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原文传递基于模态测试的梁桥横向联系传载能力评估

论文题名：	基于模态测试的梁桥横向联系传载能力评估
关键词：	装配式梁桥;横向联系;传载能力;损伤识别;车桥耦合;模态测试
摘要：	装配式梁桥以其预制方便、用材经济、便于运输和吊装等优点，成为我国中小跨径公路桥梁应用较为广泛的桥型之一。然而，随着材料老化、环境侵蚀、荷载的长期效应、疲劳效应等因素的耦合作用，主梁之间的横向联系产生损伤，严重影响了桥梁结构受力的整体性。因此，对梁桥横向联系传载性能进行科学准确地检测评估，有利于分阶段掌握结构病害的演变过程，对于保障桥梁安全运营意义深远。　　本文以公路桥梁中广泛应用的中小跨径装配式梁桥为研究对象，开展了桥梁模态柔度识别、梁桥横向联系损伤定位以及横向联系传载能力评估等方面的研究，探讨了基于环境激励模态测试评估梁桥横向传载能力的一系列问题，主要工作和成果包括以下几个方面: 　　(1)车桥耦合下桥梁动力特性研究。重点分析车体质量、车辆刚度以及车辆的作用位置对简支梁桥频率的影响规律。车辆作用对桥梁频率的影响与车辆本身的振动特性以及作用位置有关，当车辆的振动频率小于空载状态下桥梁某阶自振频率时，车辆的作用会导致桥梁有载状态下该阶频率以及更高阶频率变大;当车辆的振动频率大于空载状态下桥梁某阶自振频率时，车辆的作用会导致桥梁有载状态下该阶频率以及更低阶频率变小。当车辆作用于桥梁模态振型幅值最大位置时，对该阶频率影响最为显著，当车辆作用于模态振型幅值零点位置时，对该阶频率无影响。　　(2)基于模态测试的梁桥横向联系损伤识别。对损伤简支空心板梁桥频率、模态振型、模态振型横桥向变化率比以及相邻主梁模态挠度差等损伤识别指标的敏感性进行探究。低阶频率多反映结构的整体性能，仅通过桥梁频率变化无法准确识别铰缝的损伤;模态振型包含结构更多的空间信息，但对于铰缝损伤识别的敏感性不高;主梁跨中前三阶模态振型横桥向变化率比在铰缝损伤位置处有明显的变化，一阶模态振型横桥向变化率比的识别效果更稳定，根据模态振型横桥向变化率比的增大位置能够进行铰缝的损伤定位;铰缝损伤后，结构的横向连接性能差、刚度低，无法有效地在桥梁横向分配荷载，导致相邻主梁的受力与变形不均匀，在静力荷载作用下相邻主梁之间的模态挠度差在铰缝损伤位置处有显著的突变现象，综合分析单位荷载在每根梁上作用时相邻主梁之间的模态挠度差的变化，通过与原设计桥梁相邻主梁之间的挠度差相对比，能够准确实现铰缝损伤位置的定位。　　(3)基于驻车的桥梁模态柔度识别及影响因素分析。确定了简支梁桥模态试验中模态阶次的选取以及传感器测点的关键位置选择，将车辆作为一个可灵活施加的质量,为附加质量法缩放桥梁振型提供便利条件。仅在主梁跨中位置布设传感器测点，通过驻车的方式对前三阶实测振型进行缩放，准确地识别简支梁桥跨中位置的模态位移柔度矩阵，进而预测桥梁在静力荷载下主梁跨中的模态挠度。极大的缩减了传感器测点的数量,试验过程更加快速便捷、省时省力、出错率低。　　（4）中小跨径梁桥横向联系传载能力评估。基于桥梁模态测试，预测相邻主梁模态挠度差在横桥向的分布变化，对简支梁桥横向联系薄弱位置进行识别，定义横向联系传载性能系数ζ，评估简支空心板桥铰缝的横向传载能力。由于铰缝损伤位置处横向连接薄弱，相邻主梁连接性能差，安全储备相对较低，与原设计无损桥梁相邻主梁之间的挠度差相比，铰缝损伤后相邻主梁模态挠度差在横桥向的分布出现显著的突变，能够准确识别铰缝损伤位置。利用相邻主梁跨中位置的实测模态挠度差与原设计无损桥梁相邻主梁跨中位置的理论挠度差计算横向联系传载性能系数ζ,铰缝损伤位置处的横向传载性能系数ζ远大于未损伤位置的横向传载性能系数，ζ越大，其横向传递荷载的能力越差。
作者：	亓圣
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	亓兴军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2023