用于延长正交异性桥面板钢箱梁桥梁寿命的管理养护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及桥梁管理养护领域，具体涉及一种用于延长正交异性桥面板钢箱梁桥 梁寿命的管理养护方法。
【背景技术】
[0002] 我国自20世纪80年代开始使用正交异性桥面板钢箱梁，作为大跨度桥梁和中跨 度桥梁的主梁结构，钢箱梁是承受汽车车轮荷载的主体，桥梁使用过程中，钢箱梁受到行走 车辆的作用时，会产生应力。
[0003] 当行走车辆超重和超载时，钢箱梁产生的应力随之增大，在长期车辆荷载甚至超 载作用下，钢箱梁容易发生疲劳损伤甚至裂缝，导致桥梁的承载能力降低，使用寿命缩短。
[0004] 通过对钢箱梁结构进行受力分析和疲劳开裂病害调研得到：钢箱梁的疲劳裂纹通 常出现在载荷分担率高、应力集中的结构部位，其包括邻近车辆轮载作用的U肋与面板之 间的纵向角焊缝处、纵肋与横隔板交叉处的弧形缺口处、U肋对接焊处、横隔板与面板的焊 接处。
[0005] 为了延长桥梁的使用寿命，桥梁管理养护人员通常对桥梁进行定期检查和日常巡 检。当工作人员发现钢箱梁受到损伤时，通常采取焊接、栓接、铆接和粘钢的方式修复钢箱 梁受到损伤之处。
[0006] 现有的管理养护方法存在以下缺陷：
[0007] (1)管理养护人员通过定期检查和日常巡检，难以发现钢箱梁上较小的损伤，只有 当损伤扩大到可检测的尺寸时，管理养护人员才能发现损伤并采取修复措施，修复不及时， 与修复较小的损伤相比，修复尺寸较大的损伤成本较高。
[0008] (2)使用焊接的方法修复损伤时，焊接时的高温会导致热塑区钢箱梁母材的材质 变脆、断裂韧性降低；焊接的焊缝通常存在裂纹、气孔、残余应力等缺陷，上述缺陷容易导致 修复后的区域再次断裂，修复后的钢箱梁容易再次受损；使用栓接或铆接的方法修复钢箱 梁的损伤时，通常需要在邻近损伤之处的母材上开孔，开孔会削弱母材的截面，降低母材的 受力能力，导致母材形成新的应力集中区，修复后的钢箱梁容易再次受损；使用粘钢的方法 修复钢箱梁的损伤时，需要使用辅助机械设备进行加压，粘钢的方法工艺比较复杂，施工质 量不易保证。
[0009] 采用焊接、栓接、铆接和粘钢的方式修复钢箱梁的施工比较复杂，施工时间比较 长，施工成本较高。
[0010] 采用焊接、栓接、铆接和粘钢的方式修复，均会造成钢箱梁的自重和尺寸增大，容 易导致钢箱梁产生新的结构缺陷，缩短桥梁的使用寿命。
[0011] (3)现有的管养方法没有改变钢箱梁结构的受力，修复后的损伤部位仍然是受力 较大部位，在后续的行走车辆的冲击力作用下仍然容易发生损伤，缩短桥梁的使用寿命。
【发明内容】
[0012] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于延长正交异性桥面 板钢箱梁桥梁寿命的管理养护方法，维修养护及时，养护成本较低，施工时间较短，不对结 构产生新的损伤，能够延长桥梁的使用寿命。
[0013] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种用于延长正交异性桥面板钢箱 梁桥梁寿命的管理养护方法，其特征在于、包括以下步骤：
[0014] A、确定待测桥梁的预期剩余使用寿命，将待测桥梁中受力最大的截面作为测试断 面，将与测试断面对应的钢箱梁段作为待测钢箱梁段；在待测钢箱梁段的内部，确定与测试 断面对应的疲劳易损点，选择至少9疲劳易损点作为测点，在每个测点均设置应变传感器， 转到步骤B ;
[0015] B、每个应变传感器监测车辆经过对应测点时的应变数据，监测时间不少于7天； 根据每个测点的所有应变数据计算得到该测点的剩余使用寿命，将所有位于中央分隔带左 侧的测点为左幅测点，所有位于中央分隔带右侧的测点为右幅测点，转到步骤C ;
[0016] C、将剩余使用寿命最短的左幅测点作为左幅预警测点；将剩余使用寿命最短的右 幅测点作为右幅预警测点；
[0017] 判定左幅预警测点的剩余使用寿命小于待测桥梁的预期剩余使用寿命，将左幅预 警测点作为待分析点，转到步骤D ;
[0018] 判定右幅预警测点的剩余使用寿命小于待测桥梁的预期剩余使用寿命，将右幅预 警测点作为待分析点，转到步骤D ;
[0019] D、将待分析点所在的车道作为待受力分析车道；将测试车辆放置于待受力分析车 道上，测试车辆的轮轴中心与待受力分析车道的横向中心线重合；将测试车辆沿垂直于待 受力分析车道顺行方向平移若干次，每次平移的距离均为〇. 5~5cm，移动总距离为80~ 180cm，通过有限元法计算待分析点的应力影响线，转到步骤E ;
[0020] E、确定应力影响线的应力最小值对应的移动距离yl ;将待分析点所在半幅桥面 上的所有车道的分隔线向最外侧车道方向平移，平移距离为a，a = yl ;
[0021] F、重复执行步骤B至步骤E。
[0022] 在上述技术方案的基础上，步骤A中所述确定与测试断面对应的疲劳易损点，包 括以下步骤：将待测钢箱梁段与测试断面对应的所有顶板与U肋纵向连接点，所有横隔板 与U肋下缘连接点，所有U肋的横向连接点，均作为疲劳易损点。
[0023] 在上述技术方案的基础上，步骤A中所述选择至少9个疲劳易损点作为测点包括 以下步骤：在待测钢箱梁顶部每个车道中，选择至少3个顶板与U肋纵向连接点、至少3个 横隔板与U肋下缘连接点、至少3个U肋横向连接点，作为测点。
[0024] 在上述技术方案的基础上，步骤B中所述根据应变数据计算每个对应测点的剩余 使用寿命，包括以下步骤：
[0025] 统计分析每个测点每天的应变数据，得到每个测点的日应力谱；测试不少于7天 后，得到每个测点在每天承受的应力幅循环为Λ 〇 i (i = 1，2, . . .，m)，对应作用次数为Ii1 (i =1，2，...，m)的荷载作用下，常幅疲劳极限应力幅为Λ ，疲劳截止限应力幅为Λ Ociut 时，根据公式1 :
[0026]
[0027] 得到每个所述测点对应每种应力幅循环作用下的累计损伤度D1 ;
[0028] 根据每个所述测点的每种应力幅循环作用下的累计损伤度D1和公式2,得到对应 测点的每日累积损伤度D d;
[0029] 公式2为：
[0030]
[0031] 确定待测桥梁的已使用寿命Th，根据所述对应测点的每日累积损伤度Dd、桥梁的 已使用寿命T h和公式3,计算得到对应测点的历史累积损伤度Dh :
[0032] 公式3为：
[0033] Dh = DdXTh
[0034] 根据对应测点的每日累积损伤度Dd、历史累积损伤度Dh和公式4计算对应测点的 预期剩余使用寿命T ;
[0035] 公式4为：
[0036] T= (I-Dh)/Ddo
[0037] 在上述技术方案的基础上，步骤C中所述将剩余使用寿命最短的左幅测点作为左 幅预警测点；将剩余使用寿命最短的右幅测点作为右幅预警测点之后，包括以下步骤：判 定左幅预警测点的剩余使用寿命在待测桥梁的预期剩余使用寿命以上，重新执行步骤B ;
[0038] 判定右幅预警测点的剩余使用寿命在待测桥梁的预期剩余使用寿命以上，重新执 行步骤B。
[0039] 在上述技术方案的基础上，步骤D所述每次平移的距离均为1cm，所述移动总距离 为 90cm。
[0040] 在上述技术方案的基础上，步骤E中所述将待分析点所在半幅桥面上的所有车道 的分隔线向最外侧车道方向平移之后，还包括以下步骤：重新喷涂待分析点所在的半幅桥 面上所有的车道分隔线，同时铲除原桥面车道分隔线，得到养护后的车道分隔线。
[0041] 在上述技术方案的基础上，所述应变传感器选用温度自补偿光纤光栅应变传感 器。
[0042] 在上述技术方案的基础上，所述应变传感器的测试频率为20~120Hz。
[0043] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0044] (1)本发明中的应变传感器可以实时监测待测点的应力变化数据，并将应力变化 数据输至计算机，计算机能够对应力变化数据进行处理，得到测点的剩余使用寿命，当测点 的剩余使用寿命小于对应待测桥梁的预期剩余使用寿命时，提醒管养部门对钢箱梁进行维 修养护，与现有技术中钢箱梁受损尺寸较大时，工作人员才能发现并采取相应维修养护措 施相比，能够在损伤较小时，对钢箱梁进行维修养护，维修养护及时，有效降低了修复成本。
[0045] (2)本发明的养护方法包括计算预警点的应力影响线L(y)，确定车道分隔线平移 的距离a，将所有车道分隔线向最外侧车道方向平移a，重新喷涂车道分隔线，同时铲除原 桥面车道分隔线，重新布置分隔线，与现有技术中采用焊接、栓接、铆接和粘钢的方式修复 钢箱梁相比，本发明能够改变所有测点特别是预警点对应的车道上，车辆荷载作用的位置， 进而能够改善钢箱梁的受力分布，不对结构产生新的损伤，不仅维修养护成本较低，而且施 工时间较短，能够延长桥梁的使用寿命。
[0046] (3)本发明的用于延长正交异性桥面板钢箱梁桥梁寿命的管理养护方法，包括设 置于待测钢箱梁内的测点设置应变传感器，测试时桥面的交通能够保持畅通，比较方便。
[0047] (4)本发明的能够通过对钢箱梁内部的测点进行后续监测评估来监测养护后结构 的性能、并及时预警，能够保障桥梁的运营安全。
【具体实施方式】
[0048] 以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
[0049] 本发明提供的用于延长正交异性桥面板钢箱梁桥梁寿命的管理养护方法，包括以 下步骤：
[0050] Sl :确定待测桥梁的预期剩余使用寿命，对待侧桥梁结构的整体受力进行计算，得 到待测桥梁的所有钢箱梁的纵断面受力分布，选择待测桥梁结构中受力最大的截面，作为 测试断面，将测试断面所在的钢箱梁段作为待测钢箱梁段。
[0051] S2 :将待测钢箱梁段内，所有与测试断面对应的顶板与U肋纵向连接点作为第一 连接点，所有横隔板与U肋下缘连接点作为第二连接点，所有U肋横向连接点作为第三连接 点。
[0052] S3 :在待测钢箱梁段顶部的每个车道，选择至少3个第一连接点、至少3个第二连 接点、至少3个第三连接点，作为测点，在每个测点设置应变传感器。