明显。所提出的方法具有较高的精度和分析效率,可为其他类型大跨桥梁的相关分析提供参考。     

广东博罗大桥加固后静载评估分析

介绍了广东博罗大桥加固后的静载试验.借助桥梁专用有限元计算分析软件仿真模型,对桥梁在试验荷载下结构实测挠度及应变与理论值进行比较分析,判断该桥梁结构加固后是否满足设计荷载要求,对桥梁后期运营及养护提出建议.     

三次样条插值函数在桥梁挠度测量中的应用研究

桥梁挠度测量是桥梁检测的重要组成部分。通过在所测桥梁上布设倾角仪,测量各测点的倾角值,然后用专用软件给出关心桥梁截面的挠度、倾角和曲率值,从而为桥梁安全性评价提供依据。该文介绍了利用倾角仪测量桥梁挠度的方法及其计算原理,通过在所测桥梁上布设倾角仪,测量倾角仪布点处的倾角值,然后利用三次样条插值函数构建桥梁挠度曲线函数,从而计算出所求桥梁截面的挠度、倾角和曲率值,为桥梁安全性评价提供依据。该方法计算简便,不仅适用于简支梁和静载情形,而且适用于连续梁和动载情形。