【博士】既有鐵路橋墩健全度評估和試驗方法研究【2006】

內容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：北京交通大學　　學位年度： 2006年　　對既有鐵路橋墩基礎狀態(tài)進行評估是橋梁檢定部門的重要工作，是保證鐵路提速、開行重載列車的重要措施。鐵路橋梁檢定部門主要依據(jù)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》對鐵路橋墩進行狀態(tài)評估。作為既有方法的補充，本文提出了基于自振頻率指標的橋墩健全度評估方法，同時為了方便準確地得到橋墩的橫向自振頻率，對沖擊振動試驗法進行了系統(tǒng)的研究?！　”菊撐耐ㄟ^理論分析、數(shù)值模擬計算、實驗室試驗以及橋梁現(xiàn)場試驗，主要做了以下研究工作：　　1．分析了既有橋墩基礎狀態(tài)評估方法在應用中存在的一些問題．通過研究橋墩基礎狀態(tài)評估的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和相關規(guī)范條文，在對大量實測資料進行分析的基礎上，指出了既有評估方法的一些不足?！　?．對沖擊振動試驗法進行了理論推導并編制了相應的計算機程序．對沖擊振動試驗法的基本原理進行了詳細的理論推導，用c語言和Matlab語言編制了相應的計算機程序；　　3．通過數(shù)值算例、實驗室試驗和現(xiàn)場試驗對沖擊振動試驗法的基本原理進行了驗證。首先，通過懸臂墩、簡支梁、單墩橋梁體系、多墩多梁橋梁體系及空間桁梁模型等數(shù)值算例對沖擊振動試驗法的基本原理進行了驗證，說明了沖擊振動試驗法的應用條件；然后，用實驗室試驗對沖擊振動試驗法的基本原理進行了驗證；最后，結合現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對沖擊振動試驗法、環(huán)境振動法、模態(tài)試驗法和余振法的分析結果進行了比較，從實際測試角度證明了沖擊振動試驗法基本原理的正確性?！　?．研究了橋梁體系中橋墩與梁之間的動力相互影響規(guī)律。通過分析橫向沖擊橋墩時的墩梁響應頻譜，發(fā)現(xiàn)了橋墩頻譜可能會在相鄰梁或橋墩的自振頻率處出現(xiàn)峰值的現(xiàn)象，并提出了相應的處理方法。研究了不同剛度比例時墩一梁體系中各構件的自振頻率識別問題?！　?．探討了余振法測試橋墩自振頻率的適用性問題。通過比較余振法和沖擊振動試驗法的頻率識別結果，得出了余振法時容易把橋梁體系中其它構件的自振頻率或列車蛇形運動的頻率誤判為橋墩自振頻率的結論。　　6．建立了單線擴大基礎橋墩自振頻率基準值的計算公式。選擇4座處于健康狀態(tài)的下部結構為擴大基礎橋墩的橋梁進行了現(xiàn)場試驗，用沖擊振動試驗法測試分析得到了橋墩的自振頻率。在這些數(shù)據(jù)的基礎上，用統(tǒng)計回歸的方法得到了擴大基礎橋墩的自振頻率基準值公式?！　?．提出了適合于我國情況的橋墩健全度評估準則和評估方法。依據(jù)我國設計規(guī)范，綜合數(shù)值分析和工程實例分析，得出了橋墩的健全度指數(shù)臨界值，并在其基礎上提出了橋墩健全度評估準則和評估方法?！　?．對沖擊振動試驗法和橋墩健全度評估方法進行了現(xiàn)場試驗驗證。對一座通過常規(guī)動載試驗判明存在病害的橋梁進行了現(xiàn)場試驗，用沖擊振動試驗法測試分析了橋墩和梁的自振頻率，并用健全度評估方法對橋墩進行了健全度評估。評判結果表明該橋5號墩存在嚴重病害、6號墩狀態(tài)良好。對橋墩基礎周圍的地基進行了現(xiàn)場挖驗，研究了地基開挖對橋墩動力特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)5號墩基礎確實存在問題。同時進行了試驗列車加載的橋梁動載試驗和環(huán)境振動試驗，對幾種方法的分析結果進行了比較。從而證明了沖擊振動試驗法和橋墩健全度評估方法的準確性和有效性?！　?．進行了基于模態(tài)參數(shù)的橋墩結構性損傷識別研究。在利用沖擊振動試驗法可以準確得到橋墩橫向一階自振頻率和一階振型的前提下，利用頻變比和基于一階模態(tài)參數(shù)的振型比、振型MAC系數(shù)、振型COMAC系數(shù)、特征參數(shù)、曲率模態(tài)和曲率差模態(tài)等指標對一混凝土懸臂梁進行了損傷識別研究，比較了這些指標對損傷的敏感性，并指出了適用于橋墩損傷識別的指標?！　?

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