连续梁桥异跨加载荷载试验方法与流程

1.本发明涉及路桥质量检测技术领域，尤其是连续梁桥异跨加载荷载试验方法。


背景技术：

2.我国是桥梁大国，新建和已建桥梁众多，其中就大部分是连续梁桥，有的桥梁运营很久，材料老化严重，截面刚度折减较大，无论是老桥还是新桥都需要进行精确有效的评估现有桥梁状态以及确定其承载力。传统荷载试验是通过计算使试验荷载作用下的控制截面内力或变形计算值与承载能力评定荷载作用下的内力或变形之比，从而获得试验荷载效率，使试验荷载效率在一定范围内，并将试验荷载施加在桥梁的指定位置上，测量测试截面的静力位移、静力应变等参数，从而对桥梁的工作性能和使用能力做出评价。
3.采用传统荷载试验可以直观的评估其状态，其评定结果较为准确可靠。但是，需要的车辆较多，且加载车较多，荷载试验同时存在所需时间较长，整个过程需要封闭交通，布置的测点繁多，耗费相当可观的时间和检测费，在试验现场找车困难，加载车称重不能完全符合计算的荷载，车辆布载的位置也根据不同工况时刻变化，随机性太大，重复试验数据对比性不高。而且不同软件计算出理论数据有一定差别，加上根据影响线点乘试验荷载的算法无法精确反应实际状态。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供连续梁桥异跨加载荷载试验方法，能够有效减少测点的布置及试验车辆的需要，而且通过计算弯矩随移动车辆变化效应函数与实测弯矩随移动车辆变化效应函数快速准确判断桥梁的承载能力状态。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
6.连续梁桥异跨加载荷载试验方法，包括下述步骤：
7.1)控制截面的确定：在连续梁桥上确定一个控制截面；
8.2)试验车数据的测量：测量所述试验车的轴重及轴距；
9.3)计算弯矩随移动车辆变化效应函数的建立：根据所述控制截面的计算弯矩影响线曲线和所述试验车的轴重及轴数，计算分析出任意截面的计算弯矩随移动车辆变化效应函数，通过积分计算分析出计算弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积；
10.任意截面的计算弯矩随移动车辆变化效应函数表达式为：
[0011][0012]
其中，xp是试验车后轴到桥梁原点距离，是任意截面计算弯矩影响线表达式，x是任意截面的坐标，z1是后轴距，z2是后轴距，p1是第一后轴重，p2是第二后轴重，p3是前轴重；
[0013]
4)实测弯矩随移动车辆变化效应函数的建立：
[0014]
a1：确定所述控制截面的刚度；
[0015]
a2：在所述控制截面布置一个或多个应变计；
[0016]
a3：驾驶所述试验车从桥头开到桥尾，根据步骤a1和步骤a2的数据分析计算出实测弯矩随移动车辆变化效应函数，通过积分分析计算出实测弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积；
[0017]
5)承载力的评定：将计算弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积与实测弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积放置同一坐标系中，通过比较计算弯矩随移动车辆变化效应函数区间面积与实测弯矩随移动车辆变化效应函数区间面积的积分面积判断所述连续梁桥是否满足承载力的要求。
[0018]
进一步地，在步骤3)中，所述控制截面的计算弯矩影响线曲线的建立包括下述步骤：
[0019]
b1：测量桥梁的各个跨径及桥梁的总跨径，测量所述控制截面的位置；
[0020]
b2：根据步骤b1获得的数据及影响线影响因子表达式，确定各个桥跨的影响线影响因子；
[0021]
b3：根据步骤b2获得的数据及任意截面计算弯矩影响线表达式，确定所述制截面的计算弯矩影响线。
[0022]
进一步地，在分析所述控制截面对对应桥跨的计算弯矩影响线时，确定所述控制截面位于对应桥跨的位置，并分别分析所述控制截面对对应桥跨两端的计算弯矩影响线。
[0023]
进一步地，在步骤a3中，保证所述试验车匀速缓慢地通过桥头至桥尾。
[0024]
进一步地，在步骤a1中，所述控制截面的刚度根据桥梁跨径长度及混凝土等级系数分析计算出。
[0025]
进一步地，所述应变计通过高速采集器进行信号采集。
[0026]
进一步地，所述校验系数为1，当计算弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积与实测弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积的比值小于1时，桥梁的承载力满足要求。
[0027]
本发明的有益效果是：
[0028]
1.通过试验车的轴重及轴距和任意截面处弯矩影响线曲线获得，任意截面弯矩随移动车辆变化效应函数，从而确定控制截面的计算弯矩随移动车辆变化效应函数，在实际检测中，在控制截面布置应力计，使试验车由从桥头开到桥尾，通过测量应力计的数据及控制截面的刚度，确定控制截面的实测弯矩随移动车辆变化效应函数，通过控制截面的弯矩随移动车辆变化效应函数及实测弯矩随移动车辆变化效应函数的积分面积比，能够有效减少测点的布置及试验车辆的需要，而且通过计算弯矩随移动车辆变化效应函数与实测弯矩随移动车辆变化效应函数快速准确判断桥梁的承载能力状态，突破了影响线点乘理论荷载作为评定算法的局限性。
[0029]
2.根据加载荷载作用于整个桥梁，从而使任一桥梁的控制截面都存在一个固定的计算弯矩随移动车辆变化效应函数，因此通过在某一控制截面布置应变计即可检测该控制截面实际弯矩随移动车辆变化效应函数，从而能够减少控制截面及应变计的布置。
[0030]
3.试验车匀速缓慢经过桥梁，能够确保试验车在运行时不存在加速度，避免加速度加载荷载的影响，从而导致检测结果出现偏差。
[0031]
4.在检测控制截面实际弯矩随移动车辆变化效应函数时，只需一辆作为加载荷载，不需要中断交通，减少检测时间，而且方便进行反复检测，减少试验过程中的随机性。
附图说明
[0032]
图1是本发明一实施方式的连续梁桥异跨加载荷载试验方法的试验车加载荷载示意图。
[0033]
图2是本发明一实施方式的连续梁桥异跨加载荷载试验方法的控制截面应变计布置图。
[0034]
图3是本发明一实施方式的连续梁桥异跨加载荷载试验方法的计算弯矩随移动车辆变化效应函数曲线图。
[0035]
图4是本发明一实施方式的连续梁桥异跨加载荷载试验方法的实测弯矩随移动车辆变化效应函数曲线图。
[0036]
图5是本发明一实施方式的连续梁桥异跨加载荷载试验方法的弯矩随移动车辆变化效应函数曲线对比图。
[0037]
图中，1-试验车，z1-后轴距，z2-前轴距，p1-第一后轴重，p2-第二后轴重，p3-前轴重，2-桥梁，l1-第一跨径，l2-第二跨径，l3-第三跨径，l-总跨径，2-桥梁，21-控制截面，3-应变计。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0040]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0041]
连续梁桥异跨加载荷载试验方法，包括下述步骤：
[0042]
1)控制截面的确定：在连续梁桥2上确定一个控制截面21。本实施例中所检测的桥梁为三跨等截面等跨径连续梁桥，控制截面21的位置设置在边跨跨中。
[0043]
2)试验车1数据的测量：测量试验车1的轴重及轴距，在本实施中，选择的试验车1为三轴载重车，其中第一后轴重p1＝第二后轴重p2＝150kn，前轴重p3＝70kn，后轴距z1＝1.35m，前轴距z2＝3.6m。
[0044]
3)计算弯矩随移动车辆变化效应函数的建立：根据控制截面21的计算弯矩影响线曲线和试验车1的轴重及轴数，计算分析出计算弯矩随移动车辆变化效应函数，通过面积积分计算分析出计算弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积。
[0045]
任意截面的计算弯矩随移动车辆变化效应函数表达式为：
[0046]
①
[0047]
其中，xp是试验车后轴到桥梁原点距离，桥梁原点为桥梁桥头，其坐标为(0.0)，是任意截面计算弯矩影响线表达式，x是任意截面的坐标，其坐标为(x.0)，z1是后轴距，z2是后轴距，p1是第一后轴重，p2是第二后轴重，p3是前轴重。
[0048]
任意截面的计算弯矩影响线表达式为：
[0049]
②
0≤x
p
≤l1：
③
l1≤x
p
≤l-l3:
④
l-l3≤x
p
≤l:
[0050]
其中，l为总跨径，l1为1#跨的跨径，l2为2#跨的跨径，l3为3#跨的跨径，a1及a2为1#跨的影响线影响因子，b1及b2为2#跨的影响线影响因子，c1及c2为3#跨的影响线影响因子。
[0051]
由任意截面的计算弯矩随移动车辆变化效应函数表达式可知，控制截面21的计算弯矩随移动车辆变化效应函数与试验车1的第一后轴重p1、第二后轴重、前轴重、后轴距、前轴距及控制截面21的计算弯矩影响线曲线有关系。通过控制截面21的计算弯矩影响线表达式乘以加载荷载可得到控制截面21的计算弯矩随移动车辆变化效应函数表达式。通过面积积分计算分析出计算弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积。
[0052]
控制截面的计算弯矩影响线的建立包括下述步骤：
[0053]
b1：测量桥梁2的各个跨径及桥梁2的总跨径，在本实施例中，第一跨径l1＝第二跨径l2＝第三跨径l3＝30m，总跨径l＝90m
[0054]
b2：根据步骤b1的数据确定各个桥跨的影响线影响因子，并求出影响线解析式；
[0055]
b3：根据控制截面位于对应桥跨的位置和影响线解析式，确定控制截面分别对各跨桥梁的影响，并建立制截面的计算弯矩影响线。
[0056]
由公式
②‑④
可知，任意截面处计算弯矩影响线表达式由影响线影响因子确定，其中各桥跨的影响线影响因子与第一跨径l1、第二跨径l2、第三跨径l3及总跨径l有关。在步骤b1中测量桥梁2的各个跨径及桥梁2的总跨径，通过b2计算出各个桥跨的影响线影响因子，根据b2的影响线影响因子确定控制截面分别对各跨桥梁的影响，并建立制截面的计算弯矩影响线。
[0057]
在分析控制截面21对对应桥跨的计算弯矩影响线时，确定控制截面21位于对应桥跨的位置，并分别分析控制截面21对对应桥跨两端的计算弯矩影响线。
[0058]
令x＝l1/2，根据公式
②‑④
，本实施例中，控制截面21的计算弯矩影响线表达式为：
[0059][0060]
根据控制截面21的计算弯矩影响线表达式、试验车1的轴重及轴数，得到计算弯矩随移动车辆变化效应函数，如图3所示。
[0061]
4)实测弯矩随移动车辆变化效应函数的建立：实测弯矩随移动车辆变化效应函数的建立包括下述步骤：
[0062]
a1：确定所述控制截面21的刚度，所述控制截面21的刚度根据桥梁2跨径长度及混凝土等级系数分析计算出。在本实施例中，桥梁的混凝土等级为c50，弹性模量为3.45
×
104mpa，控制截面21刚度通过计算为5.02362
×
107kn.m2。
[0063]
a2：在所述控制截面布置一个或多个应变计3，应变计布置图如图2所示。
[0064]
a3：驾驶试验车1从桥头开到桥尾，保证所述试验车1匀速缓慢地通过桥头至桥尾，试验车匀速缓慢经过桥梁，能够确保试验车在运行时不存在加速度，避免加速度加载荷载的影响，从而导致检测结果出现偏差。根据步骤a1和步骤a2的数据分析计算出实测弯矩随移动车辆变化效应函数，通过面积积分分析计算出实测弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积。在本实施例中，应变计的测量采用动态应变测试系统。
[0065]
只需一辆作为加载荷载，不需要中断交通，减少检测时间，而且方便进行反复检测，减少试验过程中的随机性。
[0066]
实测弯矩随移动车辆变化效应函数如图4所示。
[0067]
5)承载力的评定：将计算弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积与实测弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积的比值，通过校验系数进行比较，确定是否满足承载力
的要求。
[0068]
在本实施例中，校验系数为1，当计算弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积与实测弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积的比值小于1时，桥梁的承载力满足要求。计算弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积与实测弯矩随移动车辆变化效应函数的区间面积对比曲线如图5所示。
[0069]
本发明通过试验车1的轴重及轴距和任意截面处弯矩影响线曲线获得，任意截面弯矩随移动车辆变化效应函数，从而确定控制截面21的计算弯矩随移动车辆变化效应函数，在实际检测中，在控制截面21布置应力计，使试验车1由从桥头开到桥尾，通过测量应力计3的数据及控制截面的刚度，确定控制截面21的实测弯矩随移动车辆变化效应函数，通过控制截面21的弯矩随移动车辆变化效应函数及实测弯矩随移动车辆变化效应函数的积分面积比，能够直观、准确和全面地判断桥梁1的承载力是否满足要求，突破了影响线点乘理论荷载作为评定算法的局限性。根据加载荷载作用于整个桥梁，从而使任一桥梁的控制截面都存在一个固定的计算弯矩随移动车辆变化效应函数，因此通过在某一控制截面布置应变计即可检测该控制截面实际弯矩随移动车辆变化效应函数，从而能够减少控制截面及应变计的布置。