CN106202966B - 一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于公路桥梁检测领域，若因支承刚度或伸缩装置病害导致伸缩缝错位呈阶梯状，则在行车激励下，可引起伸缩装置振动错位。本发明公开了公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，所述方法包含：错位数据采集模块，用于采集伸缩缝两端的静态错位与动态错位响应信号；平顺性评定模型，定义了平顺性的评定方法和平顺劣化率的计算方法；平顺性劣化历程数据库，储存被评定对象各检测周期的平顺性和平顺性劣化率与评定结果，跟踪监测被评定对象的平顺性劣化率的变化，则可以早期诊断识别服役状态的劣化与损伤。本发明方法在提高检测效率的同时，提升了检查评定的可靠性。

Description

一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法

技术领域

本发明属于公路桥梁检测领域，涉及一种桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法。

背景技术

公路桥梁支座及伸缩装置是公路桥梁中的重要构造物，通常要求养护部门对其进行周期性检查，并依检查结果进行技术状况评定。营运条件下，伸缩装置随着服役期的延长，不可避免存在一些劣化或病害，主要表现为伸缩缝的相对错位；在错位伸缩缝与行车的耦合激励下，可致行车及梁体振动响应；若错位高低差过大，既影响行车安全也影响桥梁结构的安全及耐久性。长期以来，伸缩装置质量的定期检查，主要是采用人工检查的方法，存在以下问题：

1、检查内容中定性检查内容多定量检测内容少；

2、检查劳动强度大，高空作业且作业空间小；

3、检查效率低且检测质量不稳定，早期病害检出率低；

4、人工检测时会影响路面行车及人工记录检测内容欠规范、完整。

因此，需要一种新的桥梁伸缩装置检查评定方法，以提升检查评定的可靠性及效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种新的桥梁伸缩装置服役平顺性能的快捷检查与评定方法，以提升检查评定的效率和可靠性，是对常规人工检测手段的重要补充。

本发明的技术方案：一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，包括如下步骤：

S1：获得被评定对象的详细资料：

搜集被评定对象的基本信息、历次检修或维修报告、历次平顺性检测初值与评估结果；

S2：建立平顺性评定模型：

式中：S_Step为平顺性，指服役期间行车通过伸缩缝时，在错位伸缩缝和行车的耦合激励下，引起伸缩缝错位振动响应的程度；为静态错位均值，其中，静态错位指在无车辆通行激励的条件下伸缩缝的静态错位高低差；为动态错位均值，其中，动态错位指在行车的激励条件下伸缩缝的接缝错位振幅峰值；Δ_Limit为伸缩缝允许错位极值；

S3：在无行车时测定静态错位Δ_S；在行车以检测时速通过伸缩缝时，实时采集错位振幅-时间曲线，计算确定动态错位Δ_Dp，重复多次上述检测，并计算得到静态错位均值和动态错位均值根据步骤S2计算得到平顺性S_Step检测值；

S4：根据平顺性S_Step检测值判断被评定对象是否免于深度调查；若平顺性S_Step检测值小于0.5，则评定平顺性不良或平顺性病害，进入第S5步；否则进入第S6步；

S5：对被评定对象开展深度检查，所述深度检查主要内容为：伸缩装置的完好性检查、接缝的相对错位与台阶差检查、支座的状态检查、行车振动与噪音检查、锚固完好性检查、支座的病害检查；

S6：根据S1获得的被评定对象的平顺性检测初值及步骤S3得到的平顺性S_Step检测值计算平顺劣化率；

式中，平顺性检测初值；平顺性检测值，为被评定对象新建竣工或修复后第n检测周期平顺性检测值；平顺劣化率是指在服役期间伸缩缝的平顺性降低且不能复原的衰退程度。

所述平顺性取值范围为1～0，分为五个评定层级，优良、良好、合格、不良、病害：

1)平顺性优良，表明行车平顺且完全无颠簸感，取值范围为S_Step≥0.90；

2)平顺性良好，表明行车平顺但有轻度颠簸，取值范围为0.9＞S_Step≥0.8；

3)平顺性合格，表明行车平顺但有颠簸，取值范围为0.8＞S_Step≥0.50；

4)平顺性不良，表明行车严重颠簸，取值范围为小于0.50＞S_step≥0.10；

5)平顺性病害，表明行车有跳车感或跳车现象，取值范围为小于S_Step＜0.10。

所述步骤S3中动态错位均值通过如下公式计算：

其中，n为检测次数。

所述S5中的深度检查包括定量检查和定性检查；所述定量检查包括伸缩接缝错位测量、伸缩装置锚固区的完整性与裂纹检测、伸缩装置缝宽间隙宽度与均匀性测量、伸缩缝扭动与转角度测量；所述定性检查包括病害检查包括：伸缩装置的病害类型、位置与程度，伸缩装置整体及病害照片，支座受力状态与病害照片。

所述S6之后还包括S7：生成服役平顺性能检测报告；包括以下内容：检测时间、检测周期、桥梁类型与桩号、伸缩装置类型、允许错位极值、行车道编号、当前伸缩间隙、当前温度、检测时速、实测错位振幅-时间曲线、静态错位Δ_S、动态错位Δ_Dp、平顺性S_Step、平顺劣化率与评估结果。

所述步骤S7之后还包括S8：充实平顺性历程数据库：在平顺性劣化历程数据库中添加以下记录：本次检测时间、检测周期、检测温度、检测时速、静态错位Δ_S、动态错位Δ_Dp、错位振幅与时间曲线、平顺性S_Step、平顺劣化率深度检查结果、评定结果与建议°

有益效果：本发明所提供的一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法；伸缩装置的质量问题与病害均可导致伸缩装置的接缝产生错位，若接缝存在错位，在行车激励下，引起伸缩缝错位振动响应；直接影响桥梁结构的耐久性和行车的走行性，错位严重时可导致冲击与跳车，并发交通事故影响行车安全；通过测量伸缩缝的错位幅度响应对平顺性进行量化评定；依伸缩缝的错位幅度响应的峰值对平顺性进行量化评定，依平顺性检测初值和平顺性检测初值当前值，确定被评定对象的衰退程度，并用平顺劣化率来描述，上述平顺性检测初值保存在平顺性劣化历程数据库中；通过量化平顺性和定期跟踪监测平顺劣化率变化的方法，评定服役平顺性能的优劣；在提高检测效率的同时，提升了公路桥梁伸缩装置服役状况的早期损伤的识别性和检查评定的可靠性。

附图说明

图1是依据本发明实施的一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法的流程示意图。

图2是伸缩缝台阶错位示意图

图3是被评定对象平顺性劣化历程曲线

图中符号说明

1、7 梁体

2、6 锚固区

3 伸缩装置锚固件

4 伸缩缝用异形钢

5 密封橡胶条

8、10 橡胶支座

9 桥墩承台

Δ_Step 台阶差

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

现行公路桥梁伸缩装置技术状况检查评定方法，难以实现平顺性的定量及自动评定分级，无法自动生成跟踪评估数据库，也无法实现伸缩装置服役性能早期劣化的自动识别。针对现有技术存在的问题，本发明提出一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，适用于现役公路桥梁伸缩装置的服役性能检测。

本发明硬件上包括错位数据采集模块，平顺性评定模型，平顺性劣化历程数据库；所述错位数据采集模块由安置在伸缩缝两端的错位传感器、信号调理与采集单元、数据传输单元、运算与存储单元组成。利用错位数据采集模块，采集伸缩缝的静态错位与动态错位响应信号，具体为错位振幅与时间曲线、静态错位和动态错位振幅峰值，行车通过时，自动采集行车时域内的错位振幅与时间曲线，实时运算得到静态错位和错位振幅峰值；所述平顺性评定模型给出了平顺性和平顺劣化率的定义和计算评定方法，依伸缩缝两端的允许错位极值及平顺性检测值将平顺性分为五个评定层级，其中伸缩缝两端的允许错位极值依JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》取值30mm；依静态错位和动态错位实测值与平顺性评定模型确定被评定对象的平顺性和评定分级，依上述平顺性检测当前值和平顺性检测初值确定平顺劣化率；所述平顺性劣化历程数据库记录被评定对象的基本信息和历史检测信息，保存在存储单元中；上述基本信息包括桥梁类型、伸缩装置类型、设计伸缩量、允许错位极值、伸缩装置使用年限、支座类型、限速等参数；上述历史检测信息包括被评定对象各检测周期服役平顺性能检测值与评定结果。

本发明被评定对象的服役平顺性能包括：平顺性和平顺劣化率两项主要技术参数；平顺性是指，服役期间，行车通过伸缩缝时，在错位伸缩缝和行车的耦合激励下，引起伸缩缝错位振动响应的程度，通过测量伸缩缝的错位幅度响应对平顺性进行量化评定；平顺劣化率是指在服役期间伸缩缝的平顺性降低且不能复原的衰退程度，依伸缩缝的平顺性检测初值与当前值确定平顺性的衰退量及劣化率，定期跟踪平顺劣化率的变化，则可以诊断被评定对象服役平顺性能的优劣与演化；上述检测初值是指被评定对象竣工或修复后的第一次平顺性实测值。

根据动态幅值、静态错位检测值和评定模型计算伸缩缝的服役平顺性，同时，进行评定分级；依平顺性检测初值和实测平顺性当前值，确定被评定对象的平顺劣化率；长期跟踪观测平顺劣化率的变化，则可以早期诊断与识别被评定对象服役平顺性能的劣化，在提高检测效率的同时，提升了公路桥梁伸缩装置及支座服役状况的早期损伤的识别性和检查评定的可靠性。

如附图1所示，一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，步骤如下：

S1：获得被评定对象的详细资料

搜集被评定伸缩装置的以下详细资料：桥梁类型、伸缩装置类型、允许错位极值、支座类型、行车道编号、被评定桥梁历次检修与维修报告、当前已知的病害定性信息以及病害定量信息；

搜集被评定伸缩装置的以下性能数据：设计伸缩量、当前伸缩量、当前温度、被评定桥梁的限速、历次检测温度、历次平顺性检测值与评估结果。

S2：确定平顺性评定模型

平顺性评定模型；

式中：S_Step为平顺性、为静态错位均值、为动态错位均值、Δ_Limit为伸缩缝允许错位极值；

静态错位是指在无车辆通行激励的条件下，伸缩缝的静态错位高低差Δ_S，可在无行车时直接测定；动态错位是指在行车的激励条件下，因伸缩装置挠度变化、梁体转动或支座不均匀变形等因素引起伸缩缝的接缝错位振幅峰值Δ_Dp，行车以检测时速通过被评定伸缩缝时，错位数据采集模块自动采集错位振幅-时间曲线，实时计算行车时域内的动态错位Δ_Dp，重复多次上述检测，计算确定上述静态错位均值和动态错位均值依JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》第10.2.1条款的规定伸缩缝允许错位极值取值范围为＜30mm；伸缩缝两端的最大错位幅值为静态错位与动态错位均值之和，且不得大于伸缩缝两端的允许错位极值检测时速v_Test＝0.95×v_max。式中

v_max为被评定桥梁的限速；

平顺性取值范围为1～0，分为五个评定层级，优良、良好、合格、不良、病害：

1)平顺性优良，表明行车平顺且完全无颠簸感，取值范围为S_Step≥0.90；

2)平顺性良好，表明行车平顺但有轻度颠簸，取值范围为0.9＞S_Step≥0.8；

3)平顺性合格，表明行车平顺但有颠簸，取值范围为0.8＞S_Step≥0.50；

4)平顺性不良，表明行车严重颠簸，取值范围为小于0.50＞S_step≥0.10；

5)平顺性病害，表明行车有跳车感或跳车现象，取值范围为小于S_Step＜0.10；

S3：测定被评定对象的平顺性

在无行车时，由错位传感器直接测得静态错位Δ_S；行车以检测时速通过伸缩缝时，实时采集错位振幅-时间曲线，计算确定动态错位Δ_Dp，采样频率不低于1000Hz，

采样时间不低于4秒：重第n次检测上述检测步骤，则动态错位检测均值由下式确定

平顺性检测值由下式确定

S4：判断是否免于深度检查

若平顺性S_Step检测值小于0.5，则评定平顺性不良或平顺性病害，执行第S5步，对被评定对象开展深度检查；否则，执行第S6步，确定平顺劣化率并生成服役平顺性能检测报告；

S5：开展深度检查

所述现场深度检查主要内容为：伸缩装置的完好性检查、接缝的相对错位与台阶差检查、支座的状态检查、行车振动与噪音检查、锚固完好性检查、支座的病害检查，包括定量检查和定性检查；

上述定量检查包括：伸缩接缝错位测量、伸缩装置锚固区的完整性与裂纹检测、伸缩装置缝宽间隙宽度与均匀性测量、伸缩缝扭动与转角度测量；

上述定性检查包括：病害检查包括：伸缩装置的病害类型、位置与程度，伸缩装置整体及病害照片，支座受力状态与病害照片；

S6：确定平顺劣化率

伸缩装置服役期间的平顺劣化率由下式确定

式中，

平顺性检测初值，为被评定对象新建竣工或修复后的第一次平顺性检测值；

平顺性当前值，为被评定对象新建竣工或修复后第n检测周期平顺性检测值；

每个检测周期通常为3个月，最长不大于12个月。

S7：生成服役平顺性能检测报告

服役平顺性能检测报告包括以下主要内容：

检测时间、检测周期、桥梁类型与桩号、伸缩装置类型、允许错位极值、行车道编号、当前伸缩间隙、当前温度、检测时速、实测错位振幅-时间曲线、静态错位Δ_S、动态错位Δ_D、曲线、平顺性S_Step、平顺劣化率与评估结果；

检测人员可以输入深度检查结果与建议。

S8：充实平顺性历程数据库

在平顺性劣化历程数据库中添加以下记录：

本次检测时间、检测周期、检测温度、检测时速、静态错位Δ_S、动态错位Δ_n、错位振幅与时间曲线、平顺性S_Step、平顺劣化率深度检查结果、评定结果与建议；所述深度检查结果包括桥梁伸缩装置和支座体系的整体技术状态。

实施例

本实施例仅说明本发明实施的一种具体情况，并不限定本发明的其他实施情况。

以某公路桥梁监测为例，依据本发明的一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，完成公路桥梁服役技术状况的监测与评定，具体步骤如下：

S1：获得被评定对象的详细资料

被评定对象为公路桥梁，连续箱梁桥，竣工时间为2012年5月，伸缩装置为异型钢单缝式伸缩装置，设计伸缩量为40mm，依行车限速条件与设计规定该伸缩装置允许错位极值为20mm，限速为100公里/时、检测周期为6个月，无检修与维修记录，本次检测为第6次，n＝6，该桥梁竣工后第一次检测结果如下：

静态错位均值

动态错位均值

平顺性

历次平顺性检测值与评估结果见图3。

S2：确定平顺性评定模型

根据上述详细资料确定评定模型使用如下技术参数：

平顺性检测初值为S_{Step 1}＝0.96，伸缩缝允许错位极值取20mm，检测时速取95km/h；采样频率为1000Hz，采集样本为4096个。

S3：测定被评定对象的平顺性

在无车辆通行时，测定输出静态错位Δ_S；检测车以95km/h时速驶入待评定车道通过伸缩缝，实时测定错位振幅与时间曲线，依上述曲线，计算确定动态错位Δ_Dp；上述检测重复三遍取平均值；

第一次测定，测得静态错位Δ_S1＝5.65mm、动态段差的峰值

第二次测定，测得静态错位Δ_S2＝5.91mm、动态段差的峰值

第三次测定，测得静态错位Δ_S3＝5.74mm、动态段差的峰值

计算得静态错位均值为

动态错位均值为

计算平顺性为

S4：判断是否免于深度检查

平顺性检测值为S_{Step 6}＝0.371＜0.50，评定结果为不良，则执行第S5步，对被评定对象开展深度检查。

S5开展深度检查

伸缩缝主梁用异形钢完整、车辆通过有噪声与振动、静态错位检测高低差为5mm，被评定对象伸缩缝下方的普通橡胶支座存在橡胶层分层不均匀外鼓变形现象且凸出严重，依江苏省地方标准DB32/T 2172-2012《公路桥梁橡胶支座病害评定技术标准》，普通橡胶支座已属不均匀外鼓变形，分级评定达到3级病害。

S6：确定平顺劣化率

已知评定对象的平顺性检测初值为

S_Step1＝0.96，

本次为第6检测周期，平顺性检测值

S_{Step 6}＝0.371；

计算得评定对象平顺劣化率为

S7：生成服役平顺性能检测报告

上述生成服役平顺性能检测报告主要内容包括：

检测时间：2015年1月28日、检测环境温度：8℃、桥梁类型：连续箱梁桥、伸缩装置类型：异型钢单缝式伸缩装置_、伸缩装置的缝宽10mm、检测行车速度95km/h；

平顺性检测值S_{Step 6}＝0.371、走行性能劣化率D_{Step 6}＝61.36％，评定结果为平顺性不良，行车有颠簸和冲击，劣化严重。

深度检查结论

被评定对象伸缩缝异形钢完整、车辆通过时有噪声与振动、静态错位检测高低差为5mm，被评定对象伸缩缝下方的普通橡胶支座存在橡胶层分层不均匀外鼓变形现象且凸出严重，依江苏省地方标准DB32/T 2172-2012《公路桥梁橡胶支座病害评定技术标准》，普通橡胶支座已属不均匀外鼓变形，分级评定达到3级病害。

S8：充实平顺性劣化历程数据库

在被评定对象的平顺性劣化历程数据库中添加以下内容：

检测时间：2015年1月28日、检测温度：8℃、检测时速：95km/h、平顺性检测值S_{Step 6}＝0.371、走行性能劣化率D_{Step 6}＝61.36％伸缩缝宽10mm、评定结果为平顺性差，行车有颠簸和冲击，行车有明显冲击振动并伴随噪声，橡胶支座劣化达3级病害呈不均。

Claims (6)

1.一种公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：获得被评定对象的详细资料：

搜集被评定对象的基本信息、历次检修或维修报告、历次平顺性检测初值与评估结果；

S2：建立平顺性评定模型：

式中：S_Step为平顺性，指服役期间行车通过伸缩缝时，在错位伸缩缝和行车的耦合激励下，引起伸缩缝错位振动响应的程度；为静态错位均值，其中，静态错位指在无车辆通行激励的条件下伸缩缝的静态错位高低差；为动态错位均值，其中，动态错位指在行车的激励条件下伸缩缝的接缝错位振幅峰值；Δ_Limit为伸缩缝允许错位极值；

S3：在无行车时测定静态错位Δ_S；在行车以检测时速通过伸缩缝时，实时采集错位振幅-时间曲线，计算确定动态错位Δ_Dp，重复多次上述检测，并计算得到静态错位均值和动态错位均值根据步骤S2计算得到平顺性S_Step检测值；

S4：根据平顺性S_Step检测值判断被评定对象是否免于深度调查；若平顺性S_Step检测值小于0.5，则评定平顺性不良或平顺性病害，进入第S5步；否则进入第S6步；

S5：对被评定对象开展深度检查，所述深度检查主要内容为：伸缩装置的完好性检查、接缝的相对错位与台阶差检查、支座的状态检查、行车振动与噪音检查、锚固完好性检查、支座的病害检查；

S6：根据S1获得的被评定对象的平顺性检测初值及步骤S3得到的平顺性S_Step检测值计算平顺劣化率；

式中，平顺性检测初值；为被评定对象新建竣工或修复后第n检测周期平顺性检测值；平顺劣化率是指在服役期间伸缩缝的平顺性降低且不能复原的衰退程度。

2.根据权利要求1所述的公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，其特征在于，所述平顺性取值范围为1～0，分为五个评定层级，优良、良好、合格、不良、病害：

1)平顺性优良，表明行车平顺且完全无颠簸感，取值范围为S_Step≥0.90；

2)平顺性良好，表明行车平顺但有轻度颠簸，取值范围为0.9＞S_Step≥0.8；

3)平顺性合格，表明行车平顺但有颠簸，取值范围为0.8＞S_Step≥0.50；

4)平顺性不良，表明行车严重颠簸，取值范围为小于0.50＞S_step≥0.10；

5)平顺性病害，表明行车有跳车感或跳车现象，取值范围为小于S_Step＜0.10。

3.根据权利要求1所述的公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，其特征在于，所述步骤S3中动态错位均值通过如下公式计算：

其中，n为检测次数。

4.根据权利要求1所述的公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，其特征在于，所述S5中的深度检查包括定量检查和定性检查；所述定量检查包括伸缩接缝错位测量、伸缩装置锚固区的完整性与裂纹检测、伸缩装置缝宽间隙宽度与均匀性测量、伸缩缝扭动与转角度测量；所述定性检查包括病害检查包括：伸缩装置的病害类型、病害位置与病害程度，伸缩装置整体及病害照片，支座受力状态与病害照片。

5.根据权利要求1所述的公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，其特征在于，所述S6之后还包括S7：生成服役平顺性能检测报告；包括以下内容：检测时间、检测周期、桥梁类型与桩号、伸缩装置类型、允许错位极值、行车道编号、当前伸缩间隙、当前温度、检测时速、实测错位振幅-时间曲线、静态错位Δ_S、动态错位Δ_Dp、平顺性S_Step、平顺劣化率与评估结果。

6.根据权利要求5所述的公路桥梁伸缩装置服役平顺性能评定方法，其特征在于，所述步骤S7之后还包括S8：充实平顺性历程数据库：在平顺性劣化历程数据库中添加以下记录：本次检测时间、检测周期、检测温度、检测时速、静态错位Δ_S、动态错位Δ_Dp、错位振幅与时间曲线、平顺性S_Step、平顺劣化率深度检查结果、评定结果与建议。