基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法与流程

本发明属于交通运输业桥涵工程质量检测，具体涉及一种基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法。

背景技术：

1、我国是桥梁大国，新建和已建桥梁众多，其中大部分是连续梁桥，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一套精确有效的评估现有桥梁状态以及确定其承载力的方法，并进一步对桥梁结构损伤进行识别，利用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，但是荷载试验存在试验所需时间较长的问题，整个试验过程需要封闭交通，布置的测点繁多，需要耗费相当可观的时间和检测费用，并且实际检测结果通常要与结构模型分析对比，但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。传统荷载试验通过计算使试验荷载作用下的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。传统方法需要的车辆较多，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。

2、因此，如何解决以上实际检测和计算中的问题，是亟待解决的重要技术问题。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于提供一种基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，以解决对现役桥梁的整体性能进行在线评估的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，包括以下步骤：

4、1)选定测试桥梁的桥头为原点，以桥头至桥尾方向为正方向，于桥梁上坐标为x的截面处安装传感器，使加载车从桥头端上桥并匀速行驶过桥，通过所述传感器采集的数据得到所述截面x处的弯矩值随所述加载车位置变化的实际应变曲线a；

5、2)通过公式推导出截面x处的弯矩值随加载车车辆位置变化的理论应变曲线b；

6、3)对步骤1)所得到的实际应变曲线a和步骤2所得到的理论应变曲线b的相似度进行比较，将实际应变曲线a相对于理论应变曲线b的明显波动处进行标记，并将标记处所对应的桥梁坐标评估为桥梁损伤处。

7、作为本发明一种改进的方式，所述步骤1)中，所述传感器设有若干个，并且在截面上均匀布置；所述传感器通过屏蔽电缆依次连接高速采集器和处理单元；所述高速采集器对传感器的传感器测试信号进行采集并发送到处理单元中；所述处理单元对传感器测试信号进行滤波处理并得到所述截面x处的弯矩值随所述加载车位置变化的实际应变曲线a。

8、作为本发明一种改进的方式，所述步骤1)中，所述加载车具有1个前轴和2个后轴(分别为后轴ⅰ和后轴ⅱ)，所述加载车的前轴ⅰ的重量p1，后轴ⅰ的重量p2，后轴ⅱ的重量p3，则所述步骤2)中所述截面x处的弯矩值随加载车车辆位置变化的理论应变曲线b为：

9、

10、式中，为截面x处弯矩随移动车辆变化效应函数；为任意截面x处弯矩影响线表达式，z1为后轴距，z2为前轴距，xp为加载车后轴ⅱ到原点距离。

11、作为本发明一种改进的方式，所述步骤3)中，通过matlab对实际应变曲线a相对于理论应变曲线b的明显波动处进行坐标标记和数量统计并得到统计结果，将统计结果与评定标准进行对比得出桥梁的损伤位置和损伤程度。

12、作为本发明一种改进的方式，所述传感器为应变传感器或位移传感器或应力传感器。

13、作为本发明一种改进的方式，所述连续梁为三跨任意截面任意跨径连续梁，该连续梁包括桥梁1#跨、2#跨和3#跨，定义连续梁的1#跨跨径为l1，2#跨跨径为l2，3#跨跨径为l3；1#跨影响线影响因子分别为a1、a2，2#跨影响线影响因子分别为b1、b2，3#跨影响线影响因子分别为c1、c2；则任意截面x处弯矩影响线表达式为②、③、④：

14、

15、

16、

17、式中：l为三跨连续梁总跨径即l＝l1+l2+l3；影响线影响因子分别为：

18、

19、

20、

21、式中，

22、

23、

24、

25、

26、

27、式中，ex为连续梁的材料弹性模量，ix为连续梁的截面惯性矩。

28、作为本发明一种改进的方式，所述步骤3)中，取所述加载车通过测试桥梁总长度的5％～95％之间的应变曲线进行比较。

29、作为本发明一种改进的方式，所述步骤3)中，取所述应变曲线应采用挠度时程曲线。

30、本发明的优点：

31、1.本申请提出了一种桥梁结构损伤进行快速识别的方法；其推导的公式简单易懂，而且可以很全面的反应桥梁的整体状态，突破了影响线点乘理论荷载作为评定算法的局限性，而且通过不中断交通的情况下通过在某个控制截面布置1到多个应变测点，一辆特定试验车匀速跑过即可测得反应曲线，进而通过实际曲线与理论曲线对比即可对桥梁的结构损伤进行有效的识别。

32、2.本申请公开的方法简便、效果明显、计算简单、准确性高，具有广阔的工程运用前景。在本发明中，引入试验的加载车轴重和轴距，根据本申请提供的公式可求得特定加载车辆从连续梁梁端移动到尾部时控制截面处弯矩的变化效应函数。

33、3.本申请中取加载车通过测试桥梁总长度的5％～95％之间的应变曲线进行比较，主要是因为加载车在上桥和下桥的过程中会存在一定的冲击，会影响传感器的测量结果从而引起较大误差，因此选取加载车在测试桥梁上平稳行驶的节段进行评估可以提高评估结果的准确性。

技术特征：

1.一种基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述传感器设有若干个，并且在截面上均匀布置；所述传感器通过屏蔽电缆依次连接高速采集器和处理单元；所述高速采集器对传感器的传感器测试信号进行采集并发送到处理单元中；所述处理单元对传感器测试信号进行滤波处理并得到所述截面x处的弯矩值随所述加载车位置变化的实际应变曲线a。

3.如权利要求1或2所述的基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述加载车具有1个前轴和2个后轴，所述加载车的前轴ⅰ的重量p1，后轴ⅰ的重量p2，后轴ⅱ的重量p3，则所述步骤2)中截面x处的弯矩值随加载车车辆位置变化的理论应变曲线b为：

4.如权利要求3所述的基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，其特征在于，所述步骤3)中，通过matlab对实际应变曲线a相对于理论应变曲线b的明显波动处进行坐标标记和数量统计并得到统计结果，将统计结果与评定标准进行对比得出桥梁的损伤位置和损伤程度。

5.如权利要求1所述的基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，其特征在于，所述传感器为应变传感器或位移传感器或应力传感器。

6.如权利要求3所述的基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，其特征在于，所述连续梁为三跨任意截面任意跨径连续梁，该连续梁包括桥梁1#跨、2#跨和3#跨，定义连续梁的1#跨跨径为l1，2#跨跨径为l2，3#跨跨径为l3；1#跨影响线影响因子分别为a1、a2，2#跨影响线影响因子分别为b1、b2，3#跨影响线影响因子分别为c1、c2；则任意截面x处弯矩影响线表达式为：

7.如权利要求1所述的基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，其特征在于，所述步骤3)中，取所述加载车通过测试桥梁总长度的5％～95％之间的应变曲线进行比较。

8.如权利要求7所述的基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，其特征在于，所述步骤3)中，取所述应变曲线应采用挠度时程曲线。

技术总结
本发明公开了一种基于应变时程曲线的连续梁结构损伤识别方法，包括以下步骤：1）选定测试桥梁的桥头为原点，以桥头至桥尾方向为正方向，于桥梁上坐标为x的截面处安装传感器，使加载车从桥头端上桥并匀速行驶过桥，通过所述传感器采集的数据得到所述截面x处的弯矩值随所述加载车位置变化的实际应变曲线A；2）通过公式推导出截面x处的弯矩值随加载车车辆位置变化的理论应变曲线B；3）对步骤1）所得到的曲线A和步骤2所得到的曲线B的相似度进行比较，将曲线A相对于曲线B的明显波动处进行标记，将标记处所对应的桥梁坐标评估为桥梁损伤处。本发明解决了对现役桥梁的损伤处进行快速识别的技术问题。

技术研发人员：郝天之,陈齐风,邓年春,杨雨厚,陈啸铭,宁杰钧,王龙林
受保护的技术使用者：广西北投交通养护科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11