一种公路桥梁伸缩装置抗扭服役性能评定方法与流程

本发明属于公路桥梁检测领域，涉及一种桥梁伸缩装置抗扭服役性能快捷评定方法。

背景技术：

公路桥梁支座及伸缩装置是公路桥梁中的重要构造物。通常要求养护部门对公路桥梁支座及伸缩装置体系进行周期性检查，系统地掌握其技术状况，及时发现伸缩装置及支座体系的相关劣化和病害程度，并依检查结果对公路桥梁支座及伸缩装置体系技术状况进行评定，并制定相应的养护对策。

营运条件下，公路桥梁支座及伸缩装置，随着服役期的延长，不可避免存在一些劣化缺陷与病害，如伸缩装置断裂、支座脱落等；上述病害主要表现为伸缩缝呈台阶状或刚度下降，长期带病营运将加速病害的发展，影响着桥梁的耐久性，严重时可引发交通事故，既影响行车安全也影响桥梁结构的安全及耐久性。

长期以来，公路桥梁支座及伸缩装置体系服役技术状态的定期检查，主要是采用人工检查的方法，但常规人工检查的方法存在以下问题：

1、检查内容中定性检查内容多定量检测内容少；

2、检查劳动强度大，高空作业且作业空间小；

3、检查效率低且检测质量不稳定，早期病害检出率低；

4、人工检测时会影响路面车辆通行及人工记录检测内容欠规范完整；

因此，需要一种新的公路桥梁支座及伸缩装置服役状况检查评定方法，提升检查评定的可靠性及效率。

在凹凸台阶与行车动载的耦合激励下，致伸缩装置及梁体扭振冲击；利用扭振冲击响应测量值，衡量其抗扭冲击能力；通过跟踪监测抗扭劣化率的方法，构建基于扭振响应的公路桥梁支座及伸缩装置抗扭服役性能的评估系统，既是对已有常规检测手段的一个补充，也是早期诊断服役性能劣化与早期识别病害的重要手段。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种公路桥梁伸缩装置抗扭服役性能评定方法，以提升检查评定的效率和可靠性,是对常规人工检测手段的补充。

本发明提供了一种公路桥梁伸缩装置抗扭服役性能评定方法，包括步骤：

S1：获得被评定对象的详细资料：

搜集被评定伸缩装置的基本信息、被评定桥梁历次检修与维修报告、历次抗扭性能检测值与评估结果；

S2：建立抗扭性能评定模型：

$S_{\mathrm{\θ}}=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{Limt}-({\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_S+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_{Dp})}{{\mathrm{\Δ}}_{Limit}}$

式中，为由静态扭角均值引起的静态台阶差均值；为由动态扭角均值引起的动态振幅峰值均值；Δ_Limit为被评定对象伸缩缝的允许错位极值；

S3：在无行车时测定被评定对象的静态扭角θ_S及静态台阶差Δ_S；在行车以检测时速通过被评定对象时，采集扭角-时间曲线，实时计算动态扭角θ_Dp及由动态扭角引起的动态振幅峰值Δ_Dp,依实测静态台阶差与动态振幅峰值Δ_Dp，计算确定被评定对象接缝端面的总竖向错位Δ_T＝Δ_S+Δ_Dp；重复多次上述检测，并计算得到被评定对象接缝端面的平均总竖向错位：n为检测次数；根据S2计算得到抗扭性能检测值；

S4：根据S3得到的抗扭性能检测值判断判断被评定对象是否免于深度调查；若抗扭性能检测值小于0.5，则评定抗扭性能不良或抗扭性能病害，进入第S5步；否则，直接执行第S6步；

S5：对被评定对象开展深度检查，所述深度检查内容为伸缩装置的完好性检查、接缝的相对错位与台阶差检查、支座的状态检查、行车振动与噪音检查、锚固完整性检查、接缝的阶梯差检查，支座的技术状态与病害检查；

S6：根据S1获得的被评定对象的抗扭性能检测初值及步骤S3得到的抗扭性能检测值计算抗扭劣化率：

$D_{\mathrm{\θ}n}=\frac{S_{\mathrm{\θ}1}-S_{\mathrm{\θ}n}}{S_{\mathrm{\θ}1}}\×100\%$

式中，S_θ1抗扭性能检测初值；S_θn抗扭性能检测值，为被评定对象新建竣工或修复后第n检测周期抗扭性能检测值。

抗扭性能包括静态台阶差与动态台阶差所述静态台阶差是指在无车辆通行激励条件下，伸缩缝的相对扭角θ_S引起的接缝静态高差；所述动态台阶差是指在行车的激励条件下，动态扭角θ_Dp引起的接缝动态振幅峰值Δ_Dp。

所述抗扭性能取值范围为1～0，分五个评定层级：优良、良好、合格、不良、病害；

1)抗扭性能优良，表明行车平顺且完全无颠簸感，抗扭性能取值范围为S_θ≥0.90；

2)抗扭性能良好，表明行车平顺但有轻度颠簸，抗扭性能取值范围为0.9＞S_θ≥0.75；

3)抗扭性能合格，表明行车平顺但有颠簸，抗扭性能取值范围为0.75＞S_θ≥0.50；

4)抗扭性能不良，表明行车严重颠簸，抗扭性能取值范围为小于0.50＞S_θ≥0.10；

5)抗扭性能病害，表明行车有跳车感或跳车现象，抗扭性能取值范围为小于S_θ＜0.10。

所述S6之后还包括S7：生成抗扭服役性能检测报告，包括以下内容：桥梁类型与桩号、伸缩装置类型、行车道编号、检测时间、检测周期、当前温度、伸缩间隙宽度、检测时速、扭角-时间响应曲线、静态扭角、静态台阶差、动态扭角、动态振幅峰值、总竖向错位Δ_T＝Δ_S+Δ_Dp、抗扭性能检测值、抗扭劣化率、服役技术评估结果。

所述S7之后还包括S8：充实抗扭性能劣化历程数据库，在抗扭性能劣化历程数据库中添加以下记录；本次检测时间、检测周期、检测温度、检测时速、扭角-时间响应曲线、静态扭角、静态台阶差、动态扭角、动态振幅峰值、总竖向错位Δ_T＝Δ_S+Δ_Dp、抗扭性能检测值、抗扭劣化率、现场深度检查结果、评估结果与建议。

本发明所提供的一种公路桥梁伸缩装置抗扭服役性能评定方法，利用伸缩缝凹凸台阶与行车的耦合激励，实时测定被评定对象的扭角-时间响应曲线，运算得到相应的静态扭角与动态扭角，依所测得静态扭角θ_S、静态台阶差Δ_S、动态扭角θ_Dp、与动态振幅峰值Δ_Dp和抗扭性能评定模型确定被评定对象的抗扭性能和评定分级；依保存在被评定对象抗扭性能劣化历程数据库中的抗扭性能的检测初值，确定被评定对象的抗扭性能与劣化率；同时，将当前检测与评定结果添加至抗扭性能劣化历程数据库中；利用量化的抗扭性能和劣化率检测值，定量地衡量公路桥梁支座及伸缩装置的抗扭服役性能，长期跟踪观测抗扭劣化率的变化，则可以早期诊断与识别被评定对象抗扭服役性能的劣化及损伤，在提高检测效率的同时，提升了公路桥梁支座及伸缩装置抗扭服役性能的早期损伤的识别性和检查评定的可靠性。

附图说明

图1是依据本发明实施的一种公路桥梁伸缩装置抗扭服役性能评定方法的流程示意图。

图2是伸缩接缝扭动示意图。

图3是被评定对象抗扭性能劣化历程曲线。

其中，1为梁体，2为锚固区，3为伸缩装置锚固件，4为伸缩缝用异形钢，5为密封橡胶条，6为橡胶支座，θ为扭角，W为行车道宽度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

现行公路桥梁伸缩装置技术状况检查评定方法，难以实现对服役期间的伸缩缝抗扭性能定量评定及自动分级评定，无法自动生成长期跟踪评估数据库，也无法实现抗扭服役性能的早期损伤劣化等级自动识别。

针对现有技术中存在的问题，本发明中提出了一种公路桥梁伸缩装置抗扭服役性能评定方法，适用于现役公路桥梁支座与伸缩装置抗扭服役状况的检测，在伸缩缝凹凸台阶和行车的耦合激励下，可引起伸缩装置或梁体的扭振响应，上述扭振响应与伸缩缝的台阶差的大小密切相关；此时，扭角数据采集模块自动采集伸缩装置或梁体的扭角-时间响应曲线，运算得到相应的静态扭角、静态台阶差、动态扭角、动态振幅峰值，依所测得动态扭角和抗扭性能评定模型确定抗扭性能；依抗扭性能检测初值和当前值确定抗扭劣化率；量化的抗扭性能和抗扭劣化率检测值，可以定量地评定公路桥梁支座及伸缩装置的抗扭服役性能，定期跟踪观测抗扭劣化率的变化，则可以早期诊断与识别被评定对象抗扭服役性能的劣化及损伤，在提高检测效率的同时，提升了公路桥梁支座及伸缩装置抗扭服役性能的早期损伤的识别性和检查可靠性。

如附图1所示，一种公路桥梁伸缩装置抗扭服役性能评定方法，步骤如下：

S1：获得被评定对象的详细资料

搜集被评定伸缩装置的以下详细资料：

桥梁类型、伸缩装置类型、支座类型、行车道编号、被评定桥梁历次检修与维修报告、当前已知的病害定性信息以及病害定量信息；

搜集被评定伸缩装置的以下性能数据：

设计伸缩量、抗扭性能检测初值、当前伸缩量、当前温度、被评定桥梁的限速、历次检测温度、历次抗扭性能检测值与评估结果；

S2：确定抗扭性能评定模型

抗扭性能评定模型,抗扭性能包括伸缩缝的静态台阶差与动态台阶差

上述静态台阶差是指在无车辆通行激励条件下，伸缩缝的相对扭角θ_S引起的接缝静态高差；

上述动态台阶差是指在行车的激励条件下，动态扭角θ_Dp引起的接缝动态振幅峰值Δ_Dp；扭角响应反应了伸缩装置和梁体的抗扭能力或支座的抗偏载能力；

检测时速v_Test＝0.95×v_max，式中v_max为被评定桥梁的限速；

没有行车时，静态扭角θ_S可由扭角传感器直接测定得出，并实时计算由扭转角引起的接缝静态台阶差Δ_S＝W×sin(θ_S)；行车以检测时速v^T_es^t通过被评定对象接缝端面，扭振数据采集模块采集扭角-时间曲线，实时计算动态扭角θ_Dp和动态振幅峰值Δ_Dp＝W×sin(θ_Dp)，重复多次上述检测，取平均值和

抗扭性能按以下公式计算

$S_{\mathrm{\θ}}=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{Limt}-({\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_S+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_{Dp})}{{\mathrm{\Δ}}_{Limit}};$

式中，

为由静态扭角均值引起的静态台阶差均值；

为由动态扭角均值引起的动态振幅峰值均值；

Δ_Limit为被评定对象伸缩缝的允许错位极值，依JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》第10.2.1条款的规定伸缩缝的允许错位极值取值范围为<30mm；伸缩缝的总竖向错位为静态台阶差与动态振幅峰值之和，且不大于最大允许极值

抗扭性能评定分级；

抗扭性能取值范围为1～0，分五个评定层级：优良、良好、合格、不良、病害；

1)抗扭性能优良，表明行车平顺且完全无颠簸感，抗扭性能取值范围为S_θ≥0.90；

2)抗扭性能良好，表明行车平顺但有轻度颠簸，抗扭性能取值范围为0.9＞S_θ≥0.75；

3)抗扭性能合格，表明行车平顺但有颠簸，抗扭性能取值范围为0.75＞S_θ≥0.50；

4)抗扭性能不良，表明行车严重颠簸，抗扭性能取值范围为小于0.50＞S_θ≥0.10；

5)抗扭性能病害，表明行车有跳车感或跳车现象，抗扭性能取值范围为小于S_θ＜0.10；

S3：测定被评定对象的抗扭性能

先测定没有行车时被评定对象的静态扭角θ_S及静态台阶差Δ_S；行车以检测时速通过被评定对象时，采集扭角-时间曲线，实时计算动态扭角θ_Dp及由动态扭角引起的动态振幅峰值Δ_Dp,采样频率不低于1000Hz，采样时间不低4秒，依实测静态台阶差与动态振幅峰值，计算确定被评定对象接缝端面的总竖向错位Δ_T＝Δ_S+Δ_Dp；

重复n次检测上述检测步骤，取平均值为

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}}_T=\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{Si}+{\mathrm{\&Delta;}}_{Dpi}}{n},$

抗扭性能检测值为

$S_{\mathrm{\&theta;}}=\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{Limit}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}}_T}{{\mathrm{\&Delta;}}_{Limit}}.$

S4：判断是否免于深度检查

若抗扭性能检测值小于0.5，则评定抗扭性能不良或抗扭性能病害，执行第S5步，对被评定对象开展深度检查；否则，直接执行第S6步，确定抗扭性能劣化率并生成抗扭服役性能检测报告；

S5：开展深度检查

所述现场深度检查主要内容为：伸缩装置的完好性检查、接缝的相对错位与台阶差检查、支座的状态检查、行车振动与噪音检查、锚固完整性检查、接缝的阶梯差检查，支座的技术状态与病害检查,包括定量和定性检查；

上述定量检查包括:伸缩接缝台阶差测量、伸缩装置锚固区的完整性与裂纹检测、伸缩装置缝宽间隙宽度与均匀性测量、伸缩缝扭动与转角度测量；

上述定性检查包括：病害检查包括：伸缩装置的病害类型、位置与程度，伸缩装置整体及病害照片，支座受力状态与病害照片；

S6：确定抗扭劣化率

抗扭劣化率按以下公式计算

$D_{\mathrm{\&theta;}n}=\frac{S_{\mathrm{\&theta;}1}-S_{\mathrm{\&theta;}n}}{S_{\mathrm{\&theta;}1}}\&times;100\%;$

式中，S_θ1抗扭性能检测初值，为被评定对象新建竣工或修复后的第一次抗扭性能检测值，S_θn抗扭性能检测当前值，为被评定对象新建竣工或修复后第n检测周期抗扭性能检测值；

每个检测周期通常为3个月，最长不大于12个月。

S7：生成抗扭服役性能检测报告

抗扭服役性能检测报告包括以下主要内容：

桥梁类型与桩号、伸缩装置类型、行车道编号、检测时间、检测周期、当前温度、伸缩间隙宽度、检测时速、扭角-时间响应曲线、静态扭角、静态台阶差、动态扭角、动态振幅峰值、总竖向错位Δ_T＝Δ_S+Δ_Dp、抗扭性能检测值、抗扭劣化率、服役技术评估结果；

运算得到相应的，

检测人员可以输入深度检查结果与建议。

S8：充实抗扭性能劣化历程数据库

在抗扭性能劣化历程数据库中添加以下记录；

本次检测时间、检测周期、检测温度、检测时速、扭角-时间响应曲线、、静态扭角、静态台阶差、动态扭角、动态振幅峰值、总竖向错位Δ_T＝Δ_S+Δ_Dp、抗扭性能检测值、抗扭劣化率、现场深度检查结果、评估结果与建议；

所述深度检查结果包括桥梁伸缩装置和支座体系的整体技术状态。

实施例

本实施例仅说明本发明实施的一种具体情况，并不限定本发明的其他实施情况。以某公路桥为例，依据本发明的一种公路桥梁伸缩装置抗扭服役性能评定方法，完成其基于伸缩装置扭振响应实测结果的伸缩装置和支座体系技术状况评定，具体步骤如下：S1：获得被评定对象的详细资料

被评定对象该公路桥梁为预应力混凝土箱梁桥，竣工时间为2012年6月，伸缩装置为异型钢单缝式伸缩装置，设计伸缩量为60mm，行车道宽度取值为W＝7米，竣工后第一次抗扭性能检测值为S_θ1＝0.94；当前检测环境温度10℃、当前伸缩装置的30mm缝宽、限速为100公里/时、检测周期为6个月，本次检测为第6次，无检修与维修记录,历次抗扭性能检测值与评估结果见图3；

S2：抗扭性能评定模型

确定评定模型使用技术如下：竖向错位最大允许极值取20mm，抗扭性能检测初值为S_θ1＝0.94，检测时速取95km/h，行车道宽度取值为W＝7米。

S3：测定被评定对象抗扭性能

检测车驶入上述被评定对象前，先测定静态扭角和静态台阶差；驶入被评定对象时，扭振数据采集模块自动采集扭角-时间曲线，采样频率为1000Hz，采集样本为4096个，并实时计算行车时域内的动态扭角和动态振幅峰值；上述检测重复三遍，并确定总竖向错位均值；

第一次测定得静态扭角为θ_S1＝0.023°、动态扭角为θ_Dp1＝0.019°，计算得静态台阶差为Δ_s1＝2.81mm、动态振幅峰值为Δ_Dp1＝2.32mm；

第二次测定得静态扭角为θ_S2＝0.023°，动态扭角为θ_Dp2＝0.021°，计算得静态台阶差为Δ_s2＝2.81mm、动态振幅峰值为Δ_Dp2＝2.57mm；

第三次测定得静态扭角为θ_S3＝0.026°，动态扭角为θ_Dp3＝0.022°，计算得静态台阶差为Δ_S3＝3.18mm、动态振幅峰值为Δ_Dp3＝2.69mm；

计算确定总竖向错位为

计算抗扭性能检测值为

式中Δ_Limit取20mm；

S4：判断是否免于深度检查

通过第3车道伸缩装置接缝端面时，抗扭性能检测值为S_θ＝0.727＞0.50，评定结果为行车平顺但有颠簸，抗扭性能合格，免于深度检查，执行第S6步；

S6：确定抗扭劣化率

已知抗扭性能检测初值为S_θ1＝0.94，本次检测为第6检测周期，抗扭性能检测值S_θ6＝0.727；计算得抗扭劣化率为：

$D_{\mathrm{\&theta;}6}=\frac{S_{\mathrm{\&theta;}1}-S_{\mathrm{\&theta;}6}}{S_{\mathrm{\&theta;}1}}\&times;100=\frac{0.940-0.727}{0.940}\&times;100=22.66\%.$

S7：生成抗扭服役性能检测报告

上述抗扭服役性能检测报告主要内容包括：

检测时间：2015年1月18日、检测环境温度：10度、桥梁类型：预应力混凝土箱梁桥、伸缩装置类型：异型钢单缝式伸缩装置、伸缩装置的缝宽10mm、检测行车速度95km/h、扭角-时间响应曲线、静态扭角、静态台阶差、动态扭角、动态振幅峰值、总竖向错位Δ_T＝Δ_S+Δ_Dp；抗扭性能S_θ6＝0.727、抗扭劣化率D_S6＝22.66％，评定结果为抗扭性能合格；

S8：充实抗扭性能劣化历程数据库

在抗扭性能劣化历程数据库中添加以下内容:

检测时间：2015年1月18日、环境温度：10度、检测时速：95km/h、扭角-时间响应曲线、静态扭角静态台阶差动态扭角动态振幅峰值总竖向错位Δ_T＝5.46mm、抗扭性能检测值：0.727、抗扭劣化率：22.66％、伸缩缝宽10mm、最大台阶差值：5mm，评定结果为行车平顺、抗扭性能合格。