【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构安全性检测，涉及一种基于车致响应的桥梁不均匀退化主梁抗弯刚度更新方法。
技术介绍
1、桥梁作为关键交通枢纽，在交通行业承担着重要的角色，目前中国的桥梁已经超过百万座。在使用多年后，桥梁主梁通常会出现开裂和过度挠度，而主梁作为桥梁最主要的承力构件，决定着整个桥梁的状态。因此，有必要及时准确的评估桥梁主梁的劣化程度与承载能力，以防止病害加重影响交通安全。研究表明，开裂是影响主梁挠度和承载力的主要因素之一。超出预期的荷载、预应力损失、钢筋腐蚀等都可能导致开裂。裂缝高度直接影响梁的有效截面惯性矩，裂缝沿主梁高度方向延伸，截面中性轴升高，削弱了主梁横截面的整体刚度。此外，材料劣化等问题也会影响桥梁主梁的刚度。因此，快速准确地确定刚度损失程度及其对承载能力的影响非常重要。
2、主梁开裂是影响主梁挠度的关键因素，这种开裂削弱了主梁横截面的整体刚度。裂缝通常出现在主梁的底面和侧面，其中，底面横向裂缝和侧面斜裂缝对结构的整体性能有严重影响，并显著影响其刚度。底面上的横向裂缝在跨中密集分布，严重的裂缝可能会延伸到侧面，形成垂直裂缝，极大地影响抗弯承载能力。侧面中的斜裂缝主要出现在四分之一跨度处，对抗剪能力的影响较大，对抗弯能力的影响较小。总体而言，在正常条件下主梁发生整体劣化时，这些裂缝对桥梁刚度的影响在跨中最为严重因为跨度中间通常是最大弯矩的位置。随着与支座距离的减小，开裂程度也逐渐减小，对刚度的影响减小。此外，但主梁内部经常受到各种类型的预应力和普通钢筋的作用，这也会影响主梁的刚度。由于这些因素，主梁的刚度沿主梁长
3、刚度损失对桥梁性能有很大影响，刚度损失的判定依赖于事先假定的刚度形式或响应形式。有限元方法是承载能力评定中使用最广泛、最可靠的分析方法之一。因此，假定刚度形式是一种更简单、更适合模型分析的方法。许多学者认为桥梁的主梁刚度在一定长度范围内是均匀的，可以分为几个部分，如，每个跨度被分为一段或三段(梁端、跨中)。然而，这种方法假设每个节段内的刚度是均匀的，这可能会导致桥梁刚度的纵向连续性较差。特别是，在刚度反转中，两个相邻节段的刚度可能会被病态化，导致相邻刚度之间出现不切实际的大间隙。这种不切实际的刚度值会导致对主梁劣化程度的误判，并对承载力评估的结果产生不利影响。学者们也开始考虑刚度的连续性以及缺陷对刚度的影响，提出了如高斯函数、狄拉克函数、多项式函数等的刚度函数形式。然而，大部分形式的刚度函数在实际工程中运用不便，刚度函数的多项式函数形式可能是表示混凝土主梁整体退化的更好选择。
4、桥梁的承载能力评估通常借助桥梁有限元模型进行，可以通过有限元模型更新技术来更新模型，承载能力评估主要是将静态荷载效应与结构抗力进行比较，因此，用于模型更新的数据主要由静态响应组成。sanayei等人在2012年(instrumentation,nondestructive testing,and finite-element model updating forbridge evaluationusing strain measurements)对某连续梁桥进行了汽车静载试验，并根据得到的应变数据更新了该桥的有限元模型。bentz等人在2017年(bridgemodel updating usingdistributed sensor data.)使用从重型卡车获得的静载应变数据更新了钢筋混凝土桥梁模型。lin等人在2022年(model updating using bridgeinfluence lines based on anadaptive metamodel global optimization method)使用挠度影响线更新了一座悬索桥模型，zhou等人在2023年(load rating of box girderbridges based on rapid testingusing moving loads)使用移动加载试验的数据更新了一座箱梁桥模型。静载试验获得的信息量较少，或需要更多的传感器，而移动加载试验可基于少量传感器获得更多信息，在模型更新过程中可以反演更多的结构信息。因此，利用移动荷载引起的响应来更新桥梁的有限元模型具有显著的优势。
5、综上，在桥梁的承载能力评定时，需要考虑其刚度的不均匀分布，以此获得与主梁实际退化相符合的有限元模型。为了快速获得足够更新模型的实测响应数据，需要改变传统的静载试验方式，以此达到快速、准确、合理评定桥梁承载能力的目的。为此，研究一种基于车致响应的桥梁不均匀退化主梁抗弯刚度更新方法对评估桥梁承载能力状态具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供了一种基于车致响应的桥梁不均匀退化主梁抗弯刚度更新方法。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种基于车致响应的桥梁不均匀退化主梁抗弯刚度更新方法，步骤如下：
4、步骤1.桥梁快速荷载试验
5、通过桥梁快速荷载试验获取桥梁评估模型更新所需要的响应数据，响应数据是由一辆两轴以上试验车通过桥梁产生的结构车致响应组成；
6、加载过程满足以下准则：1)桥梁快速荷载试验应在不受其他车辆干扰的情况下进行；2)试验车以5-10km/h的速度过桥；3)试验车直线行驶过桥，对于多车道桥梁，试验车在每条车道上行驶一遍；
7、桥梁静力响应与桥梁的刚度直接相关，用挠度和应变来更新桥梁评估模型刚度；挠度测点位于跨中；应变测点位于跨中和支座位置附近；
8、步骤2.主梁刚度函数构造
9、通过更新桥梁评估模型来评估桥梁的真实状况，在桥梁评估模型更新时，每个桥梁单元的刚度变化表示为刚度系数，即：
10、
11、其中，be是桥梁单元的更新刚度，是桥梁单元的初始刚度，αe是各单元的刚度系数；
12、因此，刚度的直接更新被转化为刚度系数的更新；考虑到主梁刚度的不均匀性和连续性，使用刚度函数建立桥梁单元刚度之间的约束与联系；刚度函数使用多个多项式基函数组成，其形式如下：
13、
14、即：
15、
16、其中，n(x)是刚度基函数，是待更新桥梁单元的位置，p是基函数放大系数，n是基函数数量，ne是待更新桥梁单元的数量(ne＞＞n)；
17、刚度函数的基函数是使用legendre多项式构造的，选择前三阶多项式来构造刚度函数，前两个基函数反映了桥梁刚度的整体变化，第三个基函数反映了桥梁刚度的不均匀变化；前三阶刚度基函数如下：
18、
19、
20、n3(x)＝-x2+1(6)
21、其中：x是桥梁单元的位置；
22、至此，桥梁主梁上各单元的刚度变化被转化为刚度系数，刚度系数转化为各基函数的线性组合，模型更新时修正参数由刚度b变为各基函数的放大系数p，实现了桥梁评估模型更合理的更新；
23、步骤3.桥梁评估模型更新
24、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于车致响应的桥梁不均匀退化主梁抗弯刚度更新方法，其特征在于，步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于车致响应的桥梁不均匀退化主梁...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏明光，周鸿，伊廷华，孙海涛，杨东辉，颜海，张春雷，
申请(专利权)人：上海市政工程设计研究总院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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