动挠度与桥梁健康监测.pdf

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1、乔丽霞：动挠度与桥梁健康监测77动挠度与桥梁健康监测乔丽霞{河北工业大学。天津300000)【摘要】对动挠度和桥梁健康监测的应用、重要性做了详细的介绍，明确了动挠度在桥梁健康监测中应用的必要性、可行性。将挠度的理论分析与有限元分析相结合，得出了一些关于动挠度的结论。在动挠度研究的基础上，提出了桥梁健康监测的模型，可以使动挠度理论更好的应用于桥梁健康监测。【关键词】有限元；动挠度；健康监测【中图分类号】TU375．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)12—0077—020引言式中，△为截面位移；M、ⅣK、Q为虚拟状态中桥梁是公路交通的重要组成部分

2、，是路网中的重由虚拟单位力JP=1产生的弯矩、轴力和剪力；M、要环节，在交通系统中起着至关重要的作用。桥梁作Np、Q为实际状态中由荷载产生的弯矩、轴力和剪力；为重要的交通设施，对于保证和促进社会经济发展起d、duy。、ds为实际状态中任一微段ds由内力M着基础性的作用。NQ产生的相应位移；．R为支座反力；c为支座位移。在桥梁健康监测系统及荷载试验中，变形是一个极其重要的指标。挠度作为变形的一种描述形式，可由材料力学可知．d：=以评价桥梁质量及运营状态，反映桥梁的刚度，是桥kQ~Qpds—梁整体变形最明显的反应。尤其是桥梁的动挠度，更。忽略支座位移、轴向变形、剪切变形的

3、影是对桥梁刚度最为实时的反应，是桥梁在车辆荷载作响，仅考虑弯曲变形，则梁的位移计算公式可写为：用下最为真实的反应。在车辆荷载作用下，桥梁结构△=∑J．MKMp(2)将产生比相同静荷载作用下更大的变形和应力。因此，对动挠度进行研究有着重要的科研价值和实用从上式可以看出，结构的位移主要由荷载、材料价值。属性和结构特性三方面决定。在荷载不变的前提下，桥梁健康监测是集结构监测、环境监测、交通监位移的改变可以看作是材料属性、结构特性之一或两测、设备检测、损伤诊断、结构评估、损伤预警和桥梁者的变化。定义材料的弹性模量与截面惯性矩的乘养护管理于一体的多功能综合系统。桥梁健康监积为结

4、构的刚度，由式(2)可知，在结构形式和荷测系统的出现主要有三方面的原因：①路网中相当大载不变的情况下计算的结构位移是对结构刚度的一部分桥梁的服役期已不短，且存在很大的安全隐反应。患；②继续使用原有的桥梁的管理方法管理桥梁，已2简支梁有限元分析不能满足日益增长的交通量对桥梁的要求；③需要养ANSYS有限元分析软件是融结构分析、流体分护的桥梁越来越多，而我国经济实力有限。析、电场分析、磁场分析、声场分析等分析于一体的大桥梁健康监测的作用主要体现在三个方面：①对型通用软件，广泛应用于各科研领域。软件主要包括桥梁结构的工作状态进行监测与评估；②对现有桥梁前处理模块、分析计算模

5、块和后处理模块三大部分，的设计理论进行验证；③改进现有的设计规范，促进具有静力分析、动力分析、模态分析、瞬态分析等诸多分析功能。桥梁的研究与发展。取高为2m的标准T型截面建立长为30m的简支1挠度计算梁，建立有限元模型。有限元模型单元弹性模量取截面的挠度即梁横截面的形心沿垂直于梁轴方3．0×10Pa，泊松比取0．2，密度取2500kg／nl。模型向的位移，是衡量梁变形的基本量之一。结构产生位共定义31个关键点，划分单元30x5个。简支梁模态移的因素有很多，如荷载、温度变化、支座位移等等。分析的前三阶模态频率依次为4．14、l4．82、35．98Hz。由虚功原理可知，变

6、形体系的虚功方程为：r—r一，一一对简支梁模型施加V=40km／h、V=50km／h移动△KP=∑IMKdOP+∑fNKduP+∑JQK7Pdls∑RCJJ荷载进行动力分析，跨中节点分析结果见图1。通过(1)有限元动力分析可知，跨中节点动挠度随荷载速度变78低温建筑技术2012年第12期(总第174期)化显示出不同的波动特性，V：40km／h时有11个波动转折点，V：50km／h时有9个波动转折点。所以通过判断动挠度曲线的波动情况可以间接了解桥梁车辆的行车情况，实现对桥梁受力荷载的实时监测。^』^Jl，VVV0Llj×、、，一完好结构+左边跨损伤+跨中损伤—o-右边跨

7、损伤毯一l-，一1l√1、，图2损伤简支梁动挠度曲线对比图-10．511．522．53时间=[三(a)F]+v=40km·h—l[互11磊m(insin)+一．4互磊cf‘T+善圣ST]+^，、，、0l，、Vl[C10+C2ln0](4)2一．4、I×4结语1／-一．8l本文对动挠度和健康监测的应用、重要性做了详—1．2lI、^，、，细的介绍，明确了动挠度在桥梁健康监测中应用的必—1．60．4．81．21．622．42．8要性。通过对动挠度进行理论分析和有限元分析，初时间步总结了桥梁在动荷载作用下动挠度的变化规律。通过对桥梁动挠度数据进行处理分，昕发