装配式板梁铰缝损伤评价方法与流程

本发明涉及土木工程中的桥梁结构评估技术领域，尤其是涉及一种装配式板梁铰缝损伤评价方法。

背景技术：

目前空心板梁桥在公路和城市桥梁中较为常见，具有构造简单，受力明确、施工方便、建筑高度小及经济适用的优点，铰缝作为板梁之间重要横向连接，其损伤程度对板梁受力状态影响很大，在重载交通较普遍的情况下，使空心板梁的单梁受力状态频频出现，以至危机桥梁结构安全，因此评价铰缝损伤程度是判断桥梁传力情况及上部结构整体性决定性因素。在桥梁长期运营后，铰缝易出现损伤，严重的情况下，铰缝失效后会导致板梁损伤；反过来板梁刚度损伤也使铰缝破损，因此铰缝结构与板梁刚度相互影响。

目前评价铰缝受损常用方法有目测法，通过铰缝渗水病害定性判断铰缝损伤，但这种方法并不可靠；也有提出判定铰缝损伤程度的方法，通过检测铰缝位置板梁的相对位移，如国内专利cn102507667a公开的一种铰接板梁桥铰缝检测方法与检测装置，该专利通过板梁相对位移判定铰缝损伤，具有一定实用性和可操作性，但对铰缝损坏或破坏情况，该发明只考虑铰缝损伤，未提出具体定量评价指标，也未考虑板梁损伤对铰缝影响因素。公开号为103870705a的专利公开了“一种板梁桥结构动态承载能力的反演方法”，该方法考虑铰缝刚度、板梁损伤及桥上附属结构等因素的影响，同时又能定量判断损伤程度，但该反演方法的位移需要由荷载试验获得，对位移测试纸精度要求较高，且需对每块板梁布设位移传感器。因此，探索一种定量指标评价铰缝损伤的方法，同时考虑铰缝损伤及板梁损伤，不中断交通条件下测试，不需要每块板梁均要求布置的少传感器测试的评价方法，对加固维修和桥梁的安全运营具有积极意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决目前目测法无法定量判断，相对位移法无法考虑板梁损伤情况，位移反演法需中断交通，传感器数量及精度要求高等方法存在的不足，提供一种装配式板梁铰缝损伤评价方法，该方法同时考虑铰缝和板梁损伤，可不中断交通，测试少传感器，不需要外接电源线，可实现长期监测。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种装配式板梁铰缝损伤评价方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，选择怀疑破损或损伤铰缝及相邻板梁，于板梁梁底跨中断面处设置百分表或电测位移传感器，在桥梁现有的通行荷载条件下，读取梁底挠度最大/最小值，梁底挠度包括铰缝相对位移差δi、与铰缝相邻板梁挠度δj、δj+1；

步骤二，将铰缝相对位移差δi、与铰缝相邻板梁挠度δj、δj+1代入公式(1)，计算得到铰缝损伤系数βi；

其中：l为桥梁计算跨径，单位mm；

δi为第i号铰缝相对位移差修正系数，i∈(0，n-1)，n为板梁数量，为无量岗参数；

δj为第j号板梁挠度修正系数，j∈(0，n)，n为板梁数量，为无量岗参数；

δi为铰缝位移差，单位mm；

δj、δj+1为铰缝相邻的板梁中位移，单位mm；

βi为第i号铰缝损伤系数，i∈(0，n-1)，n为板梁数量，为无量岗参数。

步骤三，根据铰缝损伤系数βi定量判断铰缝和损伤程度：

当βi＜1时，铰缝完好；

当1≤βi≤3时，铰缝部分破损；

当βi＞3时，完全损坏。

作为本发明的装配式板梁铰缝损伤评价方法中，当所有板梁的结构相同时，步骤二中的公式(1)可以转化为公式(2)；

作为本发明的装配式板梁铰缝损伤评价方法中，所述铰缝相对位移差修正系数δi的取值范围为0.5-0.6之间。

作为本发明的装配式板梁铰缝损伤评价方法中，板梁挠度修正系数δj的取值范围为1.0-2.5之间。

作为本发明的装配式板梁铰缝损伤评价方法中，所述桥梁现有的通行荷载条件为：桥梁正常运营下的汽车荷载作用。

作为本发明的装配式板梁铰缝损伤评价方法中，采集梁底挠度最大/最小值时，采用百分表采集时间为24小时，在荷载试验加载作用下，采用电测位移传感器可不受时间限制。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果在于：

(1)可同时考虑铰缝和板梁的损伤，自动分配铰缝损伤和板梁损伤的权重，可定量评价指标铰缝损伤程度，方法有效可靠；

(2)评价方法可在桥梁正常运营汽车荷载作用下的挠度进行评价，无需中断交通；

(3)与常规荷载试验方法相比，可只选取破损或破坏铰缝与相邻板梁进行检测，不需要全部板梁布置位移传感器；

(4)采用百分表测量方法，不需要外接电源线，可实现长期监测。

附图说明

图1为本发明铰缝及相邻板梁位移测试布置图；

其中，1为百分表或电测位移传感器，2为第j块板梁，3为第j+1块板梁，4为目标铰缝；

图2为本发明实施例中1辆加载车桥梁横断面及加载横向布置图；

图3为本发明实施例中2辆加载车桥梁横断面及加载横向布置图。

以上图中尺寸单位为m，p为汽车轮重，图中标注的位置变量l1和l2见表1。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

一种装配式板梁铰缝损伤评价方法，将铰缝相对位移差δi及与铰缝相邻板梁挠度δj、δj+1作为测试参数，考虑桥梁铰缝损伤与板梁抗弯刚度，建立对铰缝损伤与板梁抗弯刚度的联系，通过计算协方差可自动分配铰缝损伤和板梁损伤的权重，计算得到的铰缝损伤系数βi可定量判断铰缝损伤的评价方式，该方法具有以下三个步骤：步骤一，选择怀疑破损或损伤铰缝及相邻板梁，于板梁梁底跨中断面处设置百分表或电测位移传感器，布置图参见图1所示，该图示出了百分表或电测位移传感器1、第j块板梁2、第j+1块板梁3、目标铰缝4(被怀疑破损或损伤的铰缝)，测量百分表或电测位移传感器精度能达到0.01mm，能满足常规工程要求，在桥梁现有的通行荷载条件下，读取梁底挠度最大/最小值，梁底挠度包括铰缝相对位移差δi、与铰缝相邻板梁挠度δj、δj+1；步骤二，将铰缝相对位移差δi、与铰缝相邻板梁挠度δj、δj+1代入公式(1)，计算得到铰缝损伤系数βi；

其中：l为桥梁计算跨径，单位mm；

δi为第i号铰缝相对位移差修正系数，i∈(0，n-1)，n为板梁数量，为无量岗参数；

δj为第j号板梁挠度修正系数，j∈(0，n)，n为板梁数量，为无量岗参数；

δi为铰缝位移差，单位mm；

δj、δj+1为铰缝相邻的板梁中位移，单位mm；

βi为第i号铰缝损伤系数，i∈(0，n-1)，n为板梁数量，为无量岗参数。

当所有板梁的结构相同时，步骤二中的公式(1)可以转化为公式(2)；

步骤三，根据铰缝损伤系数βi定量判断铰缝和损伤程度：当βi＜1时，铰缝完好；当1≤βi≤3时，铰缝部分破损；当βi＞3时，完全损坏。

下面结合具体板梁进行详细说明：

本实施例选定的板梁为单跨空心简支板梁，如图2所示，计算跨径为11.0m，横向由9片混凝土空心板梁铰接组成，每块板梁高均为0.55m，板梁宽为0.99m，混凝土强度为c40。9片板梁结构设计均相同，鉴于此，本案可通过公式(2)进行相关数据的计算。图2中定义了板梁编号，铰缝的编号从左到右分别为1#～8#铰缝，板梁从左到右分别为1#～9#梁。

通过外观检查：3#铰缝损坏程度最严重，8#铰缝损坏程度相对较轻，4#、5#、6#铰缝均有不同程度损伤。本发明通过对铰缝修复前、铰缝修复后、铺装修复后三次荷载试验的挠度测试验证本发明定量评价铰缝损伤的有效性，荷载试验测试方法可不受采集时间的限制。

加载采用两辆30吨重的汽车荷载，车轮布置靠近损伤铰缝，两辆车加载横向间距1.3m，加载共设计6个工况，加载布置见图2、图3和表1，电测位移传感器布置在板梁中部及铰缝处，共布置17个位移传感器，分别测试各工况下竖向最大/小位移值。

表1加载工况布置参数

假设所有铰缝相对位移差修正系数δi取0.5，所有板梁挠度修正系数δj取2。挠度采用电测位移传感器采集，测量得铰缝修复前荷载试验铰缝相对位移差δi和与铰缝相邻板梁挠度δj、δj+1，测试结果见表2和表3，计算得到的铰缝损伤系数βi见表4。

表2铰缝修复前铰缝相对位移差δi测试结果(单位mm)

表3铰缝修复前板梁中位移δj测试结果(单位mm)

表4铰缝修复前铰缝损伤系数βi计算结果

同理可计算得到铰缝修复后、铺装修复后的铰缝损伤系数βi，结果见表5和表6。

表5铰缝修复后铰缝损伤系数βi的计算结果

表6铺装修复后铰缝损伤系数βi的计算结果

根据计算结果，铰缝修复前，3#铰缝的β3最大为3.726，铰缝已破损。5#、6#、8#铰缝的βi分别为1.929、1.577和1.264，介于1～3之间，铰缝损伤，其中8#～9#铰缝程度最轻。3#、5#、6#、8#铰缝损伤程度与荷载试验确定的铰缝损伤程度吻合，4#铰缝检查时并未发现铰缝渗水病害，但铰缝修复时发现也损伤较严重，由表4结果可见：4#铰缝的β4最大为3.137，说明该铰缝也已损伤，同时说明本发明能定量评价出铰缝损伤程度，可避免只以铰缝渗水作为损伤评价误判。

铰缝修复后，βimax在0.408～0.919范围之间；铺装修复后，βimax在0.315～0.599范围之间，说明铰缝修复后和铺装修复后，铰缝损伤系数铰缝βi＜1。桥面铺装重新浇筑后，铰缝损伤系数βi降低幅度加大，说明铺装对铰缝横向传力起了关键作用。

在正常运营荷载作用下，采用百分表采集位移数据，同样适用于本发明的评价方法，此处不在赘述。

综上所述，铰缝损伤系数βi＜1时，铰缝完好；1≤βi≤3；铰缝损坏；βi＞3时，铰缝破损，其判断临界值有效。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。