大跨度拱桥静动力试验与结构识别的实践

发布时间：2019-09-20 15:28

【摘要】：由于有限元建模中存在不确定性因素的影响,大跨度拱桥初始设计模型的理论分析结果与现场测试数据之间存在一定差异.为了消除模型校验技术中的认知不确定性和随机不确定性,从而更好地进行结构识别,本文以来华大桥和巴溪洲大桥为例,对其中若干关键问题进行了讨论.通过合理地现场勘察与精确的有限元模拟相结合,基于灵敏度分析方法进行不确定性参数筛选,并最终采用最小二乘法进行参数优化,实现了可靠的结构工作状况评估与响应预测.研究包括现场静动力试验、有限元模拟、模型校验、响应预测和校验合理性评估等.基于精确建模和模态参数的校验技术可以有效地减小有限元模型与现场静动力试验结果之间的误差,使用未经试验结果校验的设计模型,进行两座桥梁校验系数的评估,分别存在着21%和23%的误差.
【图文】：

结构识别

湖南大学学报（自然科学版）２０１７年图１结构识别６步圆Ｆｉｇ．１Ｓｉｘｓｔｅｐｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｌｅ１）观察和概念．详细查阅结构的图纸记录，并结合现场观测结果确定结构的建筑材料、结构形式等，明确结构当前状况和可能出现的损伤．２）先验模型．基于已知信息建立初始的有限元模型．先验模型相对于实际结构的准确程度可以通过对比其预测结果和现场测试数据来判定．通常可取用设计单位出具的设计模型作为先验模型．３）控制试验．根据校验目标选定合适的测试方案．对于初始建成的大跨度拱桥，在通车之前对其进行静载试验和随机振动模态试验是有效评定其工作状况的方法之一．静载卡车试验按照预先设定的加载工况使用卡车施加荷载，待加载稳定，观测桥面和拱肋控制截面的应力与变形来判断桥梁结构的受力性能是否满足要求．随机振动试验以环境振动作为激励，通过安放于结构上的单轴加速度传感器拾取结构振动的时域信号．试验测点分为参考点与移动测点，，并假定参考点输入信号为高斯白噪声．４）数据分析与阐述．静载试验［１８］主要测试桥梁控制截面的应变、应力和挠度，通过结构在外荷载作用下的反应来评估结构能否达到正常使用的要求．模态试验中，根据各测点的加速度时程信号，经由快速傅里叶变换转换为频域信号．分别计算参考点的自功率谱以及参考点关于各移动测点的互功率谱，最终由ＰｏｌｙＭａｘ方法求解结构的模态频率、阻尼与振型．５）模型校验与参数识别，也称模型－试验匹配．在结构识别的第５步模型校验前，首先要判断有限元模型的准确性，在精确建模并消

照片,照片,桥面,静载试验

第５期周云等：大跨度拱桥静动力试验与结构识别的实践图２来华大桥照片Ｆｉｇ．２ＰｉｃｔｕｒｅｏｆＬａｉｈｕａＢｒｉｄｇｅ２．２静载试验在各种不同的荷载组合作用下，钢管混凝土拱和主跨桥面竖向变形及应变是本次静载试验的主要内容．加载的位置主要集中在主跨１／２位置和主跨１／４位置．按照不同的车辆数分别设置沿桥梁纵轴对称加载和偏心加载的两种加载形式，每台加载车辆的重量均为３００ｋＮ．来华大桥静载试验共预设了２０个加载工况，其中主跨１／４位置加载１０台车的工况如图３所示．图３静载试验加载布置图Ｆｉｇ．３Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｓｔａｔｉｃｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔ桥面测点布置在沿桥面均匀分布的８等分点上，位于桥面防撞护栏内侧平坦处．测试过程采用电子水准仪和光学人工水准仪分别进行测量读数，并相互校核测试结果．在进行钢管拱的静载卡车试验前，预先将全站仪棱镜安放在钢管拱上各个８等分点位置，分别在上下游河滩安置全站仪测量各个测点的位移结果．２．３模态试验本文使用ＬＭＳＣａｄａｘ－８系统进行数据采集，３个参考点（第４＃，１１＃和１６＃测点，可见图４的传感器固定布置，每次测试移动其余５个传感器所测试的位置．测试过程：首先将传感器竖直放置，拾取竖向的加速度时程响应，然后将传感器水平放置，完成桥梁横向振动测试．数据采集时间为１０～２０ｍｉｎ，采样频率为５１２Ｈｚ．由随机子空间识别法获得的桥面竖向振动稳态图见图５．图４来华大桥模态测试测点布置图Ｆｉｇ．４Ｌａｙｏｕｔｏｆｓｅｎｓｏｒｓｉｎｔｈｅａｍｂｉｅｎｔ
【作者单位】：湖南大学土木工程学院;湖南大学工程结构损伤诊断湖南省重点实验室;
【基金】：国家重点研发计划专项资助项目(2016YFC0701400,2016YFE0127900) 国家自然科学基金青年基金资助项目(51208190)~~
【分类号】：U446

【相似文献】