基于撓度監(jiān)測的空心板梁評(píng)估方法.pdf

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1、◎s一?G一一基于撓度監(jiān)測的空心板粱評(píng)估方法李小年(上海市政養(yǎng)護(hù)管理有限公司，上海201103)摘要：采用理論計(jì)算與撓度監(jiān)測相結(jié)合，在不中斷交通的情況下對(duì)橋梁工作性能進(jìn)行研究，提出基于撓度監(jiān)測的空心板梁評(píng)估方法，用于承載能力評(píng)估、模態(tài)參數(shù)識(shí)別、沖擊系數(shù)統(tǒng)計(jì)及鉸縫損傷評(píng)估，準(zhǔn)確地把握橋梁的實(shí)際承載能力，為橋梁維修的決策提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：空心板；鉸縫；撓度監(jiān)測；承載能力；基頻；沖擊系數(shù)O引言橋梁是城市生命線工程的重要組成部分，其安全運(yùn)營狀況一直是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。橋梁管理部門需要及時(shí)了解橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能，根據(jù)實(shí)際情況安排橋梁養(yǎng)護(hù)、維修、改建等丁作

2、，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用。對(duì)大型重要橋梁而言，可以建立健康監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)環(huán)境荷載及相應(yīng)的靜動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)狀況。而中、小跨徑橋梁則無法實(shí)現(xiàn)全覆蓋的實(shí)時(shí)監(jiān)測，一般是基于人工檢測(包括各種無損檢測方法、荷載試驗(yàn)等)的結(jié)果進(jìn)行橋梁狀態(tài)評(píng)估，往往對(duì)橋梁的荷載狀況及實(shí)際承載能力把握不夠及時(shí)、不夠準(zhǔn)確，缺乏有效的、經(jīng)濟(jì)可行的方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測及評(píng)估。本文采用理論計(jì)算與撓度監(jiān)測相結(jié)合，在不中斷交通的情況下進(jìn)行低成本且高效的監(jiān)測，對(duì)實(shí)際交通情況下的橋梁工作性能進(jìn)行研究，提出基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的承載能力評(píng)估、模態(tài)參數(shù)識(shí)別、沖擊系數(shù)統(tǒng)計(jì)及損傷評(píng)

3、估方法，準(zhǔn)確地把握橋梁的實(shí)際承載能力，為橋梁維修的決策提供了依據(jù)?；趽隙缺O(jiān)測的空心板梁橋評(píng)估方法流程如圖1所示。l理論分析某橋位于S4高速，其跨徑為22m，上部結(jié)構(gòu)形式為裝配式空心板梁橋，設(shè)計(jì)荷載為汽車一超20級(jí)。該橋橫向由11片空心板梁組成，編號(hào)從外側(cè)到內(nèi)側(cè)分別為1號(hào)～11號(hào)梁，1號(hào)梁與2號(hào)梁之間的鉸縫編號(hào)為1”2鉸縫，以此類推。橫截面形式如圖1所示。收稿日期：2016一02—2352上馮么稚No．22016撓度監(jiān)測王信哆處理與數(shù)據(jù)分#骨限元分析————}V—V——V數(shù)據(jù)統(tǒng)汁橋粱坫頓沖擊系數(shù)V損傷評(píng)“VK、鉸縫捌傷l度監(jiān)測——'-一V維修效

4、果評(píng)價(jià)圖l基十撓度監(jiān)測的至心敬梁伴佰流崔p緊辮”7一寫霹■袋罌型t翟32540()0：jj’■占?”?‘4125矗零霞霉靄諉函麗霧酉圖2橋梁橫截面(單位：mm)在ANSYS中采用SOLIDl85單元對(duì)該橋建立了全橋?qū)嶓w模型，單元長度為o．1m，如圖3所示。其中空心板混凝土的彈性模量取為3．25×104MPa，7cm厚C30鋼筋混凝土面層的彈性模量取為3．00×104MPa，混凝土重度為25kN／m3；8cm厚瀝青混凝土面層的彈性模量取為1200MPa，混凝土重度為23kN／m3；兩側(cè)防撞護(hù)欄自重取為12kN／m，采用MASS21單元模擬。否纛一

5、s—G?G—s◎圖3有限元模型網(wǎng)格劃分采用BlockI。anczos方法對(duì)該橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析，得到該橋前2階頻率和振型分別為：3．820Hz(1階豎彎)、6．936Hz(1階扭轉(zhuǎn))。靜力分析中，在自重及預(yù)應(yīng)力作用下，邊板和中板跨中截面梁底壓應(yīng)力儲(chǔ)備值分別為6．19MPa、8．84MPa。根據(jù)JTJ021—89《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中車輛荷載的形式1，按i行車隊(duì)加載，汽車荷載折減20％，并考慮沖擊系數(shù)為0．1725，計(jì)算得到梁底最大拉應(yīng)力為3．48MPa，最大撓度為9．53mm。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，以空心板梁底不出現(xiàn)拉應(yīng)力為宜，確定邊板和中

6、板活載撓度監(jiān)測的預(yù)警閾值分別為：15mm、25mm。2撓度監(jiān)測極值正常通行狀態(tài)下鉸縫損傷評(píng)估時(shí)，主要測量跨中截面各片梁底的位移時(shí)程，在11片梁的跨中截面布置了11個(gè)測點(diǎn)。采用電阻式位移計(jì)測量，其量程為50mm，重復(fù)精度為o．013mm，線性度≤±O．1％。通過在跨中截面處搭設(shè)鋼腳手架，利用帶磁性表座的支架將電阻式位移計(jì)固定于梁底。試驗(yàn)選擇早、晚高峰等時(shí)段進(jìn)行，基本涵蓋白天全部時(shí)段，分10次完成了約10h的數(shù)據(jù)采集，采樣頻率為50Hz。對(duì)橋上交通進(jìn)行觀察可知，通過該橋的車流量較大且大多行駛于行車道上，這導(dǎo)致實(shí)測數(shù)據(jù)中6號(hào)梁底的動(dòng)撓度為最大。采用小

7、波分析方法，對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除溫度效應(yīng)、零飄、噪聲等處理，得到部分時(shí)段的位移時(shí)程結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以大致看出，由于早晨交通高峰期影響，車輛作用下的撓度峰值較為明顯，最大值為11mm。全天所有撓度的最大值為13mm，均在理論分析的預(yù)警閾值15mm內(nèi)．說明盡管通過該橋的重車較多，其橋梁承載能力仍在可控范圍內(nèi)。圖4交通高峰期6號(hào)梁底位移時(shí)程通過全橋各片板梁的撓度對(duì)比可知，全橋受力最大的梁為6號(hào)梁。對(duì)所有數(shù)據(jù)大于1mm的荷載效應(yīng)峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，峰值間的時(shí)距取>ls，以確保單輛車經(jīng)過時(shí)僅統(tǒng)計(jì)1個(gè)峰值。最終得到6號(hào)梁底位移的直方圖如圖5所示。可以看出

8、，其在1d內(nèi)所出現(xiàn)的撓度極值為13mm，小于2jmm的預(yù)警值?！魣D56號(hào)梁底位移直萬圖3鉸縫損傷評(píng)估為了解橋梁整體受力情況，將車輛在橋上不同橫向位置時(shí)