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原文传递基于荷载试验的桥梁检测技术应用分析

论文题名：	基于荷载试验的桥梁检测技术应用分析
关键词：	桥梁检测;安全状态;荷载分析;静动力特性
摘要：	当前“交通强国”等国家重大战略决策全面推进，在大型基础设施领域中钢筋混凝土桥梁占据了重要地位。随着桥梁逐渐进入服役期中段及老化阶段，在荷载及环境的作用下，桥梁亦存在失稳破坏的可能，原有监控与预警系统的信息整合度和预警及时性已远远达不到在复杂交通环境下的监测与预警功能，因此加强对桥梁的检测与养护是保障大型桥梁长期服役性能进而确保车辆与行人的安全的重要措施，正确辨认桥梁运营状况、健康状态亦成为该领域内最为重视的关键问题。　　本文依托重庆市云阳县S202线黄石大桥工程，通过利用传统检测设备静态应变测试系统、DS05精密水准仪、无线桥梁与大型建筑结构实验模态分析系统及现代智能检测设备SZT-1DMR形变测量雷达系统对目标桥梁进行桥梁结构静、动载荷载试验，评估了目标桥梁的结构静动力特性，了解和掌握目标桥梁结构使用状况和工作性能，从而对桥梁的实际运营状况做出评价，完善桥梁健康档案及数据管理系统，为今后的桥梁预防性养护、后续的维修加固工作提供可靠的技术依据，为安全隐患排查治理长效机制、建设智能交通提供必要的支撑。并通过实际使用，将传统检测设备和新一代智能检测设备进行对比，体现并总结了新一代智能检测设备的优势，为今后推广使用智能检测设备起到了积极的作用。具体研究内容及结论如下：　　（1）利用DH3819静态应变测试系统、DS05精密水准仪及SZT-1DMR形变测量雷达系统对目标桥梁进行了桥梁结构静加载试验（6个设计试验工况）及MIDAS CIVIL2019数值仿真计算，发现在各静载试验工况下，目标桥梁主梁实测应变小于设计值，应变校验系数为0.34～0.74，表明目标桥梁在试验荷载作用下整体强度满足使用要求；目标桥梁主梁实测挠度小于设计值，挠度校验系数为0.44～0.76，表明目标桥梁在试验荷载作用下整体刚度满足使用要求；荷载卸载后目标桥梁主梁最大相对残余应变为16.67%，最大相对残余挠度为1.31%，满足相应规范要求，且加载过程中未发现裂缝产生，表明目标桥梁在静载试验荷载作用下，结构受力状况良好，未见新的肉眼可见裂缝产生，且无异常现象发生，静力学性能良好。相比DS05精密水准仪的使用效果，新一代SZT-1DMR形变测量雷达系统在在测试目标桥梁静挠度过程中精度较前者更高，各工况后者较前者精度提高最低为0.41%，最高可达1.33%，且数据更新率更高，故测量灵敏度更高。　　（2）利用DH5907N无线桥梁模态测试分析系统、SZT-1DMR形变测量雷达系统对目标桥梁进行脉动试验、行车试验及刹车试验等动载荷载试验（7个设计试验工况）及MIDAS CIVIL2019数值分析，发现采用基于竖向振动拾振器的DH5907N无线桥梁模态测试分析系统及SZT-1DMR形变测量雷达系统获得的前3阶竖向振动频率实测值高于MIDAS CIVIL2019数值分析所获理论设计值，表明所测目标桥梁结构实际刚度大于理论刚度。同时，利用MIDAS CIVIL2019数值分析获得目标桥梁理论计算基频值，发现1阶自振频率理论值为1.25，进一步获得目标桥梁动力系数理论值为1.05。在行车、刹车试验过程中随着试验车速度增加，目标桥梁动力系数随之增大，且实测值均大于设计值，表明在行车、刹车试验过程中，桥梁振幅偏大，目标桥梁动力学性能不佳。而各竖向模态阶数下新一代SZT-1DMR形变测量雷达系统实测频率相较于采用竖向振动拾振器的DH5907N无线桥梁模态测试分析系统分别优化2.34%、1.78%、2.56%，阻尼比分别优化0.67%、2.76%、2.70%，更加凸显了形变测量雷达的精度优势。　　（3）基于结构动力学，利用DH5907N无线桥梁模态测试分析系统所获各截面行车试验及刹车试验监测点动态应变时程信号，采用MATLAB编程对目标桥梁振动信号开展了频谱分析，发现各截面行车试验与刹车试验下不同速度时各监测点频率分布多集中于频带1及频带2，即低频带（0～3.125Hz），且低频带能量占比最低为99.17%，最高可达99.98%，其余频带能量占比极少。分析发现在行车试验与刹车试验中，一是试验车速度越大，低频带能量占比越高，低频成分越多；二是同等速度下刹车试验低频带能量占比较相比行车试验更高，低频成分更多；三是行车试验时不同速度间低频带能量占比变化剧烈程度比刹车试验时要高；四是采用HHT三维时频分析所获监测点在行车试验或刹车试验下的动力响应与动力系数分布规律一致。结合目标桥梁的动载试验结论，基本得出钢筋混凝土箱型拱桥在动载试验中低频带能量及成分占比越多，证明结构动力学性能越差的结论，为钢筋混凝土箱型拱桥的动力学特性研究提供了新的试验依据。　　本文依靠传统的DH3819静态应变测试系统、DH5907N无线桥梁与大型建筑结构实验模态分析系统、DS05精密水准仪及新一代SZT-1DMR形变测量雷达系统及MIDAS-CIVIL2019数值模拟软件对目标桥梁开展静动载荷载试验，获得了目标桥梁的静动力特性，以此来判断目标桥梁的静动力力学性能、工作状态及安全状况，设备应用比较成功，科学客观地对目标桥梁状况进行检测、分析和判断，较好地体现了现代智能检测技术及设备在桥梁养护中所起到的重要作用。并通过实际使用，将传统检测设备和新一代智能检测设备进行对比，体现并总结了新一代智能检测设备的优势，为今后推广使用智能检测设备起到了积极的作用。
作者：	李鑫
专业：	交通运输工程;交通运输规划与管理
导师：	马庆禄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2021