[发明专利]一种基于环境激励的桥梁静载试验方法

说明书

本发明公开了一种基于环境激励的桥梁静载试验方法。本发明根据桥梁竣工图纸建立桥梁有限元模型，并从中提取桥梁的集中质量矩阵；根据相关规范以及桥梁实际状态设计荷载试验方案和加速度传感器布置方案；利用布设在桥梁上的加速度传感器采集桥梁在环境激励下的振动加速度响应；通过模态识别方法识别桥梁的基本模态参数；利用桥梁有限元模型提取的集中质量矩阵及识别的桥梁基本模态参数计算桥梁结构的质量归一化振型缩放系数，然后对实测振型进行质量归一化，利用归一化振型计算桥梁的实测柔度矩阵，进而预测桥梁在静载试验工况下的模态挠度，将模态挠度与理论计算挠度相比较，计算静载试验校验系数并判断桥梁的承载力。本发明操作方便，不需要封闭交通。

技术领域

本发明涉及一种基于环境激励的桥梁静载试验方法，属于桥梁承载力检测技术领域。

背景技术

目前，我国不断加大基础设施领域投资，桥梁建设进入快速发展时期。随着我国交通运输事业呈现出载重大、速度快、流量大等现代化运输结构的发展趋势，公路桥梁的负荷压力不断增大，加上雨雪侵蚀、日晒冻融等因素的影响，严重影响了桥梁的功能与安全。运营中的桥梁出现病害会造成使用功能不足而被迫维修或降低车辆通行标准，从而影响线路的通行，带来巨大的经济损失。因此，如何准确快速地评估运营状态下桥梁的结构安全，是国内外迫切需要解决的课题。

目前，对于桥梁承载力的检测主要依靠综合评定检算法和荷载试验法，荷载试验法包括静载试验法和动载试验法，其中静载试验法是评定桥梁承载能力最为直观也是最为有效的方法。然而，荷载试验法需要车辆荷载的加载并测量桥梁变形，耗费大量的人力物力；同时试验过程中需要中断交通，给交通通行带来巨大不便。

环境激励振动测试是目前健康监测最为常用的手段，它直接利用地脉动与车流等自然条件激励，具有操作方便的优点。但是，环境激励能够输出结构的基本模态参数如：频率、振型和阻尼等，但无法获得结构深层次的模态参数。虽然冲击激励振动测试方法可以测得结构的输入力和相应的输出响应，能够得到深层次的模态参数。但是，由于冲击激励对于冲击装置的要求很高，而且需要中断交通，限制了其在实际工程中的应用。

针对以上问题，本发明提出了一种基于环境激励的桥梁静载试验方法评估桥梁的承载性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种操作方便、能够方便快速地实现桥梁承载状态的评估的基于环境激励的桥梁静载试验方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于环境激励的桥梁静载试验方法，其特征是：包括如下步骤：

(1)收集桥梁竣工资料，根据桥梁竣工图纸建立桥梁有限元模型，并从中提取桥梁的集中质量矩阵；

(2)根据收集的桥梁竣工资料和相关规范设计静载试验方案，利用有限元模型计算获得桥梁在静力荷载作用下的理论设计挠度，并结合桥梁理论振型曲线确定加速度传感器的布设位置；

(3)在桥梁上布设加速度传感器，采集环境激励下的桥梁振动加速度响应数据；

(4)利用模态识别方法识别步骤3中采集到的加速度响应数据，得到桥梁在环境激励下的基本模态参数；

(5)利用步骤1中提取的集中质量矩阵和步骤4中识别的桥梁基本模态参数，计算得到桥梁结构的质量归一化振型缩放系数；

(6)利用步骤5中计算的质量归一化振型缩放系数和步骤4中识别的桥梁基本模态参数，对实测振型进行质量归一化，进而识别计算桥梁结构的实测位移柔度矩阵；

(7)利用实测位移柔度矩阵预测桥梁在静载试验加载工况下的实测模态挠度，再利用步骤2中的利用有限元模型计算得到的理论设计挠度，依据规范计算桥梁的静载试验校验系数；

(8)结合相关规范判断桥梁的承载力是否满足设计要求。