基于強迫振動測試的預應力混凝土梁橋承載力評估.pdf

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1、第25卷第3期華中科技大學學報(城市科學版)V01.25NqO.32008年9月J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Sep.2008基于強迫振動測試的預應力混凝土梁橋承載力評估李鎮(zhèn),孫智(同濟大學土木工程學院,上海200092)摘要:本文針對偏心直線作用下預應力混凝土梁橋的快速評估問題提出了一種基于結(jié)構(gòu)強迫振動響應測試的橋梁承載力估計方法。首先,文章分析了在時域內(nèi)結(jié)構(gòu)的預應力對結(jié)構(gòu)在外載作用下動力響應的影響的正問題。特別得到了受偏心預應力作用下預應力混凝土梁的幾何剛度矩陣。接著,文

2、章研究了由結(jié)構(gòu)動力響應的變化來識別預應力的方法。本文運用了基于敏感度的優(yōu)化計算方法。在得到了預應力值之后,預應力混凝土梁橋的抗裂承載力即可算得。文章以京秦高速公路上的青龍河橋為例,進行了數(shù)值模擬。研究了該橋數(shù)值模型在沖擊荷載,簡諧荷載和隨機白噪聲三種荷載作用下的承載力評估效率。數(shù)值計算結(jié)果表明,本文所提出的方法具有較高的計算效率和精度。關(guān)鍵詞:預應力識別;偏心率;承載力:振動測試中圖分類號:TU312t1;U441+.2文獻標識碼:A文章編號:1672.-7037(2008)03.-0172-05隨著越來

3、越多高速公路橋梁的老化,如何對提出了一種基于敏感度的模型修正技術(shù)識別預應這些橋梁進行管理、維護及評估它們的物理狀況,力混凝土梁預應力值的方法。該方法采用強迫振吸引了越來越多人的關(guān)注。預應力混凝土梁橋是動測試手段得到結(jié)構(gòu)的響應。然而,在他們的研高速公路上最為廣泛采用的橋型。因此,研究針究當中,預應力筋被假設為位于梁截面形心,且對該種橋型的快速評估方法,特別是承載力的評無偏心,而該假設與大多數(shù)實際橋梁的情況不符。估方法顯得極為重要。目前,實踐中最為廣泛使本文的研究提出了一種基于強迫振動響應的用的橋梁評估方法仍

4、以肉眼觀察為主,這樣的方對偏心直線預應力作用下的混凝土簡支梁橋承載法在橋梁存在局部重大缺陷時確實有效,但卻很力進行評估的方法,并用數(shù)值算例驗證了該方法難對全橋的整體狀況進行評估。其它的方法包括的可行性和準確性。一些無損檢測手段,例如超聲探測技術(shù)、聲波發(fā)射技術(shù)等等,也都面臨著與肉眼檢測方法相同的。1評估方法問題:即無法對全橋整體狀況作出評估?;诮Y(jié)構(gòu)動力測試的方法,從邏輯上解決了1.1偏心作用預應力梁的強迫振動響應分析這類問題。通過采集結(jié)構(gòu)的強迫振動或者隨機振圖l為受偏心預應力作用的混凝土梁。動響應,這類方

5、法可以識別得到結(jié)構(gòu)的各項物理參數(shù),進而評估結(jié)構(gòu)的健康狀況。Doebling等人u和Farrar等人L2回顧了基于結(jié)構(gòu)動力響應測試了1的結(jié)構(gòu)損傷評估方法,但針對預應力混凝土梁橋的相關(guān)研究卻極少有文獻報道。iF對于預應力混凝土梁橋,該橋的預應力值的大小是評價該橋抗裂承載力的重要參數(shù)。然而,一——三—————————r————梁橋的預應力值從預應力張拉完成的那一刻開始結(jié)構(gòu)響應的輸出,一直在減小,因此,梁橋現(xiàn)存預應力值的識別對于橋梁健康狀況的評估極為重要。Lu和Law【jJ圖1偏心預應力梁收稿日期:2008.03

6、.-23作者簡介:李鎮(zhèn)(1983一),男,湖南衡東人,碩士研究生,研究方向為橋梁狀態(tài)評估算法,lizhennewcentury@hotmail.coin。孫智(1977一),男,湖北安陸人,副教授,博士,研究方向為結(jié)構(gòu)動力學、橋梁監(jiān)測評估、智能材料與結(jié)構(gòu),sunzhil@rna:'1.tongji.edu.cn?;痦椖浚簢易匀豢茖W基金(50508027);國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)(2006AA11Z109);上海市科技啟明星項目(06QA14051)。第3期李鎮(zhèn)等:基于強迫振動測試的預應力

7、混凝土梁橋承載力評估·173·它在給定外荷載作用下的運動方程如下:【]{)+【c】{)+【】{】:【D】{F)(1)V()=一+等㈣式中,為質(zhì)量矩陣;c為阻尼矩陣;為剛度針對時程響應的計算,本文采用如下形式的矩陣;D為力作用點位置向量。瑞利阻尼:假設梁為伯努力梁。全梁共劃分為Ⅳ個單元。C=aoM+a1Kr7、它的剛度矩陣可以表達為:通過求解二階常微分方程(1),我們可以求得結(jié)構(gòu)NK:一+=∑(-k+%)(2)的加速度、速度以及位移。i=11.2基于敏感度的預應力識別式中,,,和為整體剛度矩陣,分別為方程(

8、1)等號兩邊對預應力值丁求導,可得到彈性剛度矩陣,由軸向力T引起的幾何剛度矩陣如下的微分方程J:和由彎矩B=Txe引起的幾何剛度矩陣;k,和為單元的彈性剛度矩陣、由軸向力引起的幾】{等>+嘉+嘉=?何剛度矩陣和由彎矩引起的幾何剛度矩陣。本文采用了如下的單元彈性剛度矩陣和由軸一w力引起的幾何剛度矩陣,在式(8)中,未知量為結(jié)構(gòu)響應對于預應力值的敏63L一63L感度。方程的右邊是結(jié)構(gòu)響應的二項式。該部分=—2—E/3L2e一3Le

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