基于静力试验结果的钢筋混凝土拱桥的损伤状况评价.pdf

结构工程师增刊 全国结构计算理论与工程应用学术会议论文集 2003．同济大学 基于静力试验结果的钢筋混凝土拱桥的损伤 状况评 价 朱宏平邝青何波 (华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074) 摘要：通过对焦作红旗桥的静力检测．介绍了一种基于静力试验结果的钢筋混凝土桥梁的损伤状况的 评价方法，其主要依据是结构的刚度变化及位移测试数据。理论分析和数值结果表明结构损伤与结构的刚 度变化体戚相关，基于静力试验结果的方法能够识别出结构的损伤。 关键词：钢筋混凝土拱桥，静载试验数据，损伤状态评估 l前言 静力参数识别能用于结构的损伤识别，其方法比应用动力参数识别方法更为简单，因为静力平 衡方程仅与刚度特性有关，而且静力测试设备相对便宜，其技术也比较先进，能快速和经济地获得 结构的变形和应变，因此，引起了结构工程界的广泛关注IJJ。静力参数分析是以结构试验为基础， 将测取的结构某些部位的反应与原先的模型分析结果进行综合比较，通过某种条件优化约束，不断 地修正模型的刚度参数，使理论值与相应的试验值最大程度地达到吻合，从而得到结构刚度变化的 信息，实现结构的损伤判别与定位。参数分析的目的是调整有限元模型(FEM)的参数去比较分析 抱乐观态度，并在算法的实现以及应用上做了大量的工作。事实上随着近年来测试技术的进步，静 力识别的许多不足己逐渐得到改善。 本文研究了参数变化对河南焦作红旗桥结构静力特性的影响，并基于有限元分析结果和现场静 载荷试验结果，完成了对该钢筋混凝土拱桥的损伤状态评价，也证明了静载荷法在桥梁损伤检测应 用中的有效性和准确性，并对影响检测效果和计算效果的各种因素进行了分析和讨论。 2试验 2．1试验概况 红旗桥(图1)位于河南武陵县，1976年修建的一座双曲拱桥。是由悬链线空腹式双曲拱、加腋盖 梁、灌注桩组合式桥台三者所组成的结构，共有23孔，每孔有五根肋，由11根联系梁将其联在一 块。主拱圈净跨30米，为等截面悬链线；拱轴系数m=3．5，矢跨比此=1，7，刨．286：材料c20， C15，C7．5。 经过k期运营，尤其是近年超载车辆的通行，红旗桥两边孔的墩、台均发生了不同程度的位移， 造成了桥面下陷，拱圈开裂，拱肋局部下边缘混凝土已开始脱落，受力钢筋裸露。1999年初公路管 理部门将红旗桥列为危桥，同年5月开始限制交通，12月进行了一次加固。2002年7月经甲乙双方 商定共同派人对红旗桥西桥台两边跨进行了静力测试。 2．2试验方法 通过表观检测确定测试孔位为桥西两边跨，选择红旗的中肋为测试对象，同时在桥面标出加载 车辆加载的位置(边跨，1，4跨及中跨)；其次，在相应的拱肋断面挂钢丝，钢丝下端悬挂重锤，在视 线高处将标尺挂于其上，作为挠度观测点；再次在拱桥下安放自动安平精密数字水准仪、全站仪， 通过对桥面汽车在不同点位的加载进行量测，得到其挠度值。 万方数据 结构工程师增刊 全国结构计算理论与工程应用学术会议论文基 !壁塑：旦叠盔堂 本桥试验荷载是按汽．15级荷载换算成均布荷载作用设计的。考虑到现场均布加载条件的限制， 汽车约重2500kg，实际载重如下： 车l：总重25000kg，其中前轮总重9370kg，中后轮总重15630kg： 车2：总重26280蚝，其中前轮总重9430kg，后轮总重16850kg。 2．3加载规则 静载试验应选择在气温无大的变化和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行，试验过程中应考虑 温度补偿。试验于2003年7月26日和27目分两日进行，根据气象部门预报该星期无明显气温波动， 日平均气温为5士l。 静载试验每次加载或卸载的持续时间，原则上取决于结构变化达到稳定所需的时间。同一级荷 载内，若结构在最后5min内的变化增量小于前一个5min变位增量的15％，或者小于所用量测仪器的 最小分辩值，即可认为结构变位过到相对稳定。 若在加载过程中出现下列情况之一应立即停止加载试验：(1)控制点的变位值达到或超过规范的 允许值时；(2)控制测点变位超过规范规定的允许值时；(3)由于加载试验使结构出现非正常的受力损 伤或局部发生损坏，影响到桥梁承载力和今后的正常使用时。 3有限元数值仿真 3．1建模 应用大型有限元分析软件ANsYs，能够使建