基于挠度监测的空心板梁评估方法.pdf

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1、◎s一⋯G一一基于挠度监测的空心板粱评估方法李小年(上海市政养护管理有限公司，上海201103)摘要：采用理论计算与挠度监测相结合，在不中断交通的情况下对桥梁工作性能进行研究，提出基于挠度监测的空心板梁评估方法，用于承载能力评估、模态参数识别、冲击系数统计及铰缝损伤评估，准确地把握桥梁的实际承载能力，为桥梁维修的决策提供了依据。关键词：空心板；铰缝；挠度监测；承载能力；基频；冲击系数O引言桥梁是城市生命线工程的重要组成部分，其安全运营状况一直是社会关注的焦点。桥梁管理部门需要及时了解桥梁结构的安全性能，根据实际情况安排桥梁养护、维修、改建等丁作

2、，保证桥梁结构的安全使用。对大型重要桥梁而言，可以建立健康监测系统对环境荷载及相应的静动力响应进行连续监测，实时监测桥梁结构状况。而中、小跨径桥梁则无法实现全覆盖的实时监测，一般是基于人工检测(包括各种无损检测方法、荷载试验等)的结果进行桥梁状态评估，往往对桥梁的荷载状况及实际承载能力把握不够及时、不够准确，缺乏有效的、经济可行的方法对桥梁结构状态进行监测及评估。本文采用理论计算与挠度监测相结合，在不中断交通的情况下进行低成本且高效的监测，对实际交通情况下的桥梁工作性能进行研究，提出基于监测数据的承载能力评估、模态参数识别、冲击系数统计及损伤评

3、估方法，准确地把握桥梁的实际承载能力，为桥梁维修的决策提供了依据。基于挠度监测的空心板梁桥评估方法流程如图1所示。l理论分析某桥位于S4高速，其跨径为22m，上部结构形式为装配式空心板梁桥，设计荷载为汽车一超20级。该桥横向由11片空心板梁组成，编号从外侧到内侧分别为1号～11号梁，1号梁与2号梁之间的铰缝编号为1”2铰缝，以此类推。横截面形式如图1所示。收稿日期：2016一02—2352上冯么稚No．22016挠度监测王信哆处理与数据分#骨限元分析————}V—V——V数据统汁桥粱坫顿冲击系数V损伤评“VK、铰缝捌伤l度监测——'-一V维修效

4、果评价图l基十挠度监测的至心敬梁伴佰流崔p紧辫”7一写霹■袋罂型t翟32540()0：jj’■占⋯”⋯‘4125矗零霞霉霭诿函丽雾酉图2桥梁横截面(单位：mm)在ANSYS中采用SOLIDl85单元对该桥建立了全桥实体模型，单元长度为o．1m，如图3所示。其中空心板混凝土的弹性模量取为3．25×104MPa，7cm厚C30钢筋混凝土面层的弹性模量取为3．00×104MPa，混凝土重度为25kN／m3；8cm厚沥青混凝土面层的弹性模量取为1200MPa，混凝土重度为23kN／m3；两侧防撞护栏自重取为12kN／m，采用MASS21单元模拟。否纛一

5、s—G⋯G—s◎图3有限元模型网格划分采用BlockI。anczos方法对该桥进行结构动力特性分析，得到该桥前2阶频率和振型分别为：3．820Hz(1阶竖弯)、6．936Hz(1阶扭转)。静力分析中，在自重及预应力作用下，边板和中板跨中截面梁底压应力储备值分别为6．19MPa、8．84MPa。根据JTJ021—89《公路桥涵设计通用规范》中车辆荷载的形式1，按i行车队加载，汽车荷载折减20％，并考虑冲击系数为0．1725，计算得到梁底最大拉应力为3．48MPa，最大挠度为9．53mm。根据上述计算结果，以空心板梁底不出现拉应力为宜，确定边板和中

6、板活载挠度监测的预警阈值分别为：15mm、25mm。2挠度监测极值正常通行状态下铰缝损伤评估时，主要测量跨中截面各片梁底的位移时程，在11片梁的跨中截面布置了11个测点。采用电阻式位移计测量，其量程为50mm，重复精度为o．013mm，线性度≤±O．1％。通过在跨中截面处搭设钢脚手架，利用带磁性表座的支架将电阻式位移计固定于梁底。试验选择早、晚高峰等时段进行，基本涵盖白天全部时段，分10次完成了约10h的数据采集，采样频率为50Hz。对桥上交通进行观察可知，通过该桥的车流量较大且大多行驶于行车道上，这导致实测数据中6号梁底的动挠度为最大。采用小

7、波分析方法，对实测数据进行剔除温度效应、零飘、噪声等处理，得到部分时段的位移时程结果如图4所示。从图4中可以大致看出，由于早晨交通高峰期影响，车辆作用下的挠度峰值较为明显，最大值为11mm。全天所有挠度的最大值为13mm，均在理论分析的预警阈值15mm内．说明尽管通过该桥的重车较多，其桥梁承载能力仍在可控范围内。图4交通高峰期6号梁底位移时程通过全桥各片板梁的挠度对比可知，全桥受力最大的梁为6号梁。对所有数据大于1mm的荷载效应峰值进行统计，峰值间的时距取>ls，以确保单辆车经过时仅统计1个峰值。最终得到6号梁底位移的直方图如图5所示。可以看出

8、，其在1d内所出现的挠度极值为13mm，小于2jmm的预警值。◆图56号梁底位移直万图3铰缝损伤评估为了解桥梁整体受力情况，将车辆在桥上不同横向位置时