大跨径连续梁桥健康监测技术工作方案探讨

以国内外桥梁健康监测及状态评估理论及技术为基础,结合大跨连续梁桥结构特点和发展需要,分析了桥梁健康监测及状态评估系统的组成、设计,以实桥为例,对大跨径连续梁桥健康监测及状态评估技术工作方案进行了详细的介绍。依次探讨了传感器与数据采集系统、数据预处理与传输系统、数据库管理系统、综合评估决策与自动安全预警智能系统的设计方案,可进一步推动大跨径混凝土健康监测技术的理论研究,该系统的建立可为同类型桥梁的健康监测提供借鉴,对进一步提高公路桥梁的管养水平具有重大意义。     

基于实测数据的高墩大跨混凝土梁桥高精度有限元模拟方法

高墩大跨混凝土梁桥在我国沟壑峡谷地区应用较为广泛。针对这种桥梁混凝土结构施工难度较大且施工周期较长的特点,提出了一种适用于该桥型成桥阶段的力学性能分析的高精度有限元建模方法。该方法首先建立初始有限元模型,然后根据混凝土桥梁的实际施工情况以及荷载试验实测数据对该有限元模型中的结构参数进行修正,获取桥梁在运营阶段荷载作用下的准确的力学响应模型。以一座四跨混凝土连续刚构箱梁桥为依托工程建立了有限元模型,并根据其实际施工误差和结构特点确定了4个结构参数作为待修正参数,采用响应面法根据桥梁实桥加载数据对其结构参数进行了修正。结果表明,采用修正后的结构参数建立的有限元模型与实桥加载数据吻合良好,有限元模型计算精度得到了显著提高,可真实反映桥梁实际结构的受力状态。该方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

严重开裂PC箱梁桥加固

以某高速公路上一座运营超过12年、主梁严重开裂的预应力混凝土等截面连续箱梁桥为例,分析箱梁底板、腹板的"U"形、"L"形裂缝成因,并评估加固前结构技术状态,采用箱梁跨中正弯矩区腹板加厚并在加厚段内增设有粘结预应力束、底板粘贴钢板条,墩顶负弯矩区增设扁锚式无粘结预应力钢束和桥面铺装"黑改白"(由沥青混凝土改造成钢筋混凝土)等综合加固方案对该桥加固试验段进行加固.加固前、后进行3次荷载试验,评估桥梁结构技术状态.理论计算和荷载试验结果表明,加固效果良好,加固方案可行,桥梁实际承载能力大幅提高.     

大跨PC箱梁桥的预应力损失研究

预应力混凝土箱梁桥以其良好的结构整体受力性能在现代大跨桥梁结构中得到广泛应用,但迄今所修建的混凝土箱梁桥中,运营阶段箱梁开裂及下挠过大的现象较为普遍,实际混凝土箱梁桥中预应力损失估计不足是其可能的原因之一。结合某大跨预应力混凝土箱梁桥的修建及运营,对处于自然环境中的箱梁桥在纵向预应力损失作用下的确切反应进行测试,并详细地分析了各测试数据,得出了一些具有实用价值的结论,为实际箱梁桥的预应力损失分析提供参考。     

桥梁短期实测数据修正高强混凝土收缩徐变模型与长期挠度预测

为了解大跨径预应力连续箱梁桥高强混凝土的收缩徐变规律,预测其长期变形,在箱梁跨中埋置测量传感器,直接测量混凝土的收缩应变,通过增量运算理论分离出混凝土的徐变应变,对于具体桥梁的C55高强混凝土实测数据显示,现行规范的收缩徐变模型总体上会低估高强混凝土的收缩作用,而高估徐变作用.用短期实测数据修正后的混凝土收缩徐变模型预测桥梁恒载下的长期变形,由两种类型修正式的挠度估算值与实测值的比较可知,其预测精度受混凝土短期实测应变数据的完整性、测量精度及修正式与实测数据吻合程度的影响.     

斜连续箱梁桥结构动力特性分析

以某三跨斜连续箱梁桥为工程背景,采用实体单元模型和空间梁单元鱼刺骨模型进行结构动力分析,探讨了结构自振频率和振型随斜度变化规律,并通过桥梁荷载试验进行对比分析。建议在宽斜箱梁桥的模态试验中采用在箱梁两侧均布置传感器的试验方法,以求获得更为准确的结构振动试验数据。     

基于现场监测的超宽弯斜混凝土箱梁力学特性分析

为掌握宽弯斜混凝土箱梁的荷载效应分布特征,以某5×20m的预应力混凝土连续梁桥(箱梁宽54m,曲线半径小,斜交)为背景,开展从混凝土箱梁浇筑至运营前共1年的监测,采集并分析箱梁的应变和挠度;基于梁格法,建立箱梁有限元模型,分析箱梁纵、横向应力及竖向挠度。结果表明:监测期内,箱梁的应变和挠度变化显著;钢束张拉后箱梁跨中底板横向压应变小幅减小;满堂支架拆除后箱梁应变调整1～2d;箱梁纵向应变长期趋于平稳;预应力引起跨中上拱,曲线内侧至外侧上拱幅度逐渐减小;跨中断面横向应变比例集中在0～1且极值相差很小;弯桥与直桥跨中断面纵向应力差与曲线半径正相关;弯扭耦合作用下箱梁外侧箱室挠度陡增;宽跨比较大的曲线箱梁可按梁格法计算,进行纵向配束,并加强横向设计。     

桥梁健康监测系统在线结构分析及状态评估方法

为实时在线评估桥梁结构实测荷载与响应状态的相关性,提出桥梁健康监测系统的在线结构分析及状态评估方法。编制有限元分析程序内核,在程序内核中内嵌桥梁结构有限元模型,通过授权的数据库接口,读取健康监测系统中的实时荷载数据,对荷载数据进行统计分析,然后计算结构的理论响应值,并与健康监测系统中的结构实测响应值进行对比,对结构行为进行评估。某桥主桥为主跨460m的五跨连续双塔双索面半飘浮体系斜拉桥,应用该方法对该桥进行在线分析和状态评估,评估结果显示,根据实测荷载分析得到的结构响应和实测结构响应吻合较好,结构荷载和响应具有线性相关性,结构运营正常。     

连续刚构桥动力特性参数识别与有限元模型修正

以东营黄河公路大桥——大跨预应力混凝土连续刚构桥为对象,首先利用ANSYS建立了全桥的三维有限元模型并进行了理论模态分析;并应用频率分解方法(FDD)和特征系统实现算法(ERA)分析了该桥所安装的健康监测系统采集的加速度响应数据,进行了桥梁动力特性参数识别;最后,在所建立的初始有限元模型和识别的实际桥梁动力特性参数的基础上,采用模型修正的方法,得到了该桥修正的有限元模型。研究结果表明,通过该桥监测系统采集的加速度数据可以较好地识别其模态参数,所识别的模态参数可作为结构动力特性修正的依据;修正后的有限元模型能更真实地反映结构的动力特性,模型修正的结果较好地反映了实际桥梁的物理特性。该模型可以作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准模型。     

Kriging代理模型表征混凝土小箱梁典型劣化的有限元模型修正方法

桥梁在运营过程中,由于受到荷载与环境作用,其结构与材料的性能不可避免地产生劣化,运营期间的桥梁状态与设计施工时相应的桥梁状态之间,总会存在一定的差异。以某混凝土小箱梁桥为背景,针对混凝土小箱梁桥的有关典型劣化问题,依据该桥在运营期间通过传感器所测得的数据,采用Kriging代理模型,对桥梁有限元模型进行修正,并通过预设的桥梁典型劣化模式进行验证。结果表明,采用Kriging代理模型方法,使得有限元模型在修正过程中的调用次数有明显的降低,计算效率提高,模型修正结果精度更高,模拟效果较好。该方法可为其它类似桥梁提供借鉴和参考。     

B型斜连续箱梁桥结构动力试验分析研究

以某三跨斜连续箱梁桥为工程背景，采用实体单元模型和空间梁单元鱼刺骨模型进行结构动力分析，探讨了结构自振频率和振型随斜度变化规律，并通过桥梁荷载试验进行对比分析，结果表明实体单元模型计算结果更为可靠。根据实体模型振型，建议在宽斜箱梁桥的模态试验中，采用在箱梁两侧均布置传感器的试验方法，以求获得更为准确的结构振动试验数据。     

广西某高速公路连续刚构特大桥有限元分析

主要介绍了广西某高速公路特大桥的设计与计算.该桥为连续刚构桥,跨径布置为131 m+198 m+131 m,边中跨比例0.66,大于一般同类桥梁.采用MIDAS/Civil进行了有限元静力和抗震分析,并针对新建大跨径预应力混凝土连续箱梁桥在运营阶段的跨中下挠和结构开裂问题,设置了预应力备用束.     

预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法研究

基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。     

预应力混凝土连续箱梁开裂后的刚度退化模型

为了研究预应力混凝土连续箱梁开裂后的刚度退化规律,基于CB壳单元,采用层状模型模拟预应力混凝土结构;考虑加载和卸载效应及材料和几何双重非线性效应,有效地模拟了三跨连续斜交箱梁的开裂、屈服和失效全过程。基于非线性有限元分析,提出了一种预应力混凝土箱梁开裂后的刚度退化模型,由该模型计算了预应力混凝土箱梁开裂后的刚度折减量。结果表明:CB壳单元模型对于预应力混凝土箱梁的非线性分析有良好的适应性,对箱梁开裂后的使用性能评估有实际应用价值。     

高强混凝土指数型收缩徐变预测模型及工程应用

收缩徐变是导致大跨度预应力混凝土箱梁桥长期变形的重要因素,现有桥梁长期变形分析中通常采用CEB-FIP 90模型,计算结果会出现较大偏差。为减小预应力混凝土箱梁桥长期变形的计算误差,以某三跨预应力混凝土连续箱梁桥为背景,对该桥相同配比的高强混凝土进行了标准徐变试验,将实测数据拟合得到指数型收缩徐变模型,并根据该桥混凝土构件实际尺寸效应、湿度效应、钢筋配筋率和持荷年限对徐变系数进行修正。由此计算得到该桥的长期变形与实测数据吻合较好,验证了指数型收缩徐变模型比现有徐变模型具有更高的预测精度。     

预应力混凝土箱梁水化热裂缝控制与预防

目前大跨预应力混凝土箱梁桥的早期开裂现象较为普遍,已成为桥梁工程界极为重视的重大技术问题。水化热是引起混凝土箱梁早期裂缝主要原因之一。以某箱梁桥水化热实测数据为基础,探讨不同配合比条件下水化热对箱梁混凝土早期开裂的影响,结果表明：过高的水化热是引起箱梁腹板早期开裂的主要原因之一,实际施工可在混凝土中掺入适量粉煤灰,以减少水泥用量从而降低混凝土的水化热,就该桥测试数据而言,掺入了18%的粉煤灰可显著的降低箱梁混凝土水化热的影响。大跨预应力混凝土箱梁桥施工早期应采取有效措施使结构的内外温差控制在30℃以内。     

飞鸟式钢管混凝土拱桥健康监测系统研究

以东莞水道特大桥为背景,根据该桥桥型及结构受力特点,对该桥进行系统全面的结构受力分析计算,以作为大桥健康监测系统测点布设方案、元器件选型以及安全评估决策分析的依据;叙述了飞鸟式钢管混凝土拱桥健康监测系统构成及各子系统的组成。其中子系统包括:1自动化传感监测系统;2结构安全综合评估子系统。介绍了静态参数监测系统的各传感子系统的部分监测结果,监测数据表明桥梁各监测指标处于正常的变化范围,桥梁总体处于安全、可控的运营状态。     

对预应力混凝土箱梁桥应力设计方法的探讨

在调查既有预应力混凝土连续箱梁桥开裂状况和裂缝形态的基础上,较全面地分析了引起箱梁受力开裂的原因。指出现阶段桥梁设计中采用的平面杆系程序,对箱梁局部应力估算的不准确是导致箱梁受力开裂的主要原因。根据箱梁结构的受力特点,提出采用应力设计方法解决预应力混凝土箱梁的受力开裂问题。通过实桥算例分析,论证了箱梁空间应力状态分析对保证箱梁桥结构安全的必要性。     

混凝土桥梁应力监测中温度影响的剔除方法

混凝土实测应变由温度应变、应力应变、收缩徐变应变等组成,从中获取反应结构受力的应力应变对桥梁受力评价和施工控制具有重要意义。本文通过分析混凝土应变的组成,基于混凝土应变和温度的同步连续监测数据,提出了以温度应变为主的非应力应变剔除方法,使监测应变能更精确地反应结构的真实受力状态,并以宁波市轨道交通4号线上跨杭深、萧甬铁路工程跨铁路节点桥为例介绍了该方法,从而为结构应力分析和施工控制提供了依据。     

中小跨径桥梁结构安全状态评估研究

针对目前中小跨径桥梁健康监测系统及结构安全状态评估相关研究不足的情况,以万埠大桥为工程背景,通过安装在桥梁结构上的健康监测系统获得实时监测数据,对桥梁结构应变及倾角数据进行分析处理。基于统计学原理,采用损伤预警理论中的无模型指标训练法对万埠大桥进行安全状态评估,通过该法计算得到桥梁结构应变及倾角值的安全阈值,将监测系统实时监测数据与安全阈值进行对比,评估桥梁安全状态,为桥梁管养部门管理决策提供依据,也为今后中小跨径桥梁安全评估提供实例借鉴。