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(1.河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450015；2.公路橋梁安全檢測與加固技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，河南 鄭州 450015;3.鄭州信息工程職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450121)

0 引言

裝配式梁橋因其結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、造價低廉在我國有廣泛的應(yīng)用，但該類橋梁在運營過程中也經(jīng)常出現(xiàn)各種病害，影響通行安全。因此，國內(nèi)外提出了許多方法來評價實際橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，各有其應(yīng)用范圍，隨著社會對通行要求的提高，許多學(xué)者開展了不中斷交通下的橋梁承載力快速評價方法的研究[1,2]，基于橋梁影響線的評價方法是主要的研究方向之一，由于結(jié)構(gòu)影響線綜合反映橋梁的邊界條件、幾何信息和物理信息，因此實測的橋梁影響線用于模型修正[3]、損傷識別[4，5]、橋梁結(jié)構(gòu)評定等問題的研究[6,7]。

在相關(guān)研究基礎(chǔ)上，本文針對裝配式橋梁，研究通過多項式擬合獲得位移影響線，用于承載檢算的方法。為了驗證方法的可行性，以30 m跨T梁橋為對象，開展相關(guān)的測試分析工作。

1 基于位移影響線的評估方法

1.1 位移影響線的求解

位移影響線是描述單位移動荷載下某截面位移變化規(guī)律的圖形。當(dāng)僅考慮彎曲變形時，簡支梁在移動荷載P=1作用下任意截面位移影響線可根據(jù)圖乘法獲得[8]。

(1)

令a=b=L/2，則：

(2)

式中：x為荷載作用位置；y為影響線豎標(biāo)值。

從上可知：對于理想簡支梁橋，橋梁任意截面測點的位移影響線可用兩段三次曲線描述，但實際運營中的橋梁，無論是結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)、材料參數(shù)及邊界條件均與理想結(jié)構(gòu)存在差異，因此可采用高次多項式進行擬合，以得到更加準(zhǔn)確的準(zhǔn)靜態(tài)影響線。

1.2 位移影響線測試與多項式擬合

目前一般通過實測手段來獲取橋梁影響線，常采用2種方式：一是靜態(tài)加載方式：即采用靜載試驗的方式逐點測試橋梁影響線[9,10]；二是準(zhǔn)靜態(tài)測試方式，通過對已知標(biāo)定車輛勻速過橋產(chǎn)生的動位移響應(yīng)進行反演計算得到實際橋梁位移影響線，本文采用后者獲取橋梁的位移影響線。

一般地，根據(jù)動位移反演計算的影響線不可避免地包含橋梁振動信息，尤其對于簡支邊界條件振動干擾更加明顯，且隨車輛行駛速度增加而增大。目前一般的處理方法是：一是測試盡量降低車速；二是對測試數(shù)據(jù)進行簡單分離、濾波處理，本文采用多項式分段擬合提取具有準(zhǔn)靜態(tài)特性的橋梁應(yīng)變影響線[11]。

1.3 評估方法

對裝配式橋梁，影響線測試時一般按車道進行慢速跑車試驗，每組試驗均會得到一組影響線，而傳統(tǒng)荷載試驗一般采取2列或多列車進行加載，因此按檢算方法評價橋梁承載力時，需要考慮影響線測試工況的組合。其主要方法思路如下：

1) 通過準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗，測試各梁位移影響線。

2) 在實測影響線上分別施加傳統(tǒng)靜載試驗的試驗荷載，得出靜載試驗荷載的計算值。需要注意的是，傳統(tǒng)荷載試驗一般采取2列或多列車進行加載，因此首先需要按車道計算各梁位移值，然后按荷載試驗進行組合，得出相應(yīng)工況下的計算值。

3) 將各梁的影響線計算值與理論計算值進行比較得出結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)η，經(jīng)換算得到檢算系數(shù)Z2，并根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)的方法對橋梁承載能力作出評估。

2 工程應(yīng)用

為驗證上述方法的準(zhǔn)確性，本文以一座30 m跨徑簡支T梁為試驗對象，開展位移影響線測試，并進行相應(yīng)的靜載試驗。試驗橋梁總寬12 m，橫向6片預(yù)制T梁組成，單片預(yù)制T梁寬2.1 m，高1.8 m。如圖1所示。本文開展的測試工況有：

工況1：位移影響線測試，車道1距離人行道外側(cè)3.8 m；單輛加載車以5 km/h的速度勻速通過橋梁，連續(xù)記錄數(shù)據(jù)。

工況2：位移影響線測試，車道2距離人行道外側(cè)8.3 m；單輛加載車以5 km/h的速度勻速通過橋梁，連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)測試3次。

工況3：靜載試驗正載工況，4輛加載車。

圖1 測試工況(單位： cm)

2.1 測試結(jié)果

圖2所示為工況2下，跨中截面位移測試數(shù)據(jù)，從中可以看出：多次測試下，各梁位移曲線基本一致，最大位移值也基本一致。

圖2 工況2跑車試驗位移數(shù)據(jù)

2.2 位移影響線擬合結(jié)果

根據(jù)影響線測試數(shù)據(jù)采用最小二乘法進行影響線擬合，步驟如下：

1) 首先對數(shù)據(jù)進行奇異值判別處理、支座處歸零等預(yù)處理。

2) 根據(jù)位移測試數(shù)據(jù)及測試車輛的重量，計算位移影響線豎標(biāo)值，如圖3、圖4所示。

圖3 工況1各梁影響線擬合結(jié)果

圖4 工況2各梁影響線擬合結(jié)果

3) 影響線擬合。考慮到實際測試中各種誤差因素的影響，本文采用4次多項式進行影響線擬合，考慮到在支座處位移影響線為0的特點，按式(3)進行擬合，其中Y為位移影響線豎標(biāo)值，X為到梁端起點的距離。

Y=AX+BX2+CX3+DX4

(3)

工況1、工況2各梁影響線擬合結(jié)果見表1，擬合公式相關(guān)系數(shù)在0.99以上，具有較高的相似度。

表1 影響線擬合結(jié)果工況梁號AB1#-0 17752-0 027682#-0 11989-0 02622工況13#-0 10928-0 031024#-0 01527-0 038185#-0 07030-0 025986#-0 02812-0 019441#-0 01636-0 010472#-0 06130-0 01521工況23#-0 09475-0 024774#-0 02651-0 031785#-0 20751-0 036876#-0 24694-0 03426CDR0 00214-0 000030 998300 00180-0 000030 994630 00215-0 000030 996690 00238-0 000040 996350 00176-0 000030 998000 00117-0 000020 995960 00072-0 000010 994780 00108-0 000020 998750 00173-0 000030 996830 00185-0 000030 999630 00277-0 000040 998580 00254-0 000040 99698

2.3 基于實測廣義影響線的位移求解

為驗證方法的可行性，按照1.3節(jié)所述方法，將基于實測影響線的撓度計算值與荷載試驗相應(yīng)工況的測試值進行對比，結(jié)果見表2。

表2 撓度計算值與荷載試驗數(shù)據(jù)對比表梁號位移值/mm校驗系數(shù)影響線計算值荷載試驗?zāi)Ｐ陀嬎阌绊懢€計算值荷載試驗1#-2 69-2 87-8 390 320 342#-2 87-3 17-8 870 320 363#-3 52-3 97-9 210 380 434#-3 19-4 06-9 210 350 445#-4 24-4 05-8 870 480 466#-4 06-3 78-8 390 480 45

從圖5中可以看出，2種方法得到的位移值基本一致，各梁位移合計值分別為-20.57 mm和-21.90 mm，兩者之間的相對誤差約6.5%，說明通過對實測位移影響線進行直接組合的方法，也能得到較為理想的結(jié)果，用于橋梁評估。從表2可知，2種方法計算的最大校驗系數(shù)分別為0.48和0.46，按《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)，則結(jié)構(gòu)檢算系數(shù)Z2分別為1.22和1.24，相差不大，可滿足橋梁承載力評估需要。

圖5 各梁跨中位移對比圖

3 結(jié)論

通過以上研究，可以得出以下結(jié)論：

1) 根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)試驗獲取的連續(xù)位移曲線，通過最小二乘法擬合的方法，可方便地得到結(jié)構(gòu)的位移影響線，采用四次多項式擬合具有較高的精度。

2) 影響線計算測出的位移值與和荷載試驗相應(yīng)工況的實測值基本一致，本文中兩者相差約6%，結(jié)果可用于橋梁承載力力評估。

3) 按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)的要求對橋梁承載能力進行評估時，可通過位移影響線確定檢算系數(shù)Z2，精度滿足評估需要。

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