四跨鱼腹式连续箱梁桥静动力荷载试验及损伤识别方法

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连续梁桥最大的特点便是利用支点的负弯矩来“卸载”跨中的正弯矩,使各截面的受力更加均匀,从而达到增大桥梁跨越能力的目的。箱型截面具有较大的抗弯和抗扭刚度,增加了结构受力的整体性。鱼腹式连续箱梁桥把边腹板做成曲线形状,使桥梁外形更加美观。采用现浇技术建造的桥梁结构能够充分适应道路线形的变化。因此现浇鱼腹式连续箱梁桥能够充分适应道路线形,增加桥梁结构的美学效果。该类桥梁在我国的桥梁建设中得到了广泛的应用。然而该类桥梁结构由于结构形式复杂,在一定程度上导致了受力特性的复杂性。对于受力特性复杂的结构体系,再精确的计算、设计也不能代替其实验测试工作。为了给该类桥梁的设计提供第一手基础数据,对该类进行荷载试验,测试其静力特性和动力特性是十分必要的。随着服役期的延长,该类桥梁结构也出现了一些特有的病害。对于出现病害的桥梁最为有效的手段便是开展桥梁检测工作,充分挖掘其承载能力,依据检测结果制定合理的维修、加固措施。目前,静力荷载试验和动力荷载试验是桥梁检测中最为准确的方法,因此开展该类桥梁结构的静力荷载试验和动力荷载试验研究是十分有意义的。由于动力参数测试具有测试速度快、不产生附加损伤以及能够发现隐蔽部位的病害等优点,并且动力参数对结构的损伤具有一定的敏感性,因此基于动力参数对结构进行损伤识别备受科研工作者们的青睐。鱼腹式连续箱梁桥具有自身的受力特性,已有的损伤识别方法是否能够很好的应用到该类桥梁的损伤识别中还有待于进一步的研究。综上所述,本文开展鱼腹式连续箱梁桥的荷载试验以及基于动力参数的损伤识别方法研究具有较为重要的理论价值和很强的实际工程应用价值。本文以一座四跨鱼腹式连续箱梁桥作为工程依托,主要开展了以下研究工作:1、明确了连续箱梁桥静力荷载试验的一般过程,并且针对各环节中的关键技术问题进行了探讨。基于梁格法的基本原理,建立了4跨鱼腹式预应力混凝土连续箱梁桥的理论计算模型。开展了该桥的静力荷载试验,测试了关键截面的静力响应。依据静力响应测试结果对桥梁结构的静力使用性能进行了评价。2、明确了连续箱梁桥动力荷载试验的一般过程,并且对采样频率的设定和动力参数的识别方法进行了研究。基于振型计算结果,制订了动力测点的布置方案。采用环境激励方法对桥梁结构进行了激振,测试了各动力测点的时程响应。采用改进的ERA方法从动力响应中识别出了动力参数,依据动力参数对桥梁的动力性能进行了评价。3、首先考察了动力参数(频率、振型)以及其衍生指标(振型模态曲率、振型模态曲率差)对四跨鱼腹式连续箱梁桥损伤的敏感性,并最后确定采用振型模态曲率差来反映结构的损伤。根据四跨鱼腹式连续箱梁桥损伤识别的特点,提出了高效、准确的损伤识别两步算法。即首先采用振型模态曲率差来确定结构的损伤位置;利用神经网络对损伤处的单元进行有针对性的训练,并对其损伤程度进行识别。
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