一种基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法

摘要

本发明涉及一种基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，其特征在于：该方法的步骤为：(1)确定加载车辆及测点布置；(2)根据测点布置方案，现场布设传感器；(3)现场跑车，采集桥梁动态响应；(4)提取桥梁结构动态响应；(5)计算静态响应，根据桥梁的动态响应曲线所提取的最大动挠度、最大动应变和动力增大系数，计算得到计算静挠度和计算静应变；(6)评定试验桥梁的承载能力。其通过使车辆以一定的速度按静力荷载试验工况进行移动荷载试验，将采集所得动态响应利用公式转换为静态响应，然后将静态响应与理论计算值和有关规范规定值作比较，进而依据现行规范对桥梁结构的承载能力做出评定，具有省时省力，对交通基本无影响的优点。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程的桥梁检测技术领域，特别是一种基于移动荷 载试验的桥梁承载能力快速评定方法。

背景技术

当前，在桥梁检测领域，桥梁承载能力的评定方法主要有静力荷载 试验法和动力荷载试验法。静力荷载试验是一种比较直观评定桥梁承载 能力的方法，主要是通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本 相当的外载，采用分级加载的方法，利用检测仪器测试桥梁结构的控制 部位与控制截面在各级试验荷载作用下的挠度、应力、裂缝、横向分布 系数等特性的变化，将测试结果与结构按相应荷载作用下的计算值和有 关规范规定值作比较，从而评定桥梁结构的承载能力。通过校验系数来 说明结构潜在的承载力，相对残余变形反映结构的工作状态。但静力荷 载试验费时、费钱、费力，最主要的是对交通带来较大的负面影响。

动力荷载试验工作量较小，费用低，试验时间短，操作方便、快捷， 但目前尚不能将动载试验的结果与桥梁的承载力建立联系，对动载试验 的数据不能完全利用。

因此需要研究一种快捷、方便，且准确可靠的桥梁承载能力评定方 法，将准确可靠的静力荷载试验方法与快捷方便的动力荷载试验方法相 结合，将动力荷载试验数据与桥梁结构的承载能力建立可靠得联系，是 亟待解决的重要技术问题。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明提供一种基于移动荷载试验的 桥梁承载能力快速评定方法，其通过使车辆以一定的速度按静力荷载试 验工况进行移动荷载试验，将采集所得动态响应利用公式转换为静态响 应，然后将静态响应与理论计算值和有关规范规定值作比较，进而依据 现行规范对桥梁结构的承载能力做出评定。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，其特征在于： 该方法的步骤为：

⑴确定加载车辆及测点布置：

依据桥梁设计资料和现行规范制定移动荷载试验方案，计算截面的 试验效率，确定加载车辆工况和测点布置，要求控制截面的试验效率介 于0.95～1.05之间，测点为挠度测点和应变测点，布置于受力或变形最大 位置处；

⑵根据测点布置方案，现场布设传感器：

根据试验桥型对数据精度的要求，选择相应的传感器及数据采集设 备，根据现场条件，采用相应的辅助设施将传感器布设于测点处；

⑶现场跑车，采集桥梁动态响应：

根据移动荷载试验方案进行现场跑车试验，并通过布设的传感器采 集动态响应曲线；

⑷提取桥梁结构动态响应：

对现场采集的动态响应曲线进行分析，提取试验荷载作用下的最大 动挠度和最大动应变，并根据实测曲线计算相应荷载作用下的动力增大 系数；

⑸计算静态响应：

根据动力增大系数的意义，移动荷载作用下桥梁的动态响应与响应 静力荷载作用下桥梁的静态响应之间的关系为：

S_s＝S_dr/(1+μ)，式中

S_s为计算静挠度或计算静应变，

S_dr为相对动挠度或动应变，

1+μ为实测动力增大系数；

根据桥梁的动态响应曲线所提取的最大动挠度、最大动应变和动力 增大系数，依据上述公式计算得到计算静挠度和计算静应变；

⑹评定试验桥梁的承载能力：

由计算静挠度和计算静应变计算校验系数ζ，ζ的计算公式为

ζ＝S_s/S_e，其中：

S_s为计算静挠度和计算静应变值；

S_e为试验荷载作用下测点的理论计算挠度和应变值，

依据现行规范评定桥梁的承载能力：当ζ小于1时，桥梁承载能力满 足设计要求，当ζ大于1时，桥梁承载能力不满足要求。

而且，步骤⑵中所述的挠度测点选用挠度传感器，应力测点选用应 变传感器。

而且，步骤⑵中所述的辅助设施为桥检车、灯杆车或脚手架。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明的基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，针对 静力荷载试验费时、费力、中断交通时间长等缺点，提出以移动荷载试 验为基础的桥梁承载能力快速评定方法，具有省时省力，对交通基本无 影响的优点。

2.本发明的基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，针对 常规移动荷载试验快捷、方便，但不能反映桥梁在设计荷载作用下的工 作状况的问题，提出以静力荷载试验效率标准进行桥梁移动荷载试验的 方法，在桥梁检测中得到应用。

3.本发明的基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，针对 移动荷载作用下桥梁的动态响应与相应静荷载作用下桥梁的静态响应的 关系，引入动力增大系数，提出了静态响应计算公式：S_s＝S_dr/(1+μ)(式 中S_s为计算静挠度或计算静应变，S_dr为相对动挠度或动应变，1+μ为实 测动力增大系数。)

4、本发明的基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，通过 使车辆以一定的速度按静力荷载试验工况进行移动荷载试验，将采集所 得动态响应利用公式转换为静态响应，然后将静态响应与理论计算值和 有关规范规定值作比较，进而依据现行规范对桥梁结构的承载能力做出 评定。

5、本发明的基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，与传 统静力荷载试验相比，该方法试验成本节省50％～60％，具有显著的经济 效益；试验时间节省60％～80％，较大程度得减小对交通的影响，具有经 济效益和社会效益；与动力荷载试验方法相比，该方法选用静力荷载试 验加载效率，能够反映桥梁结构在设计荷载作用下的工作性能，且通过 现场动静荷载试验对比，验证了该方法的准确性，可靠程度高。该方法 具有双重经济效益和社会意义，应用前景广阔。

附图说明

图1为车辆加载位置图；

图2为挠度测点布置示意图；

图3为应变测点布置示意图；

图4为3#梁跨中位置挠度曲线图；

图5为3#梁跨中位置应变曲线图

图6为本发明的流程图。

附图说明：

1-人行道、2-1#梁、3-2#梁、4-3#梁、5-4#梁、6-5#梁、7-6#梁、8- 车行道、9-7#梁、10-8#梁、11-9#梁、12-10#梁、13-11#梁，14-容栅式位 移传感器、15-应变片。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述 性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，本实施例以 某简支板梁桥为例来说明，该方法的步骤为：

⑴确定试验效率、加载车辆及测点布置：

依据桥梁设计资料和现行规范制定移动荷载试验方案，计算试验效 率，确定加载车辆工况和测点布置。

该简支板梁桥采用跨径13.8米先张预应力空心板梁结构，全桥共11 片板梁，依次为1#梁2、2#梁3、3#梁4、4#梁5、5#梁6、6#梁7、7# 梁9、8#梁10、9#梁11、10#梁12、11#梁13。横桥向总宽12m，依次为 1.5m人行道1、9m车行道8和1.5m人行道1。

该桥设计荷载等级为城-B级、人群-3.5kN/m2，根据静力荷载试验效 率的要求，选择静力荷载试验效率介于0.95～1.05之间。以3#梁跨中弯矩 为控制内力，通过计算选用两辆重375kN的三轴载重加载车，试验效率 为1.02，车辆横桥向布置如图1所示。测点包括挠度测点和应变测点， 均布置于梁底跨中位置。

在此过程中：车辆载重、数量和布置位置受桥梁荷载等级和桥梁结 构型式的不同而调整，但必须满足控制截面的试验效率介于0.95～1.05之 间；测点布置位置受桥梁结构型式的不同而不同，布置原则为布置于受 力或变形最大位置处。本实施例中，测点为1#梁、2#梁、3#梁、4#梁、 5#梁、6#梁及9#梁。

⑵根据测点布置方案，现场布设传感器：

根据试验桥型对数据精度的要求，选择相应的传感器及数据采集设 备。根据现场条件，采用相应的辅助设施，桥检车、灯杆车、脚手架等 将传感器布设于测点处。测点主要包括反映桥梁结构整体刚度的挠度测 点和反映桥梁结构材料强度的应力测点。挠度测点选用挠度传感器，应 力测点选用应变传感器。

对该简支梁桥，挠度传感器选择测量精度为0.01mm的容栅式位移传 感器，应变传感器采用测量精度为1με的电阻应变片，采用一组容栅式 位移传感器14垂直于1#梁、2#梁、3#梁、4#梁、5#梁、6#梁及9#梁的 梁底平面竖向安装在搭设的支架上，如图2所示；采用一组应变片15顺 桥向粘贴于1#梁、2#梁、3#梁、4#梁、5#梁、6#梁及9#梁的梁底平面内， 图3所示。

⑶现场跑车，采集桥梁动态响应：

根据移动荷载试验方案进行现场跑车试验，并通过布设的挠度传感 器和应变传感器采集桥梁的动态响应曲线。

在该简支梁桥试验过程中，2辆375kN的载重车以10km/h的速度从 0#台侧路面跑至1#台侧路面，相同速度、相同路径跑三次，且每次均采 集挠度数据和应变数据。

在试验过程中：车速一般选择10km/h，如果车辆间距较小，从试验 安全角度考虑，跑车速度可以选择5km/h；跑三次是为了试验数据的准确 性，减少数据随机性带来的干扰。

⑷提取桥梁结构动态响应：

对现场采集的动态响应曲线进行分析，提取试验荷载作用下的最大 动挠度和最大动应变，并根据实测曲线计算相应荷载作用下的动力增大 系数。

以该简支梁桥3#梁的挠度和应变数据为例：其动挠度数据和动应变 数据原始曲线如图4、图5所示：

分别提取三次跑车的数据值，并以其平均值作为桥梁评定所用数据： 3#梁跨中梁底动挠度值为2.82mm，挠度增大系数为1.045；3#梁跨中梁 底动应变值为70με，应变增大系数为1.048。

⑸计算静态响应：

根据动力增大系数的意义，移动荷载作用下桥梁的动态响应与相应 静力荷载作用下桥梁的静态响应之间的关系为：S_s＝S_dr/(1+μ)；

式中S_s为计算静挠度或计算静应变，

S_dr为相对动挠度或动应变，

1+μ为实测动力增大系数。

根据移动荷载试验过程中采集的动态响应曲线提取的最大动挠度、 最大动应变和动力增大系数，和公式S_s＝S_dr/(1+μ)便可以计算得到计算 静挠度和计算静应变。

对于该简支梁桥3#梁：计算静挠度＝2.82/1.045＝2.70mm，计算静应 变＝70/1.048＝67με。

⑹评定试验桥梁的承载能力：

由计算静挠度和计算静应变计算校验系数ζ，ζ的计算公式为 ζ＝S_s/S_e，

S_s为计算静挠度和计算静应变值；

S_e为试验荷载作用下测点的理论计算挠度和应变值。

该简支梁桥3#梁的计算静挠度和计算静应变依次为2.70mm、67μ ε，理论计算挠度和应变依次为10.15mm、149με，所以有：3#梁跨中 挠度校验系数＝2.70/10.15＝0.27，应变校验系数＝67/149＝0.45。

依据现行规范评定桥梁的承载能力：当ζ小于1时，说明桥梁承载能 力满足设计要求，当ζ大于1时，说明桥梁承载能力不满足要求。

该桥控制梁3#梁的挠度校验系数和应变校验系数均小于1，因此可 以判断该简支梁桥承载能力满足设计要求。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术 人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种 替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和 附图所公开的内容。