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行进加载试验的加载方法以及影响因素 姓名：XXX班级：xxx学号：:xxx摘要：本文提出替代传统桥梁静载试验的行进加载试验，通过桥梁行进加载试验获取挠度数据，可以推定桥梁的静载试验挠度，从而根据推定静载试验挠度按照现行规范对桥梁承载力进行评价。在以后桥梁加载试验检测中，通过行进加载试验替代静载试验，快速便捷，对交通影响较小。因此，该行进加栽评定桥梁承载力试验方法的提出，在当前道路交通拥堵以至难以阻断进行传统静栽试验的情况下，对城市公路桥梁的检测评定具有非常重要的意义。该行进加载试验的方法目前还处于研究阶段，从试验结果来看，基本可行，有待完善。关键词： 桥梁检测 行进加载 静载 动载 箱梁 板梁引言目前，我国已建和在建桥梁以中小城市桥梁居多，在城市既有桥梁中，桥梁以连续箱梁、简支T梁和板梁桥居多，这些桥梁跨度通常在50m以下，且通常特定的结构类型对应特定的跨度。这些桥梁大部分修建于20世纪70年代末至90年代初。由于桥梁超载严重、设计模型假设和实际情况的差别等，使得桥梁在服役阶段就出现了许多的问题，如桥梁老化、损伤严重等，并日益加剧，因此许多旧桥的检测和加固迫在眉睫。然而，桥梁在城市交通运输中占有非常重要的地位，许多桥梁所在的道路已经到了无法中断交通的地步。1 目前桥梁检测存在的问题目前桥梁的常规检测方法分为无损检测和静载试验、动载试验。其中，无损检测主要是检查上部结构和下部结构的混凝土强度等级、桥梁支座损伤情况、钢筋的腐蚀情况、桥梁材料的老化情况，以及桥梁的受损裂缝等。然而，仅通过无损检测，无法全局性地判断桥梁的整体承载力以及桥梁的变异情况。因此，静载试验数据作为桥梁检测承载力评价的一个要分析指标无法省略。动载试验是用来测定桥梁的动力特性，从而更全面地分析桥梁目前的状况。传统的静载试验耗时扰民，必须中断交通，通常静载试验每级加载需要时间1520min，对于普通的混凝土简支梁桥，通常需要中载和偏载2个工况，若每个工况分三级加载，则总共需要约23h，考虑到试验加载前断路标识加载位置工作等，时间更会延长。根据现场调研情况，之前所做的多座桥梁静载试验对城市交通影响重大，某座重要交通干线的桥梁在静载试验断路10min后阻塞的车辆长达lkm以上，甚至有些重要城市桥梁已经到了难以中断交通的程度而无法进行静载实验。目前，全国桥梁检测科研领域众多科研人员对桥梁结构损伤定位的快速检测、监测方法进行了研究，学者们提出了通过动力指纹来判断结构损伤位置和损伤程度的方法。常用的动力指纹有固有频率、振型、位移模态柔度矩阵、应变模态曲率模态等指标，并取得了一定的研究成果，已建立了混凝土结构损伤(如受力钢筋生锈量等)与动力指纹的定量关系。然而，由于桥梁损伤的复杂性，上述方法在工程实际中应用较少，而且也无法在工程中通过动力指纹方法来判断桥梁结构的实际承载力状况，就目前而言，还无法在工程上完全替代传统的桥梁静载试验检测方法。2 公路桥梁的主要病害路桥的主要病害主要有3 个方面：1）使用状态。梁体主要受拉区在荷载作用下开裂或原有裂缝有扩张趋势，钢筋应力较大，结构使用状态出现问题，但梁本身受拉区未破损，受拉筋未损失，结构的极限强度并未减小；2）极限状态。梁体主要受拉区在荷载作用下，截面应力较小，梁体在荷载作用下没有开裂或原有裂缝稳定，没有新的扩张，结构的使用状态没有问题；但梁体由于被撞而造成钢筋或预应力钢丝断裂，使梁体现有配筋与原设计相比减少，结构的极限强度降低；3）其他状况。如钢筋混凝土桥梁的混凝土剥落、蜂窝、漏筋、麻面、空洞、磨损、锈蚀、老化、锥坡沉降开裂等。3 旧桥维修加固的工作方向及特点从公路桥梁的常见病害可以得到，路桥维修加固有以下几个工作方向：1）当路桥承载能力不足时，按照现行需要对不能满足强度要求的路桥需要进行加固；2）桥梁局部产生破损，如裂缝、剥落等，若破损严重，已不能满足强度要求时，应尽快对个别受损构件进行加固；3）桥面宽度不足，影响车辆通过能力时，应进行拓宽加固；4）桥梁局部或整体刚度不足，以影响正常使用时，为提高其刚度，需进行加固。与新建的公路桥梁相比，旧桥在维修加固有自身的一些特性：1）旧桥在维修加固时所采用的标准与先前设计的标准有所不同；2）旧桥维修加固的实施难度要比新建桥梁的大；3）桥梁维修加固时采用了很多新施工工艺；4）桥梁维修加固施工中对原有结构的拆除、清理工作量大而繁琐，并常常隐含很多不安全因素。因此，在维修与加固时，施工人员要注意确保原有结构的损伤最小化，并充分利用原有的结构构件，且保证原有结构保留部分的安全性与耐久性。4 本文提出的行进加载试验方法针对目前的现状，北京市路政局、清华大学结构工程检测中心双方商定，针对北京市道路桥梁运行、检测评估及维修过程中存在的突出问题和紧迫技术需求，研究开发在役道路桥梁的快速检测、评定技术，提出在不中断交通或尽量不影响交通的前提下进行桥梁安全性鉴定。为此，通过清华大学结构工程检测中心以往所完成的大量桥梁静载试验总结的经验，本文提出了快速加载方法一行进加载试验来评定桥梁承载力的方法。桥梁行进加载试验的技术路线是基于实测桥面动态车辆荷载分布以及桥梁的动态响应，据此推定桥梁在静态荷载下的响应，从而利用现行规范规定的桥梁承载力静态评定体系来评价桥梁的安全性，具体思路如下。（1）在被检测评定桥梁的关键控制截面设置高灵敏度动挠度的获取传感器。（2）在不中断交通情况下，检测车辆(车队，按中载和偏载布置)随正常交通流通过被测桥梁，后级荷载在桥头作为路障拦住正常交通流；当交通流量较大时，加载车队可以选择信号灯阻断时间内通过被检测桥梁，待加载车队正常通过桥梁后，即可放行，桥面恢复正常通行，故阻断交通的时间仅相当于路口的一个信号灯的阻断时间，4560s；当每一工况分多级加载时，待前级荷载加载完毕后，后一级荷载按照同样的方法加载。图l为行进加载示意。（3）将被测桥梁控制截面在行进加载试验下的动响应参数拾取，并连续记录至数据采集系统。根据实际检测获得的行进加载试验数据并与推定系数k组合后，根据k值和行进加载试验数据，由式(2)推定静载试验数据。推定系数k定义如下：k=YjYd (1)式中：抛为动载试验处理数据； f为静载试验数据。式(1)中k是根据已有的大量静载试验数据组和行进加载试验数据组统计回归后得出的(它是行进加载方法需要积累大量的试验数据后，方能获取的最关键的结论性数据)，若经过大量的试验数据得出的k是在可以接受的误差范围内，则可以通过下式求得推定静载试验数据：Yj=Yd k (2)式中，Yi为推定静载试验数据。（4）根据上述过程，在得到等同于静载试验测取的静位移响应等相关参数后，即可同被评定桥梁控制截面的数值分析解对比，从而将桥梁承载力的安全评定又回复到以往有较成熟经验及相关规范规定的桥梁承载力评定体系中，得到依据规范得出的桥梁承载力安全评定结果，从而实现在不中断交通情况下桥梁安全性(承载力)的快速评定。即，一方面可实现桥梁安全性的快速评定，另一方面又保证了该快速评定方法的可靠性，以及仍可借用原有的静态参数评定方法，无需另起炉灶。而其最大的特点及便捷性最终落实于无需进行断路后的静载试验，且可以保证该试验结果的可靠性及现场的可操作性。5 推定系数k的初步探讨通过布置高灵敏度高采集频率位移计，可以得到车辆移动加载时，某采集点处桥梁响应的时间挠度fHl线。显然可以通过时间挠度曲线获得最大动挠度，如果令Yd为最大动挠度，则k为动力系数的倒数，由于动力系数影响因素多，因此由最大动挠度推定静载试验挠度比较复杂。本文尝试采用另外一种方法来获得k值。在车桥共振研究中，已有如下结论：在车辆自身作简谐振动通过桥梁等假设条件下，一般得出桥梁中央的竖向振动为跨中挠度围绕静平衡位置往复振动。文献1介绍了移动车辆荷载作用下，桥跨结构振动的基本理论。在文献2中，作者模拟了移动荷载作用下的简支梁动态响应。采用欧拉一贝努利梁模型，不考虑剪切变形、转动惯量和阻尼的影响。移动荷载车辆采用二分之一车模型，简化为两系的弹簧一阻尼一质量系统，利用MATLAB的数值计算功能，结合RUGEKutta法微分方程数值求解原理，较好地对车桥耦合振动问题进行了数值求解。从模拟结果可以看出：(1)移动荷载速度对桥梁最大挠度发生位置的影响很进加载试验为初步尝试试验，因此行进加载试验只设计了中载单级荷载加载，故只列出静载试验中与之相对应的中载工况及其试验数据。对比工况为325T车辆中载工况。6 影响因素分析1路面平整度工程实例l，此桥路面较为平坦，故挠度一时间曲线较有规律；工程实例2，由于桥面铺装破坏严重(图7、图8)，路面平整度较差，从而作用在桥梁上的动荷载离散性较大，引起的振动离散性也较大。由图4和图9对比可知，图9挠度一时间曲线规律性稍差，从而对yj一与yjlIli。选取不利，但低速下对k影响不大，实例2中，行进加载速度为69kmh时，34梁k值为099，接近理论值1。路面平整度对k值的影响有待进一步的研究完善。2运行速度工程实例1，由图4b、C与图4d、e比较可知，随着速度增快，曲线波动有增大的趋势，但对k值没有影响；工程实例2，同样由图9a与b比较可知，随着速度增大，曲线波动有增大的趋势。由表5和图10中3。梁的实验数据来看，在速度为69kmh和144kmh时，对k值影响不大；在速度为188kmh时，k值为085，由于缺乏对比数据，无法得出速度增大，误差有增大的趋势，因此有待进一步的试验研究。但在69kmh速度下，k值为099，试验结果较好。因此，本加载方法建议低速行进加载，推荐运行速度为5knvh。车辆行进路线误差是行进加载试验误差的主要影响因素，车辆行进路线严格按照标识路线行进时最为理想。然而，由于现场条件限制，具有一定的难度。因此车辆运行到跨中时，会引起横向布载的误差。工程实例l，初步断定本试验误差的主要影响因素为行进路线误差。由于箱梁整体性较好，则行进路线的误差对试验结果影响较小，从本文表3数据口J以体现出来；工程实例2，由于此桥为板梁结构，且横向联系破坏严重(图8铰缝处钢筋断裂)，因此行进路线的偏离町能会引起梁加载倚载的显著变化，特别是当车轮荷载同时作用在2块板梁上时更是如此，但在静载试验中也同样会存在此类误差。表5中24梁由于在加载工况下本身挠度较小(静载试验下仅为015ram)，因而作用在该梁卜的荷载较小，使得行进路线的变化会引起作用在该梁上荷载的相对变化较大，因此本试验2”梁k值误差最大时为075，偏离理论值l较大。上述两工程实例中，由于未对行进路线严格标识，因此分析k值的主要偏差应是由行进路线误差所引起，而这一点应通过进一步的试验研究加以确认。7 结论1.本文对k值的获取进行了初步的探讨。本文所介绍的方法k取l，k值有待通过更多的试验来证实。2本文献介绍的方法方便快捷，加载工况的交通断路fI寸间仪为lmin左右，基本未中断交通，对交通运行影响小。3得到推定静加载挠度后，可按照现行规范来判定桥梁的承载力现状。即