[发明专利]一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法

摘要

本发明提供的不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法包括以正常通行车辆为激励，对装配式梁桥进行车激响应测试；对桥梁横向连接病害进行快速定位；建立车辆、桥梁简化模型；对装配式梁桥模型进行修正，根据模型修正的结果得到桥梁的主梁、横向连接和支座的损伤程度，进而建立桥梁整体服役安全状态评估标准。本发明的不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法操作简单，不需要中断交通，不仅可初步快速判断桥梁横向连接是否健康，更可以利用模型修正优化算法进一步实现对桥梁主梁、横向连接和支座的定量评价，判断出病害类型、病害位置和病害程度，从而实现对装配式梁桥服役安全状态的评估。

主权项

一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法，其特征在于，包括：以正常通行车辆为激励，在装配式梁桥上安装振动传感器，采集过车时的振动响应信号；对采集得到的振动响应信号进行傅里叶变换，得到振动响应频谱，根据振动响应频谱得到桥梁的实际自振频率f，并根据自振频率选择频率段，建立响应频谱相关性指标，根据相邻梁之间的振动响应频谱差异性指标DISS＝1‑SISS来评估相邻梁的横向连接状态；所述响应频谱相关性指标为：SISS(Si,Si+1)=(|SiTSi+1|)2(SiTSi)(Si+1TSi+1)]]>式中：和分别为横桥向相邻测点i和i+1(i＝1,2,…,mm‑1)处的动力响应频谱，mm为测点数，n为采用的频率点数；将车辆简化为由弹簧、质量、阻尼组成的模型，车体共三个自由度，竖向沉浮Zs、纵向摆动θs和横向摆动αs，车轮含有一个竖向平动自由度Zti，建立车辆运动方程：[Mv]{Z··v}+[Cv]{Z·v}+[Kv]{Zv}={Pv}]]>式中：[Mv]为车辆模型的质量矩阵，[Cv]为车辆模型的阻尼矩阵，[Kv]为车辆模型的刚度矩阵，{Zv}为车辆模型的位移向量，{Pv}为作用于车辆上的相互作用力；将桥梁模型使用有限元软件进行模拟，以梁格法进行简化：主梁刚度EI等于材料弹性模量E与梁单元截面惯性矩I的乘积；铰接缝与湿接缝简化为没有质量的横向梁单元，即采用虚拟横梁法进行模拟，横隔板则使用普通梁单元进行模拟，横向连接刚度为EhIx；将支座6个自由度简化为横桥向水平弹簧Khx、顺桥向水平弹簧Khy、垂直弹簧Kv以及绕各个方向的扭转弹簧Krx、Kry、Krz，主梁、横向连接和支座的初始刚度设计参数为E0I、Eh0Ix以及Khx0、Khy0、Kv0、Krx0、Kry0和Krz0；提取质量矩阵和刚度矩阵，通过Rayleigh阻尼法得到阻尼矩阵，建立桥梁模型的动力平衡方程:[Mb]{Z··b}+[Cb]{Z·b}+[Kb]{Zb}={Pb}]]>式中：[Mb]为桥梁模型的质量矩阵；[Cb]为桥梁模型的阻尼矩阵；[Kb]为桥梁模型的刚度矩阵；{Zb}为桥梁模型的位移向量；{Pb}为作用于桥梁上的相互作用力；对桥梁模型进行修正，将主梁弹性模量E、横向连接弹性模量Eh和支座竖向刚度Kv作为待修正参数对主梁平均整体损伤、横向连接损伤和支座损伤进行修正；将试验得到的差异性指标DISSe向量和自振频率fe作为目标值，根据车辆和桥梁理论简化模型得到的差异性指标DISSt向量和自振频率ft，建立目标函数：F=λ1(||DISSe-DISSt||)2+Σj=14λj+1||(2πfej)2-(2πftj)2(2πfej)2||]]>式中：λ为各参数残差的权重系数；j为自振频率的阶数；DISSe＝{DISSe(1,2),···DISSe(i,i+1),···}，DISSt＝{DISSt(1,2),···DISSt(i,i+1),···}；i和i+1为横桥向相邻两测点；采用约束优化算法对建立的简化模型进行修正，使目标函数公式表示的残差满足设定的收敛准则：Fn(E,Eh,Kv)≤ξ&|Fn+1‑Fn|/Fn≤ε&n＞N式中：n为迭代次数，ε(％)为容许误差，ξ为容许残差，N为限定最大迭代次数；根据模型修正的结果得到桥梁主梁损伤指数θ1、第l个横向连接的损伤指数θhl和第m个支座的损伤指数θvm，建立桥梁整体服役安全状态评估标准，其中，θ1＝1‑E1/E0，θhl＝1‑Ehl/Eh0，θvm＝1‑Kvm/Kv0；l＝1,2,…,qq，qq为横向连接的个数；m＝1,2,…,nn，nn为支座的个数。