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原文传递既有铁路桥墩健全度评估和试验方法研究

论文题名：	既有铁路桥墩健全度评估和试验方法研究
关键词：	铁路桥梁;桥墩;横向振动;冲击振动试验法;自振频率
摘要：	对既有铁路桥墩基础状态进行评估是桥梁检定部门的重要工作，是保证铁路提速、开行重载列车的重要措施。铁路桥梁检定部门主要依据《铁路桥梁检定规范》对铁路桥墩进行状态评估。作为既有方法的补充，本文提出了基于自振频率指标的桥墩健全度评估方法，同时为了方便准确地得到桥墩的横向自振频率，对冲击振动试验法进行了系统的研究。本论文通过理论分析、数值模拟计算、实验室试验以及桥梁现场试验，主要做了以下研究工作： 1.分析了既有桥墩基础状态评估方法在应用中存在的一些问题。通过研究桥墩基础状态评估的发展历史、现状和相关规范条文，在对大量实测资料进行分析的基础上，指出了既有评估方法的一些不足。 2.对冲击振动试验法进行了理论推导并编制了相应的计算机程序。对冲击振动试验法的基本原理进行了详细的理论推导，用C语言和Matlab语言编制了相应的计算机程序IVTM； 3.通过数值算例、实验室试验和现场试验对冲击振动试验法的基本原理进行了验证。首先，通过悬臂墩、简支梁、单墩桥梁体系、多墩多梁桥梁体系及空间桁梁模型等数值算例对冲击振动试验法的基本原理进行了验证，说明了冲击振动试验法的应用条件；然后，用实验室试验对冲击振动试验法的基本原理进行了验证；最后，结合现场测试数据对冲击振动试验法、环境振动法、模态试验法和余振法的分析结果进行了比较，从实际测试角度证明了冲击振动试验法基本原理的正确性。 4.研究了桥梁体系中桥墩与梁之间的动力相互影响规律。通过分析横向冲击桥墩时的墩梁响应频谱，发现了桥墩频谱可能会在相邻梁或桥墩的自振频率处出现峰值的现象，并提出了相应的处理方法。研究了不同刚度比例时墩—梁体系中各构件的自振频率识别问题。 5.探讨了余振法测试桥墩自振频率的适用性问题。通过比较余振法和冲击振动试验法的频率识别结果，得出了余振法时容易把桥梁体系中其它构件的自振频率或列车蛇形运动的频率误判为桥墩自振频率的结论。 6.建立了单线扩大基础桥墩自振频率基准值的计算公式。选择4座处于健康状态的下部结构为扩大基础桥墩的桥梁进行了现场试验，用冲击振动试验法测试分析得到了桥墩的自振频率。在这些数据的基础上，用统计回归的方法得到了扩大基础桥墩的自振频率基准值公式。 7.提出了适合于我国情况的桥墩健全度评估准则和评估方法。依据我国设计规范，综合数值分析和工程实例分析，得出了桥墩的健全度指数临界值，并在其基础上提出了桥墩健全度评估准则和评估方法。 8.对冲击振动试验法和桥墩健全度评估方法进行了现场试验验证。对一座通过常规动载试验判明存在病害的桥梁进行了现场试验，用冲击振动试验法测试分析了桥墩和梁的自振频率，并用健全度评估方法对桥墩进行了健全度评估。评判结果表明该桥5号墩存在严重病害、6号墩状态良好。对桥墩基础周围的地基进行了现场挖验，研究了地基开挖对桥墩动力特性的影响规律，发现5号墩基础确实存在问题。同时进行了试验列车加载的桥梁动载试验和环境振动试验，对几种方法的分析结果进行了比较。从而证明了冲击振动试验法和桥墩健全度评估方法的准确性和有效性。 9.进行了基于模态参数的桥墩结构性损伤识别研究。在利用冲击振动试验法可以准确得到桥墩横向一阶自振频率和一阶振型的前提下，利用频变比和基于一阶模态参数的振型比、振型MAC系数、振型COMAC系数、特征参数、曲率模态和曲率差模态等指标对一混凝土悬臂梁进行了损伤识别研究，比较了这些指标对损伤的敏感性，并指出了适用于桥墩损伤识别的指标。
作者：	战家旺
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	夏禾
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文