长春市公平路跨伊通河桥荷载试验方法研究

论文摘要

长春市公平路跨伊通河桥为一座变截面连续箱梁桥。连续箱梁桥结合了箱型截面和连续梁桥的特点，该种桥型具有截面抗扭刚度大，支点处负弯矩和跨中正弯矩分配较为合理，结构形式灵活，可以采用先进的施工方法等优点。这便决定了这类桥梁结构的应用越来越广泛。结构形式灵活多变这一优点使得该类桥梁结构在城市景观桥中也占有一席之地。随着服役期的延长，该类桥梁结构也出现了一些病害，因此需要对此类桥梁的设计、施工和检测方法进行进一步的研究。对于新建桥梁，结构检测可以获取桥梁使用状态的第一手资料，为桥梁结构设计和施工方法的改进提供合理措施。对于既有桥梁，结构检测可以摸清桥梁结构的现有状态，充分挖掘桥梁结构的承载能力，为桥梁结构的使用提供合理措施，为桥梁的维修、加固措施提供相应的决策。因此，开展桥梁结构的检测方法研究是桥梁工程领域的一个重要方向。目前，可用于桥梁结构检测的方法主要有无损检测、外观调查和荷载试验三大类。有关资料表明荷载试验是最为准确的桥梁结构检测方法。荷载试验又分为静力荷载试验和动力荷载试验两种方法。静力荷载试验则是在桥梁结构的特定部位施加试验荷载，测试桥梁结构特定截面在试验荷载作用下的静力响应，然后基于静力响应数据对桥梁结构的使用状态进行评价。动力荷载试验则是对桥梁结构施加一定的激励，使桥梁结构产生振动，采集桥梁结构特定部位的动力时程响应，利用实验模态分析从动力时程响应中分析出桥梁结构的动力参数，依据动力参数对桥梁结构的使用状态进行评价。从上述分析可知，桥梁结构的静力荷载试验和动力荷载试验都是基于结构的力学特性对其使用状态进行评价的。因此，基于荷载试验方法对桥梁结构的使用状态进行评估具有受人为因素干扰小，精度高，甚至可以发现结构隐蔽部位的病害等优点。目前，连续箱梁桥尤其是形状较为独特的连续箱梁桥的静力荷载试验和动力荷载试验还没有形成理论系统。因此，开展该类桥梁结构的静力荷载试验和动力荷载试验方法的研究是十分有意义的。本文以长春市公平路跨伊通河桥为工程依托，主要进行了以下研究工作：1、从梁格方法和有限单元法的基本原理出发，归纳了采用梁格方法建立变截面连续箱梁的一般过程。根据长春市公平路跨伊通河景观桥的特点，基于对圆弧过渡段不同的简化形式，分别建立了该桥的三种梁格理论分析模型。基于建立的三种理论模型，分别计算了该桥的静力响应和动力参数，并且对计算出的静力响应和动力参数进行了对比分析。基于对比分析结果，提出了该类景观桥梁圆弧过渡段理论模型的建立方法，为该类桥梁的理论分析模型的建立提供了理论支撑。2、在查阅文献的基础上，对静力荷载试验的一般过程进行了总结归纳。制定了长春市公平路跨伊通河桥的静力荷载试验方案，依据制定的试验荷载方案，对该桥进行了静力荷载试验，测试多种静力荷载工况下桥梁特定截面的挠度和应变数据。基于实测静力响应数据对桥梁结构的使用状态进行了评价。实践表明，本文归纳的静力荷载试验的一般过程和制定的静力荷载试验方案可以应用到长春市公平路跨伊通河桥的静力荷载试验中。本文采用的基于静力测试数对桥梁结构的使用状态评价方法也是适用的。3、把桥梁结构动力荷载试验工作进行了分解，明确了各部分工作的具体内容，形成了动力荷载试验的一般过程。阐述了随机动力响应信号的数据预处理技术，并且提出了随机减量技术与ERA方法相结合的动力参数识别方法。在理论分析的基础上，制定了长春市跨伊通河桥的动力荷载试验方案，依据试验方案对该桥进行了动力荷载试验。采用本文形成的随机信号预处理技术和动力参数识别方法从采集到的动力响应分析出了桥梁结构的动力参数，验证了本文方法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 桥梁荷载试验研究现状
• 1.2.2 模态分析方法研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 理论计算模型的建立及比较分析
• 2.1 工程概况
• 2.2 相关理论
• 2.2.1 梁格法的基本原理
• 2.2.2 有限单元法的基本原理
• 2.3 理论模型的建立
• 2.4 理论模型计算结果分析
• 2.4.1 静力响应计算结果分析
• 2.4.2 动力参数计算结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 静力荷载试验及测试结果分析
• 3.1 静力荷载试验的一般过程
• 3.2 静力荷载试验方案
• 3.2.1 控制截面的确定
• 3.2.2 加载方案的制定
• 3.2.3 测点布置及测试仪器
• 3.3 现场测试
• 3.4 测试结果分析
• 3.4.1 挠度测试结果分析
• 3.4.2 应变测试结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 动力荷载试验及测试结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 动力时程响应数据预处理技术
• 4.2.1 消除趋势项
• 4.2.2 采样定理和抗混滤波
• 4.2.3 数字滤波
• 4.3 动力参数识别技术
• 4.4 动力荷载试验方案
• 4.5 现场测试
• 4.6 动力参数测试结果分析
• 4.6.1 频率及阻尼比测试结果分析
• 4.6.2 振型测试结果分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 导师及作者简介
• 后记和致谢