混凝土简支梁桥附加荷载下模态分析
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摘要
混凝土简支梁桥承载能力的确定是现有桥梁维护、技术改造的前提条件，也是国内外学术界和工程界关注的热点问题，特别是随着我国老旧桥梁工程的不断增加，这一问题更加引人注目。传统的桥梁静力检测方法不能快速确定桥梁承载能力和桥梁损伤位置，而且工作面大，加载时间长，通常需要中断交通。因此研究一种简便、快捷的桥梁承载能力以及损伤识别的方法具有重要的现实意义。本文研究的目的就是探索一种恰当的确定桥梁承载能力和破损情况的方法。
利用结构动力学原理和现代检测技术对桥梁进行研究已成为工程界所关注的热点。结构模态参数(振动频率、振型)是结构物理参数(质量、刚度、阻尼)的函数，而结构损伤必然会导致结构物理参数的变化，最终会引起结构模态参数的变化，因此利用现代的信号测试技术测出结构模态参数的变化就可以对桥梁的损伤程度、承载能力进行判断。在实际的工程测量中最容易获取的结构模态参数就是振动频率，但是振动频率对质量、刚度的变化具有弱灵敏性，这使得即使结构的破损程度达到了极限破损程度，振动频率的变化也很难被测试系统识别。如何解决振动频率对质量、刚度的弱灵敏性正是本课题所要做的工作。
本文利用大型有限元软件ANSYS针对工程常用的钢筋混凝土梁桥进行了模态分析，讨论了振动频率的变化与附加荷载大小、附加荷载位置、破损程度、破损位置之间的关系，研究了混凝土梁桥从完整阶段到破坏阶段振动频率的变化规律。通过振动频率在不同的附加荷载作用下、不同破损情况下的变化曲线来确定桥梁的承载能力以及破损程度，得出了附加荷载法改变了振动频率对桥梁结构物理参数的弱灵敏性这一结论，提出了一种更为新颖、快捷的桥梁承载能力的动荷载检测方法——附加荷载法。
The load capacity of the reinforce-concrete beam-bridge is the necessary part during the course of bridge conservation maintenance and technical reconstruction of today, which is also one of the most heated problems that are being discussed by scientists in engineering area and scholars at home and abroad, and along with the increment of old bridges, the problem attracts more attention. The traditional static load test can not make sure the load capacity of the bridge and the damage position of the bridge, and it will take plenty of time and interrupt traffic. So it is an important realistic significance to explore a simple rapid approach to detect bridge load capacity and bridge damage. The paper's objective is to quest a proper approach to detect bridge load capacity bridge damage.
The research of approach to monitor bridge state has become a hot spot in the engineering through the theory of dynamic of structures and the test technology. Structure mode parameters(vibration frequency, mode of vibration) are the functions of physical property parameters(mass, rigidity, damping). The damage of structures leads to the transformation of physical property parameters, and certainly leads to the transformation of structure mode parameters finally. So the damage and load capacity of the. bridge can be detected by the transformation of structure mode parameters with the modern technology of signal test. The vibration frequency is obtained easily in the measure, but it isn't sensitive to the transformation of mass and rigidity. So it is difficult to identify by test system when the damage of structure reach to the limit damage degree. The paper's main work is to solve the problem that the vibration frequency isn't sensitive to the transformation of mass and rigidity.
Basing on RC simple supported beam the study of the paper is modal analysis using the finite unit software ANSYS, and the relationship among the transformation of vibration frequency, value of attached load, position of attached load , degree of damage, position of damage is discussed. The load capacity and damage degree of bridge are detected by the curve of the transformation of vibration frequency in different attached load and different damage. A conclusion that the attached load method improves the of vibration frequency sensitivity to the physical property parameters of bridge structure is drawn at last. And the same time the paper
bring forward a new and convenient technique of dynamic load test--the attached load
method.
利用结构动力学原理和现代检测技术对桥梁进行研究已成为工程界所关注的热点。结构模态参数(振动频率、振型)是结构物理参数(质量、刚度、阻尼)的函数，而结构损伤必然会导致结构物理参数的变化，最终会引起结构模态参数的变化，因此利用现代的信号测试技术测出结构模态参数的变化就可以对桥梁的损伤程度、承载能力进行判断。在实际的工程测量中最容易获取的结构模态参数就是振动频率，但是振动频率对质量、刚度的变化具有弱灵敏性，这使得即使结构的破损程度达到了极限破损程度，振动频率的变化也很难被测试系统识别。如何解决振动频率对质量、刚度的弱灵敏性正是本课题所要做的工作。
本文利用大型有限元软件ANSYS针对工程常用的钢筋混凝土梁桥进行了模态分析，讨论了振动频率的变化与附加荷载大小、附加荷载位置、破损程度、破损位置之间的关系，研究了混凝土梁桥从完整阶段到破坏阶段振动频率的变化规律。通过振动频率在不同的附加荷载作用下、不同破损情况下的变化曲线来确定桥梁的承载能力以及破损程度，得出了附加荷载法改变了振动频率对桥梁结构物理参数的弱灵敏性这一结论，提出了一种更为新颖、快捷的桥梁承载能力的动荷载检测方法——附加荷载法。
The load capacity of the reinforce-concrete beam-bridge is the necessary part during the course of bridge conservation maintenance and technical reconstruction of today, which is also one of the most heated problems that are being discussed by scientists in engineering area and scholars at home and abroad, and along with the increment of old bridges, the problem attracts more attention. The traditional static load test can not make sure the load capacity of the bridge and the damage position of the bridge, and it will take plenty of time and interrupt traffic. So it is an important realistic significance to explore a simple rapid approach to detect bridge load capacity and bridge damage. The paper's objective is to quest a proper approach to detect bridge load capacity bridge damage.
The research of approach to monitor bridge state has become a hot spot in the engineering through the theory of dynamic of structures and the test technology. Structure mode parameters(vibration frequency, mode of vibration) are the functions of physical property parameters(mass, rigidity, damping). The damage of structures leads to the transformation of physical property parameters, and certainly leads to the transformation of structure mode parameters finally. So the damage and load capacity of the. bridge can be detected by the transformation of structure mode parameters with the modern technology of signal test. The vibration frequency is obtained easily in the measure, but it isn't sensitive to the transformation of mass and rigidity. So it is difficult to identify by test system when the damage of structure reach to the limit damage degree. The paper's main work is to solve the problem that the vibration frequency isn't sensitive to the transformation of mass and rigidity.
Basing on RC simple supported beam the study of the paper is modal analysis using the finite unit software ANSYS, and the relationship among the transformation of vibration frequency, value of attached load, position of attached load , degree of damage, position of damage is discussed. The load capacity and damage degree of bridge are detected by the curve of the transformation of vibration frequency in different attached load and different damage. A conclusion that the attached load method improves the of vibration frequency sensitivity to the physical property parameters of bridge structure is drawn at last. And the same time the paper
bring forward a new and convenient technique of dynamic load test--the attached load
method.
引文
[1] 宗周红 阮毅 任伟新．既有桥梁承载力评估方法与展望．中日结构减震及健康检测研讨会论文集．上海：2002
[2] 张久长 张煅译．小山综合试验线桥梁试验研究．国外桥梁，2000，NO．1：6—14
[3] 王玉廷．公路桥梁加固技术研究：[硕士论文]．中国优秀博硕士论文数据中心：2002
[4] Andersen E Y. Pederson. Structural monitoring of the Great Belt East Bridge. In: Jon Krokeborg, ed. Proceedings of the Third Symposium on Strait Crossing. Rotterdam: Balkema, 1994. 54—62
[5] 袁万城 崔飞 张启伟．桥梁健康检测与状态评估的研究现状与发展．同济大学学报，1999，27：184—188
[6] Muria Vila D, Gomez R, King C. Dynamic structural properties of cable stayed Tampico Bridge. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1991, 117(11): 3396—3416
[7] 林亚超 王邦楣．铁路桥梁工程技术发展动态．桥梁建设，1997，1：7—19
[8] 李惠彬 秦权 钱良忠．青马悬索桥的时域模态识别．土木工程学报，2001，34(5)：52—61
[9] 张劲泉 赵仲华 花迎春．虎门悬索桥交工验收静力荷载试验与评价．公路交通科技，2000，17(5)：31—34
[10] 江军 黄法大 赵伟明 张晓沪．上海徐浦大桥测量监控技术．测绘通报，1995，5：19—22
[11] 叶觉明 钟建驰 王钦堂．江阴长江大桥吊索组件动静载试验研究．桥梁建设，1999，4：49—53
[12] 蔡敏 蔡键 李彬 李万恒．环境因素对斜拉桥斜索自振频率的影响．合肥工业大学学报(自然科学版)，1999，22(5)：36—39
[13] 杜思义．桥梁结构损伤识别的应变模态方法研究：[硕士论文]．中国优秀博硕士论文数据中心：2002
[14] 宋一凡．公路桥梁荷载试验与结构评定．北京：人民交通出版社，2002
[15] 交通部部颁．公路旧桥承载力鉴定方法(1988)．北京：人民交通出版社，1988
[16] 交通部公路科研所等．大跨径混凝土桥梁的试验方法(1992)
[17] 禹丹江 陈淮．桥梁损伤检测的曲率模态方法探讨．郑州大学学报(工学版)，2002，23(3)：104-106
[18] 邓焱 严普强．桥梁结构损伤的振动模态检测．振动、测试与诊断，1999，19(3)：157-163
[19] 沈柏臣．模态分析在桥梁检定试验中的应用．铁道建筑，2002，9：2-5
[20] 朱乐东．桥梁固有模态的识别．同济大学学报，1999，27(2)：179-183
[21] 苑春艳．桥梁荷载试验和模态分析．世界桥梁，2002，2：40-43
[22] 邵旭东．桥梁现状动态识别的试验研究．土木工程学报，1993，3：40-46
[23] 邵旭东．钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁承载能力的系统识别和计算．中国公路学报，1997，10(3)：67-71
[24] 苑春艳(编译)．桥梁荷载试验和模态分析．世界桥梁，2002，2：40-43
[25] Zong, Z.H. (宗周红)，Wang, T.L., etc. State-of-the art report of bridge health monitoring[J].Journal of FuZhou University(Natural Science)Vol. 30, No. 2:pp127—152
[26] 朱伯芳．有限单元法原理与应用．第二版．中国水利水电出版社，1998
[27] 刘尔烈 崔恩第．有限单元法及程序设计．天津：天津大学出版社，1999
[28] 龙驭球 包世华．结构力学教程(Ⅰ)．北京：高等教育出版社，2000
[29] 刘保东 阎贵平．工程振动与稳定基础．北京：北方交通大学出版社，2002
[30] 邹经湘．结构动力学．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996
[31] 李国豪．桥梁结构的稳定与振动．北京：中国铁道出版社．1992
[32] 刘晓尧 蔡键 刘晖．桥梁损伤诊断．北京：人民交通出版社，2002
[33] 邓焱 严普强．梁及桥梁应变模态与损伤测量的新方法．清华大学学报(自然科学版)，2000，40(11)：123—127
[34] 刘涛 杨凤鹏．精通ANSYS．北京：清华大学出版社，2002
[35] 嘉禾工作室．ANSYS5．7有限元实例分析教程．北京：机械工业出版社，2002
[36] 陈精一 蔡国忠．电脑辅助工程分析：ANSYS使用指南．北京：中国铁道出版社，2001
[37] 洪庆章 刘清吉 郭嘉源．ANSYS教学范例．北京：中国铁道出版社，2002
[38] 夸克工作室．有限元分析基础篇ANSYS与Mathematica．北京：清华大学出版社，2002
[39] 赵冬兵．基于动态有限元分析的桥梁快速评估．中国市政工程，2002，3(99)：61-64
[40] 杨双应 陈文革 蔡键．大型有限元分析程序在桥梁工程中的应用．合肥工业大学学报(自然科学版)，2002，25(4)：583-586
[41] 王友海 颜慧军 胡长胜．大型有限元分析软件ANSYS的特点．建筑机械，2000，(9)：29-31
[42] 郑凯锋 唐继舜 王秀伟．全桥结构仿真分析技术的最新进展．第十三届全国桥梁学术会议论文集．上海：1998．373-378
[43] 孙敬波 杨艳 谢大为 周发凯．桥梁自振频率检测在大连港港湾桥技术检定中的应用．水运工程，2001，326(3)：13-15
[44] 王克鸿．钢筋混凝土梁桥破损模态试验分析及承载力评定：[硕士论文]．万方数据中心：1998
[2] 张久长 张煅译．小山综合试验线桥梁试验研究．国外桥梁，2000，NO．1：6—14
[3] 王玉廷．公路桥梁加固技术研究：[硕士论文]．中国优秀博硕士论文数据中心：2002
[4] Andersen E Y. Pederson. Structural monitoring of the Great Belt East Bridge. In: Jon Krokeborg, ed. Proceedings of the Third Symposium on Strait Crossing. Rotterdam: Balkema, 1994. 54—62
[5] 袁万城 崔飞 张启伟．桥梁健康检测与状态评估的研究现状与发展．同济大学学报，1999，27：184—188
[6] Muria Vila D, Gomez R, King C. Dynamic structural properties of cable stayed Tampico Bridge. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1991, 117(11): 3396—3416
[7] 林亚超 王邦楣．铁路桥梁工程技术发展动态．桥梁建设，1997，1：7—19
[8] 李惠彬 秦权 钱良忠．青马悬索桥的时域模态识别．土木工程学报，2001，34(5)：52—61
[9] 张劲泉 赵仲华 花迎春．虎门悬索桥交工验收静力荷载试验与评价．公路交通科技，2000，17(5)：31—34
[10] 江军 黄法大 赵伟明 张晓沪．上海徐浦大桥测量监控技术．测绘通报，1995，5：19—22
[11] 叶觉明 钟建驰 王钦堂．江阴长江大桥吊索组件动静载试验研究．桥梁建设，1999，4：49—53
[12] 蔡敏 蔡键 李彬 李万恒．环境因素对斜拉桥斜索自振频率的影响．合肥工业大学学报(自然科学版)，1999，22(5)：36—39
[13] 杜思义．桥梁结构损伤识别的应变模态方法研究：[硕士论文]．中国优秀博硕士论文数据中心：2002
[14] 宋一凡．公路桥梁荷载试验与结构评定．北京：人民交通出版社，2002
[15] 交通部部颁．公路旧桥承载力鉴定方法(1988)．北京：人民交通出版社，1988
[16] 交通部公路科研所等．大跨径混凝土桥梁的试验方法(1992)
[17] 禹丹江 陈淮．桥梁损伤检测的曲率模态方法探讨．郑州大学学报(工学版)，2002，23(3)：104-106
[18] 邓焱 严普强．桥梁结构损伤的振动模态检测．振动、测试与诊断，1999，19(3)：157-163
[19] 沈柏臣．模态分析在桥梁检定试验中的应用．铁道建筑，2002，9：2-5
[20] 朱乐东．桥梁固有模态的识别．同济大学学报，1999，27(2)：179-183
[21] 苑春艳．桥梁荷载试验和模态分析．世界桥梁，2002，2：40-43
[22] 邵旭东．桥梁现状动态识别的试验研究．土木工程学报，1993，3：40-46
[23] 邵旭东．钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁承载能力的系统识别和计算．中国公路学报，1997，10(3)：67-71
[24] 苑春艳(编译)．桥梁荷载试验和模态分析．世界桥梁，2002，2：40-43
[25] Zong, Z.H. (宗周红)，Wang, T.L., etc. State-of-the art report of bridge health monitoring[J].Journal of FuZhou University(Natural Science)Vol. 30, No. 2:pp127—152
[26] 朱伯芳．有限单元法原理与应用．第二版．中国水利水电出版社，1998
[27] 刘尔烈 崔恩第．有限单元法及程序设计．天津：天津大学出版社，1999
[28] 龙驭球 包世华．结构力学教程(Ⅰ)．北京：高等教育出版社，2000
[29] 刘保东 阎贵平．工程振动与稳定基础．北京：北方交通大学出版社，2002
[30] 邹经湘．结构动力学．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996
[31] 李国豪．桥梁结构的稳定与振动．北京：中国铁道出版社．1992
[32] 刘晓尧 蔡键 刘晖．桥梁损伤诊断．北京：人民交通出版社，2002
[33] 邓焱 严普强．梁及桥梁应变模态与损伤测量的新方法．清华大学学报(自然科学版)，2000，40(11)：123—127
[34] 刘涛 杨凤鹏．精通ANSYS．北京：清华大学出版社，2002
[35] 嘉禾工作室．ANSYS5．7有限元实例分析教程．北京：机械工业出版社，2002
[36] 陈精一 蔡国忠．电脑辅助工程分析：ANSYS使用指南．北京：中国铁道出版社，2001
[37] 洪庆章 刘清吉 郭嘉源．ANSYS教学范例．北京：中国铁道出版社，2002
[38] 夸克工作室．有限元分析基础篇ANSYS与Mathematica．北京：清华大学出版社，2002
[39] 赵冬兵．基于动态有限元分析的桥梁快速评估．中国市政工程，2002，3(99)：61-64
[40] 杨双应 陈文革 蔡键．大型有限元分析程序在桥梁工程中的应用．合肥工业大学学报(自然科学版)，2002，25(4)：583-586
[41] 王友海 颜慧军 胡长胜．大型有限元分析软件ANSYS的特点．建筑机械，2000，(9)：29-31
[42] 郑凯锋 唐继舜 王秀伟．全桥结构仿真分析技术的最新进展．第十三届全国桥梁学术会议论文集．上海：1998．373-378
[43] 孙敬波 杨艳 谢大为 周发凯．桥梁自振频率检测在大连港港湾桥技术检定中的应用．水运工程，2001，326(3)：13-15
[44] 王克鸿．钢筋混凝土梁桥破损模态试验分析及承载力评定：[硕士论文]．万方数据中心：1998
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