本發(fā)明屬于公路橋梁檢測領(lǐng)域,涉及一種橋梁伸縮裝置服役平順性能評定方法。
背景技術(shù):
公路橋梁支座及伸縮裝置是公路橋梁中的重要構(gòu)造物,通常要求養(yǎng)護(hù)部門對其進(jìn)行周期性檢查,并依檢查結(jié)果進(jìn)行技術(shù)狀況評定。營運(yùn)條件下,伸縮裝置隨著服役期的延長,不可避免存在一些劣化或病害,主要表現(xiàn)為伸縮縫的相對錯位;在錯位伸縮縫與行車的耦合激勵下,可致行車及梁體振動響應(yīng);若錯位高低差過大,既影響行車安全也影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全及耐久性。長期以來,伸縮裝置質(zhì)量的定期檢查,主要是采用人工檢查的方法,存在以下問題:
1、檢查內(nèi)容中定性檢查內(nèi)容多定量檢測內(nèi)容少;
2、檢查勞動強(qiáng)度大,高空作業(yè)且作業(yè)空間??;
3、檢查效率低且檢測質(zhì)量不穩(wěn)定,早期病害檢出率低;
4、人工檢測時(shí)會影響路面行車及人工記錄檢測內(nèi)容欠規(guī)范、完整。
因此,需要一種新的橋梁伸縮裝置檢查評定方法,以提升檢查評定的可靠性及效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明目的在于提供一種新的橋梁伸縮裝置服役平順性能的快捷檢查與評定方法,以提升檢查評定的效率和可靠性,是對常規(guī)人工檢測手段的重要補(bǔ)充。
本發(fā)明的技術(shù)方案:一種公路橋梁伸縮裝置服役平順性能評定方法,包括如下步驟:
S1:獲得被評定對象的詳細(xì)資料:
搜集被評定對象的基本信息、歷次檢修或維修報(bào)告、歷次平順性檢測值與評估結(jié)果;
S2:建立平順性評定模型:
式中:SStep為平順性,指服役期間行車通過伸縮縫時(shí),在錯位伸縮縫和行車的耦合激勵下,引起伸縮縫錯位振動響應(yīng)的程度;ΔS為靜態(tài)錯位,指在無車輛通行激勵的條件下伸縮縫的靜態(tài)錯位高低差;為動態(tài)錯位均值,指在行車的激勵條件下伸縮縫的接縫錯位振幅峰值;ΔLimit為伸縮縫允許錯位極值;
S3:在無行車時(shí)測定靜態(tài)錯位ΔS;在行車以檢測時(shí)速通過伸縮縫時(shí),實(shí)時(shí)采集錯位振幅-時(shí)間曲線,計(jì)算確定動態(tài)錯位重復(fù)多次上述檢測,并計(jì)算得到動態(tài)錯位均值根據(jù)步驟S2計(jì)算得到平順性SStep檢測值;
S4:根據(jù)平順性SStep檢測值判斷被評定對象是否免于深度調(diào)查;若平順性SStep檢測值小于0.5,則評定平順性不良或平順性病害,進(jìn)入第S5步;否則進(jìn)入第S6步;
S5:對被評定對象開展深度檢查,所述深度檢查主要內(nèi)容為:伸縮裝置的完好性檢查、接縫的相對錯位與臺階差檢查、支座的狀態(tài)檢查、行車振動與噪音檢查、錨固完好性檢查、接縫的臺階差檢查,支座的技術(shù)狀態(tài)與病害檢查;
S6:根據(jù)S1獲得的被評定對象的平順性初值及步驟S3得到的平順性檢測值計(jì)算平順劣化率;
式中,平順性檢測初值;平順性檢測值,為被評定對象新建竣工或修復(fù)后第n檢測周期平順性檢測值;平順劣化率是指在服役期間伸縮縫的平順性降低且不能復(fù)原的衰退程度。
所述平順性取值范圍為1~0,分為五個(gè)評定層級,優(yōu)良、良好、合格、不良、病害:
1)平順性優(yōu)良,表明行車平順且完全無顛簸感,取值范圍為SStep≥0.90;
2)平順性良好,表明行車平順但有輕度顛簸,取值范圍為0.9>SStep≥0.8;
3)平順性合格,表明行車平順但有顛簸,取值范圍為0.8>SStep≥0.50;
4)平順性不良,表明行車嚴(yán)重顛簸,取值范圍為小于0.50>Sstep≥0.10;
5)平順性病害,表明行車有跳車感或跳車現(xiàn)象,取值范圍為小于SStep<0.10。
所述步驟S3中動態(tài)錯位均值通過如下公式計(jì)算:
其中,n為檢測次數(shù)。
所述S5中的深度檢查包括定量檢查和定性檢查;所述定量檢查包括伸縮接縫錯位測量、伸縮裝置錨固區(qū)的完整性與裂紋檢測、伸縮裝置縫寬間隙寬度與均勻性測量、伸縮縫扭動與轉(zhuǎn)角度測量;所述定性檢查包括病害檢查包括:伸縮裝置的病害類型、位置與程度,伸縮裝置整體及病害照片,支座受力狀態(tài)與病害照片。
所述S6之后還包括S7:生成服役平順性能檢測報(bào)告;包括以下內(nèi)容:檢測時(shí)間、檢測周期、橋梁類型與樁號、伸縮裝置類型、允許錯位極值、行車道編號、當(dāng)前伸縮間隙、當(dāng)前溫度、檢測時(shí)速、實(shí)測錯位振幅-時(shí)間曲線、靜態(tài)錯位ΔS、動態(tài)錯位ΔD、曲線、平順性SStep、平順劣化率與評估結(jié)果。
所述步驟S7之后還包括S8:充實(shí)平順性歷程數(shù)據(jù)庫:在平順性劣化歷程數(shù)據(jù)庫中添加以下記錄:本次檢測時(shí)間、檢測周期、檢測溫度、檢測時(shí)速、靜態(tài)錯位ΔS、動態(tài)錯位ΔD、錯位振幅與時(shí)間曲線、平順性SStep、平順劣化率深度檢查結(jié)果、評定結(jié)果與建議。
有益效果:本發(fā)明所提供的一種公路橋梁伸縮裝置服役平順性能評定方法;伸縮裝置的質(zhì)量問題與病害均可導(dǎo)致伸縮裝置的接縫產(chǎn)生錯位,若接縫存在錯位,在行車激勵下,引起伸縮縫錯位振動響應(yīng);直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和行車的走行性,錯位嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致沖擊與跳車,并發(fā)交通事故影響行車安全;通過測量伸縮縫的錯位幅度響應(yīng)對平順性進(jìn)行量化評定;依伸縮縫的錯位幅度響應(yīng)的峰值對平順性進(jìn)行量化評定,依平順性檢測初值和平順性檢測初值當(dāng)前值,確定被評定對象的衰退程度,并用平順劣化率來描述,上述平順性檢測初值保存在平順性劣化歷程數(shù)據(jù)庫中;通過量化平順性和定期跟蹤監(jiān)測平順劣化率變化的方法,評定服役平順性能的優(yōu)劣;在提高檢測效率的同時(shí),提升了公路橋梁伸縮裝置服役狀況的早期損傷的識別性和檢查評定的可靠性。
附圖說明
圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種公路橋梁伸縮裝置服役平順性能評定方法的流程示意圖。
圖2是伸縮縫臺階錯位示意圖
圖3是被評定對象平順性劣化歷程曲線
圖中符號說明
1、7 梁體
2、6 錨固區(qū)
3 伸縮裝置錨固件
4 伸縮縫用異形鋼
5 密封橡膠條
8、10 橡膠支座
9 橋墩承臺
ΔStep 臺階差
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
現(xiàn)行公路橋梁伸縮裝置技術(shù)狀況檢查評定方法,難以實(shí)現(xiàn)平順性的定量及自動評定分級,無法自動生成跟蹤評估數(shù)據(jù)庫,也無法實(shí)現(xiàn)伸縮裝置服役性能早期劣化的自動識別。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明提出一種公路橋梁伸縮裝置服役平順性能評定方法,適用于現(xiàn)役公路橋梁伸縮裝置的服役性能檢測。
本發(fā)明硬件上包括錯位數(shù)據(jù)采集模塊,平順性評定模型,平順性劣化歷程數(shù)據(jù)庫;所述錯位數(shù)據(jù)采集模塊由安置在伸縮縫兩端的錯位傳感器、信號調(diào)理與采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、運(yùn)算與存儲單元組成。利用錯位數(shù)據(jù)采集模塊,采集伸縮縫的靜態(tài)錯位與動態(tài)錯位響應(yīng)信號,具體為錯位振幅與時(shí)間曲線、靜態(tài)錯位和動態(tài)錯位振幅峰值,行車通過時(shí),自動采集行車時(shí)域內(nèi)的錯位振幅與時(shí)間曲線,實(shí)時(shí)運(yùn)算得到靜態(tài)錯位和錯位振幅峰值;所述平順性評定模型給出了平順性和平順劣化率的定義和計(jì)算評定方法,依伸縮縫兩端的允許錯位極值及平順性檢測值將平順性分為五個(gè)評定層級,其中伸縮縫兩端的允許錯位極值依JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》取值30mm;依靜態(tài)錯位和動態(tài)錯位實(shí)測值與平順性評定模型確定被評定對象的平順性和評定分級,依上述平順性檢測當(dāng)前值和平順性檢測初值確定平順劣化率;所述平順性劣化歷程數(shù)據(jù)庫記錄被評定對象的基本信息和歷史檢測信息,保存在存儲單元中;上述基本信息包括橋梁類型、伸縮裝置類型、設(shè)計(jì)伸縮量、允許錯位極值、伸縮裝置使用年限、支座類型、限速等參數(shù);上述歷史檢測信息包括被評定對象各檢測周期服役平順性能檢測值與評定結(jié)果。
本發(fā)明被評定對象的服役平順性能包括:平順性和平順劣化率兩項(xiàng)主要技術(shù)參數(shù);平順性是指,服役期間,行車通過伸縮縫時(shí),在錯位伸縮縫和行車的耦合激勵下,引起伸縮縫錯位振動響應(yīng)的程度,通過測量伸縮縫的錯位幅度響應(yīng)對平順性進(jìn)行量化評定;平順劣化率是指在服役期間伸縮縫的平順性降低且不能復(fù)原的衰退程度,依伸縮縫的平順性檢測初值與當(dāng)前值確定平順性的衰退量及劣化率,定期跟蹤平順劣化率的變化,則可以診斷被評定對象服役平順性能的優(yōu)劣與演化;上述檢測初值是指被評定對象竣工或修復(fù)后的第一次平順性實(shí)測值。
根據(jù)動態(tài)幅值、靜態(tài)錯位檢測值和評定模型計(jì)算伸縮縫的服役平順性,同時(shí),進(jìn)行評定分級;依平順性檢測初值和實(shí)測平順性當(dāng)前值,確定被評定對象的平順劣化率;長期跟蹤觀測平順劣化率的變化,則可以早期診斷與識別被評定對象服役平順性能的劣化,在提高檢測效率的同時(shí),提升了公路橋梁伸縮裝置及支座服役狀況的早期損傷的識別性和檢查評定的可靠性。
如附圖1所示,一種公路橋梁伸縮裝置服役平順性能評定方法,步驟如下:
S1:獲得被評定對象的詳細(xì)資料
搜集被評定伸縮裝置的以下詳細(xì)資料:橋梁類型、伸縮裝置類型、允許錯位極值、支座類型、行車道編號、被評定橋梁歷次檢修與維修報(bào)告、當(dāng)前已知的病害定性信息以及病害定量信息;
搜集被評定伸縮裝置的以下性能數(shù)據(jù):設(shè)計(jì)伸縮量、當(dāng)前伸縮量、當(dāng)前溫度、被評定橋梁的限速、歷次檢測溫度、歷次平順性檢測值與評估結(jié)果。
S2:確定平順性評定模型
平順性評定模型;
式中:SStep為平順性、ΔS為靜態(tài)錯位、為動態(tài)錯位均值、ΔLimit為伸縮縫允許錯位極值;
靜態(tài)錯位是指在無車輛通行激勵的條件下,伸縮縫的靜態(tài)錯位高低差ΔS,可在無行車時(shí)直接測定;動態(tài)錯位是指在行車的激勵條件下,因伸縮裝置撓度變化、梁體轉(zhuǎn)動或支座不均勻變形等因素引起伸縮縫的接縫錯位振幅峰值行車以檢測時(shí)速通過被評定伸縮縫時(shí),錯位數(shù)據(jù)采集模塊自動采集錯位振幅-時(shí)間曲線,實(shí)時(shí)計(jì)算行車時(shí)域內(nèi)的動態(tài)錯位重復(fù)多次上述檢測,計(jì)算確定上述動態(tài)錯位均值依JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》第10.2.1條款的規(guī)定伸縮縫允許錯位極值取值范圍為<30mm;伸縮縫兩端的最大錯位幅值為靜態(tài)錯位與動態(tài)錯位均值之和,且不得大于伸縮縫兩端的允許錯位極值檢測時(shí)速vTest=0.95×vmax。
式中
vmax為被評定橋梁的限速;
平順性取值范圍為1~0,分為五個(gè)評定層級,優(yōu)良、良好、合格、不良、病害:
1)平順性優(yōu)良,表明行車平順且完全無顛簸感,取值范圍為SStep≥0.90;
2)平順性良好,表明行車平順但有輕度顛簸,取值范圍為0.9>SStep≥0.8;
3)平順性合格,表明行車平順但有顛簸,取值范圍為0.8>SStep≥0.50;
4)平順性不良,表明行車嚴(yán)重顛簸,取值范圍為小于0.50>Sstep≥0.10;
5)平順性病害,表明行車有跳車感或跳車現(xiàn)象,取值范圍為小于SStep<0.10;
S3:測定被評定對象的平順性
在無行車時(shí),由錯位傳感器直接測得靜態(tài)錯位ΔS;行車以檢測時(shí)速通過伸縮縫時(shí),實(shí)時(shí)采集錯位振幅-時(shí)間曲線,計(jì)算確定動態(tài)錯位采樣頻率不低于1000Hz,采樣時(shí)間不低于4秒;重復(fù)n次檢測上述檢測步驟,則動態(tài)錯位檢測均值由下式確定
平順性檢測值由下式確定
S4:判斷是否免于深度檢查
若平順性SStep檢測值小于0.5,則評定平順性不良或平順性病害,執(zhí)行第S5步,對被評定對象開展深度檢查;否則,執(zhí)行第S6步,確定平順劣化率并生成服役平順性能檢測報(bào)告;
S5:開展深度檢查
所述現(xiàn)場深度檢查主要內(nèi)容為:伸縮裝置的完好性檢查、接縫的相對錯位與臺階差檢查、支座的狀態(tài)檢查、行車振動與噪音檢查、錨固完好性檢查、接縫的臺階差檢查,支座的技術(shù)狀態(tài)與病害檢查,包括定量檢查和定性檢查;
上述定量檢查包括:伸縮接縫錯位測量、伸縮裝置錨固區(qū)的完整性與裂紋檢測、伸縮裝置縫寬間隙寬度與均勻性測量、伸縮縫扭動與轉(zhuǎn)角度測量;
上述定性檢查包括:病害檢查包括:伸縮裝置的病害類型、位置與程度,伸縮裝置整體及病害照片,支座受力狀態(tài)與病害照片;
S6:確定平順劣化率
伸縮裝置服役期間的平順劣化率由下式確定
式中,
平順性檢測初值,為被評定對象新建竣工或修復(fù)后的第一次平順性檢測值;
平順性當(dāng)前值,為被評定對象新建竣工或修復(fù)后第n檢測周期平順性檢測值;
每個(gè)檢測周期通常為3個(gè)月,最長不大于12個(gè)月。
S7:生成服役平順性能檢測報(bào)告
服役平順性能檢測報(bào)告包括以下主要內(nèi)容:
檢測時(shí)間、檢測周期、橋梁類型與樁號、伸縮裝置類型、允許錯位極值、行車道編號、當(dāng)前伸縮間隙、當(dāng)前溫度、檢測時(shí)速、實(shí)測錯位振幅-時(shí)間曲線、靜態(tài)錯位ΔS、動態(tài)錯位ΔD、曲線、平順性SStep、平順劣化率與評估結(jié)果;
檢測人員可以輸入深度檢查結(jié)果與建議。
S8:充實(shí)平順性歷程數(shù)據(jù)庫
在平順性劣化歷程數(shù)據(jù)庫中添加以下記錄:
本次檢測時(shí)間、檢測周期、檢測溫度、檢測時(shí)速、靜態(tài)錯位ΔS、動態(tài)錯位ΔD、錯位振幅與時(shí)間曲線、平順性SStep、平順劣化率深度檢查結(jié)果、評定結(jié)果與建議;
所述深度檢查結(jié)果包括橋梁伸縮裝置和支座體系的整體技術(shù)狀態(tài)。
實(shí)施例
本實(shí)施例僅說明本發(fā)明實(shí)施的一種具體情況,并不限定本發(fā)明的其他實(shí)施情況。
以某公路橋梁監(jiān)測為例,依據(jù)本發(fā)明的一種公路橋梁伸縮裝置服役平順性能評定方法,完成公路橋梁服役技術(shù)狀況的監(jiān)測與評定,具體步驟如下:
S1:獲得被評定對象的詳細(xì)資料
被評定對象為公路橋梁,連續(xù)箱梁橋,竣工時(shí)間為2012年5月,伸縮裝置為異型鋼單縫式伸縮裝置,設(shè)計(jì)伸縮量為40mm,依行車限速條件與設(shè)計(jì)規(guī)定該伸縮裝置允許錯位極值為20mm,限速為100公里/時(shí)、檢測周期為6個(gè)月,無檢修與維修記錄,本次檢測為第6次,n=6,該橋梁竣工后第一次檢測結(jié)果如下:
靜態(tài)錯位
動態(tài)錯位
平順性
歷次平順性檢測值與評估結(jié)果見圖3。
S2:確定平順性評定模型
根據(jù)上述詳細(xì)資料確定評定模型使用如下技術(shù)參數(shù):
平順性檢測初值為SStep1=0.96,伸縮縫允許錯位極值取20mm,檢測時(shí)速取95km/h;采樣頻率為1000Hz,采集樣本為4096個(gè)。
S3:測定被評定對象的平順性
在無車輛通行時(shí),測定輸出靜態(tài)錯位ΔS;檢測車以95km/h時(shí)速駛?cè)氪u定車道通過伸縮縫,實(shí)時(shí)測定錯位振幅與時(shí)間曲線,依上述曲線,計(jì)算確定動態(tài)錯位上述檢測重復(fù)三遍取平均值;
第一次測定,測得靜態(tài)錯位ΔS1=5.65mm、動態(tài)段差的峰值
第二次測定,測得靜態(tài)錯位ΔS2=5.91mm、動態(tài)段差的峰值
第三次測定,測得靜態(tài)錯位ΔS3=5.74mm、動態(tài)段差的峰值
計(jì)算得靜態(tài)臺階差均值為
動態(tài)錯位均值為
計(jì)算平順性為
S4:判斷是否免于深度檢查
平順性檢測值為SStep6=0.371<0.50,評定結(jié)果為不良,則執(zhí)行第S5步,對被評定對象開展深度檢查。
S5開展深度檢查
伸縮縫主梁用異形鋼完整、車輛通過有噪聲與振動、靜態(tài)錯位檢測高低差為5mm,被評定對象伸縮縫下方的普通橡膠支座存在橡膠層分層不均勻外鼓變形現(xiàn)象且凸出嚴(yán)重,依江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T2172-2012《公路橋梁橡膠支座病害評定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,普通橡膠支座已屬不均勻外鼓變形,分級評定達(dá)到3級病害。
S6:確定平順劣化率
已知評定對象的平順性檢測初值為
SStep1=0.96,
本次為第6檢測周期,平順性檢測值
SStep6=0.342;
計(jì)算得評定對象平順劣化率為
S7:生成服役平順性能檢測報(bào)告
上述生成服役平順性能檢測報(bào)告主要內(nèi)容包括:
檢測時(shí)間:2015年1月28日、檢測環(huán)境溫度:8℃、橋梁類型:連續(xù)箱梁橋、伸縮裝置類型:異型鋼單縫式伸縮裝置_、伸縮裝置的縫寬10mm、檢測行車速度95km/h;
平順性檢測值SStep6=0.342、走行性能劣化率DStep6=61.36%,評定結(jié)果為平順性不良,行車有顛簸和沖擊,劣化嚴(yán)重。
深度檢查結(jié)論
被評定對象伸縮縫異形鋼完整、車輛通過時(shí)有噪聲與振動、靜態(tài)錯位檢測高低差為5mm,被評定對象伸縮縫下方的普通橡膠支座存在橡膠層分層不均勻外鼓變形現(xiàn)象且凸出嚴(yán)重,依江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T 2172-2012《公路橋梁橡膠支座病害評定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,普通橡膠支座已屬不均勻外鼓變形,分級評定達(dá)到3級病害。
S8:充實(shí)平順性劣化歷程數(shù)據(jù)庫
在被評定對象的平順性劣化歷程數(shù)據(jù)庫中添加以下內(nèi)容:
檢測時(shí)間:2015年1月28日、檢測溫度:8℃、檢測時(shí)速:95km/h、平順性檢測值SStep6=0.342、走行性能劣化率DStep6=61.36%伸縮縫寬10mm、評定結(jié)果為平順性差,行車有顛簸和沖擊,行車有明顯沖擊振動并伴隨噪聲,橡膠支座劣化達(dá)3級病害呈不均勻外鼓變形。