第十七届全国桥梁学术会议论文集bridge_monitor
宽幅钢箱梁横隔板与U肋过焊孔构造研究
Bridge Construction, Vol. 47, No. 3 , 2017 (Totally No. 244)
65
文章编号：1003 —4722(2017)03 —0065 —06
U 宽 幅
Key words：steel box girder；diaphragm；U rib; cutout；fatigue performance；finite element
method；parametrized analysis
1 引言 U 形纵 肋 与 横 肋 （箱 梁 中 为 横 隔 板 ）组成的正
付 坤 ，冯 鹏 程 ，陈毅明 ( 中交第二公路勘 察 设 计 研 究 院 有 限 公 司 ，湖 北 武 汉 430056)
摘 要 ：宽 幅 钢 箱 梁 横 向 受 力 较 大 的 特 征 使 得 横 隔 板 与 U 肋 过 焊 孔 周 边 细 节 构 造 容 易 出 现 疲 劳 破 坏 。为 提 高 该 细 节 构 造 的 疲 劳 性 能 ，以 沌 口 长 江 公 路 大 桥 为 背 景 ，针 对 横 隔 板 U 肋过焊孔 的 常 用 形 式 ，采 用 A N SYS软 件 建 立 钢 箱 梁 节 段 的 有 限 元 模 型 ，通过仿 真分析 比较 不同 形 式过 焊孔
Abstract：The structural details around the cutouts at the joints of the diaphragms and U rib
of wide steel box girder are liable to the fatigue failure owing to the characteristic that the trans verse load bearing of the girder is great. To improve the fatigue performance of the structural de tails, the Zhuankou Changjiang River Highway Bridge was selected as an example and in the light of the common type of the cutouts, the software ANSYS was used to create the finite element model for the segment of the steel box girder and the structural strength and fatigue performance of the cutouts of the different types were compared based on the simulation analysis. Further with reference to the local load bearing mechanism and the parameterized analysis, the optimization measures of improving the cutout types and thickening the tooth plates at the tops of the dia phragms were proposed and the effect of the improvement was accordingly checked up, using the damage degree principle. The results indicate that the proposed improvement of the cutout types significantly improves the fatigue performance of the structural details and the thickening of the tooth plates at the tops of the diaphragms significantly reduces the fatigue stress ranges and im proves the fatigue lives of the cutouts.
设计阶段桥梁耐用与安全性能提升措施
交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2018-08-23作者简介：黄志强（1990—），男，助理工程师，从事公路桥梁设计相关工作。
设计阶段桥梁耐用与安全性能提升措施黄志强，黄天穹（南昌市公路勘察设计院，江西南昌330052）摘要：首先概述了桥梁耐用及安全性不高的影响因素，主要包括：桥梁设计方案的不合理，设计人员专业素质参差不齐，设计理念陈旧等，然后针对以上不利因素提出了具体解决方案，主要措施包括：提高设计人员的专业素质、做好调查研究、注重桥梁耐用性设计等，并对设计中其他应注意的问题进行了阐述，以期提高桥梁整体耐用及安全性能。
关键词：桥梁设计；耐用性；安全性中图分类号：U442.5文献标识码：B0引言随着经济的快速发展，我国综合国力有了大幅提升。
在这种良性的发展中，城市化进程逐渐加快，城市居住的人口迅速增多，这也是当前城市交通问题日益严重的主要原因。
因此，桥梁设计中的安全性就成为了当前人们所关注的重点问题。
当前在桥梁设计过程中，由于受到各种因素影响，导致桥梁在设计阶段存在一定问题。
而桥梁的耐用性与安全性是设计阶段需重点考虑的因素，因此，应对这两点做好研究，通过科学可行的方式提高桥梁设计的耐用性与安全性。
1导致桥梁耐用及安全性不高的因素1.1桥梁设计方案不合理部分桥梁设计方案考虑问题比较片面，造成方案缺乏科学性与实用性。
很多从事桥梁设计的人员在设计中对桥梁的强度和刚性重视度较高，但是却没有考虑到整体方案是否具备合理性。
这些设计中存在的不足会对整个工程的安全与耐用性造成较大的影响，甚至还会直接导致后续的施工以及运营阶段产生极为负面的影响。
对目前桥梁设计方案分析可知，大部分的从业人员都是按照基础的知识理论进行强度设计，未从建设施工的材料、方法等方面进行综合考虑和分析，从而无法保障桥梁的耐用性及安全性。
与之相对的是，部分设计人员为了保证整体工程的安全性和耐用性，采取一些盲目增加强度的方法，整体设计意识较为欠缺。
移动模架线形控制在杨家坳特大桥中的应用_舒丹
摘要：移动模架连续梁施工中，影响梁体线形的因素很多，本文结合杨家坳特大桥移动模架的施工实践，分析了移动模架系统施工过程中线形控制的要点。
关键词：铁路桥；移动模架；连续梁；绕度；线形控制中图分类号：U445.463文献标识码：B文章编号：1008-0422（2009）04-0179-041前言我国的移动模架始于1991年的厦门高集海峡大桥。
但随着桥梁施工技术的进步与发展，铁路项目中越来越多地采用等截面现浇预应力混凝土连续箱梁桥，移动模架在等跨径、等截面的多跨预应力连续箱梁的现浇施工中得到了广泛的使用。
但是采用移动模架施工由于梁体与模架本身的挠度控制较为复杂，如果不进行有效控制的挠度控制，梁体在悬臂端就会产生不平顺的线形或折角,有时还会出现同一联中各跨变形不均衡的现象，严重影响桥梁外观，并影响桥梁使用效果。
本文结合杨家坳特大桥施工对移动模架施工连续梁过程中的梁体挠度控制进行论述。
2产生线形变化的几点因素多跨度预应力混凝土连续梁施工中，挠度控制在线形控制中尤为重要，也是移动模架施工的关键技术。
影响梁体绕度的因素很多，主要的几点影响因素有下面几点：2.1移动模架自身因素移动模架自身影响因素主要有两层含义：一为移动模架本身自重作用所产生的永久变形，此变形要对移动模架进行预压来消除；二为梁体混凝土浇注时的重力对移动模架所产生的弹性变形，如果移动模架自身刚度不够，梁体会随之产生过大变形，这种变形需要在预压过程中收集变形数据，在浇注混凝土时设置预拱度的方法来消除变形。
2.2梁体预应力度因素混凝土在达到张拉强度后，要对预应力束进行张拉。
在张拉完毕后，移动模架与梁体脱离，梁体会因为自重与预应力荷载而产生上拱变形。
并且随着跨数越来越多，梁体结构体系会经过多次的静定转超静定，同时因为后期浇注的梁段自重使得前期完成梁段的挠度产生变化。
2.3混凝土的收缩徐变、温度荷载多跨连续梁施工一般要经过几个月的时间，因为各梁段浇注时间上的差异，混凝土的收缩徐变以及温度所产生的梁体变形各有差异。
桥梁支座及其作用、特点、要求和分类
√桥梁支座及其作用、特点、要求和分类在桥梁结构中，支座是桥梁上、下部结构的连接点，其作用是将上部结构的荷载顺适、安全地传递到桥墩台上去，同时保证上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩等因素作用下的自由变形，以便使结构的实际受力情况符合计算图式，并保护梁端、墩台帽不受损伤。
这就要求它具有足够的竖向刚度和弹性，能将桥梁上部结构的全部荷载可靠地传递到墩台上，并同时承受由荷载作用引起的桥跨结构端部的水平位移、转角和变形，减轻和缓解桥墩承受的震动，适应因温度、湿度变化引起的桥跨结构胀缩。
就支座的安装位置而言，虽然在使用中可以进行更换，但更换的成本费用、技术性以及困难性均很大，桥梁中大部分支座可谓是永久性的安装，支座寿命应该与桥梁的寿命相吻合，否则会对桥梁的使用造成不良的后果。
尽管在桥梁的成本造价中支座成本仅占很小的比例，但作用远远超过其成本，为此，支座就成为桥梁建设和使用的重要材料之一。
近年来在桥梁支座使用过程中，支座出现了各种各样的质量问题和质量隐患，究其原因可分为产品质量、施工质量和设计选型三方面。
板式橡胶支座的产品质量、施工质量和设计选型关系到橡胶支座的使用寿命，需要生产方、施工方和设计方的紧密配合，任何一方出现问题都将严重影响橡胶支座的使用寿命。
桥梁支座按照其结构可分为3大类：一是桥梁板式橡胶支座；二是盆式支座；三是球形支座。
此外，还可按其功能、用途、特性、发展阶段等等。
桥梁盆式橡胶支座的典型事故案例分析与防治周明华东南大学土木工程学院南京 210096摘要：盆式橡胶支座与板式橡胶支座相比，具有承载力大，橡胶层在钢盆内不易老化，使用寿命长等突出优点，而在大跨度公路和铁路桥梁以及市政桥梁中得以广泛应用。
但在实际桥梁中发现应用不当，也经常会出现病害和质量事故。
本文通过实际工程中的盆式支座病害和事故案例分析，提出了相应的防治措施。
关键词：盆式橡胶支座、支座安装连接板、支座布置、支座转角、钢盆开裂、梁体滑移、病害和事故案例、防治措施。
两类桥梁构件截面的几何特性计算
尺寸渐变截面在桥塔、拱肋、主梁等构件中应 用较多, 计算截面几何特性的工作量大, 如何批量 计算是该问题的关键。F lexPD E 软件是一求解偏 微分方程的数学软件, 能求解截面的几何特性。它
收稿日期: 2005203211
将截面视为由若干个环道线围成的面域, 每个环 道线 围 成 一 圈, 基 本 元 素 是 直 线 ( line) 和 圆 弧
两类桥梁构件截面的几何特性计算
胡晓伦1 王慧萍2 陈立山3
(同济大学1 上海 200092) (东南大学2 南京 210096) (唐山远大交通工程有限公司3 唐山 063600)
摘 要 从几何特征来看, 尺寸渐变截面和复杂薄壁截面是桥梁构件的两大特点。 提出了尺
寸渐变截面几何特性可用F lexPD E 软件计算, 介绍了该种截面借助Excel 可成批生成截面数据, 导 入软件F lexPD E 中进行计算的过程。提出了复杂薄壁杆件截面可利用AN SYS 的用户自定义功能 进行几何特性计算, 介绍了开闭口、分离式和复合材料薄壁截面的几何特性计算实例。
文件, 导入 F lexPD E 中直接求解。 苏通长江公路大桥辅桥是一座主跨 258 m 的 连续刚构桥, 主梁划分为 31 个号块, 如图 2 所示。 采用单箱室预应力混凝土截面, 梁高和腹板厚度 沿纵向逐渐变化。计算时, 在Excel 表格中准备数 据, 如图 1 所示, 一行数据代表一个截面, 包含若 干圈截面轮廓线。 因为截面的特征尺寸可表达为 跨度的函数, 因此, 采用函数方式可生成大量数 据, 再导入 F lexPD E 中计算, 可快速求得所有梁 段的截面特性。 图 3 表示其中两个截面的计算结 果。
Im po rt→Sa t 方式导入AN SYS 中。这种转换方式 较方便, 模型不会失真变形, 但不能转换线条。 对
桥梁专业好书推荐
桥梁专业好书推荐《高等桥梁结构理论》项海帆人民交通出版社《桥梁工程》（上、下册）范立础、顾安邦主编，2001版，经典书《桥梁结构震动与稳定》李国豪著《悬索桥设计》雷俊卿：《桥梁结构分析及程序系统》，肖汝诚编著，北京：人民交通出版社，2002 《桥梁结构理论与计算方法》，贺拴海，人民交通出版社，2003.8《桥梁工程师手册》《斜拉桥建造技术(精)》《桥梁工程》李亚东《桥梁结构计算力学》《桥梁施工监测与控制》《桥梁风工程》陈政清《桥梁加固与改造》蒙云《公路小桥涵勘测设计》《桥梁结构电算程序》《桥梁抗震》《铁路桥梁》《城镇地道桥顶进施工及验收规程》《钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理》作者：张树仁出版社：人民交通出版社《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）》《公路桥涵设计通用规范》《ansys在土木工程应用实例》――中国水利水电出版社《ansys10.0有限元分析自学教程》《ANSYS工程结构数值分析》《apdl参数化有限元分析技术及其应用实例》《ANSYS在土木工程中的应用》李权人民邮电出版社《基于有限元软件ansys7.0的结构分析》《土木工程结构分析程序设计》《Fortran 95程序设计》《结构概念和体系》（第二版）》林同炎《大跨度空间结构》张毅刚《风对结构的作用――风工程导论》《结构设计原理》叶见曙李国平《结构力学》高等教育出版社《结构力学》酒井忠明《结构力学题解精粹》《结构力学复习与习题分析》《结构动力学》杜修力《结构动力学》克拉夫和彭津《结构可靠度理论》赵国藩《混凝土结构设计基本原理》《房屋建筑学》《公路挡土墙设计》《高速公路》《公路工程地质（戴文亭）》《道路工程》（第二版）徐家钰，同济大学出版社《路基路面工程》邓学钧《土力学地基基础》清华大学出版社,陈希哲第四版《铁路站场及枢纽》《地铁与轻轨》《专业英语》《土木工程专业英语》《土木工程经济与管理》《建筑结构》《高层建筑结构》《试验应力分析》《桥梁上部构造性能(E.C.汉勃利)》《材料力学》铁摩辛柯《欧美桥梁设计思想》，王应良，高宗余《桥涵顶进设计与施工》《地道桥结构设计》《框架式地道桥》《钢筋混凝土结构裂缝与变形的验算》《曲线梁桥计算》《拱桥挠度理论》《预应力混凝土结构设计》林同炎《混凝土简支梁（板）桥》《混凝土桥梁结构》《钢筋混凝土结构的裂缝控制》《钢筋混凝土原理》《桥粱施工工程师手册》《现代桥梁建筑设计》《公路小桥涵设计示例》《钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥结构设计》《杭州湾跨海大桥技术创新与应用》《混凝土结构有限元分析》《ansys操作命令与参数化编程》《ansys建模与网格划分关键技术》《钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用》《桥梁博士V3.0》《城市地道桥顶进施工技术及工程实例》《铁路基本规范》《芜湖长江大桥钢结构制做技术总结》大桥局《拱桥挠度理论》贺拴海人民交通出版社《桥梁工程》,大桥局,王序森等《桥梁建筑－－结构构思与设计技巧》张师定著人民交通出版社《悬索桥》大桥局《桥梁力学》，胡人礼，北京：中国铁道出版社，1999《预应力混凝土结构设计》林同炎《曲线梁桥计算》孙广华《桥梁设计百问》邵旭东《科学地对待桥渡和桥梁》，钱冬生，中国铁道出版社，2003.9《桥梁建筑与小品―构思与造型》慎铁钢等编著天津大学出版社2002《桥梁结构空间分析设计方法与应用》，戴公连, 李德建著，北京：人民交通出版社，2001《混凝土结构设计》 A.H.尼尔逊著过镇海方鄂华庄崖屏等校译《桥梁与结构理论研究》李国豪上海科学技术出版社，1983《桥梁结构非线性分析》华孝良人民交通出版社《混凝土弯梁桥》邵容光夏淦人民交通出版社《组合结构桥梁》刘玉擎. 同济大学现代桥梁技术丛书《斜弯桥的广义梁格法》《电脑辅助工程分析ANSYS使用指南》《结构动力学》《铁路客运专线恰两施工技术培训班》《ANSYS土木工程应用实例》《ANSYS-APDL高级工程应用实例分析与二次开发》《一注基础复习教程》《杆系结构有限元分析与matlab应用》《origin 应用教程》《ANSYS在桥梁工程中的应用》《钢桥》;（共十一分册）小西一郎著中国铁道出版社《钢筋混凝土及预应力混凝土桥建筑原理》[联邦德国] F.莱昂哈特著《现代斜拉桥》和《现代悬索桥》; .严国敏，.(严国敏虽离我们而去,但是他的敬业精神永远激励着后人!)《斜拉桥》林元培86.577/LYP(铁道);(94年出版,但即使现在的教科书也依旧大段地摘取他的内容.现在斜拉桥发展的情况,许多方面都应证了书中的预测.)《AASHTO美国公路桥梁设计规范》;.(关于钢箱梁和剪力滞等均有详细规定,是国内现有规范和课本缺乏的.)《武汉长江二桥技术总结》大桥局;.(双壁钢围堰和前支点挂蓝等有详细介绍.) 吐血介绍大桥局的深水基础施工情况,以前我查了很多资料都含含糊糊.该书也介绍了分离双箱前支点挂篮施工也较怪异的,一般前支点挂篮施工用在边主梁桥上. (书名大致如此,内容对钢桥的材料,设计,加工,安装,监测等有详细介绍.)科技图书二库(五楼) 中文科技86.5/TDB;《斜梁桥》黄平明人民交通出版社科技图书二库(五楼) 中文科技86.571/HPM;《曲线梁》姚玲森人民交通出版社《预加应力混凝土原理》程式秋五洲出版社《斜拉桥》大桥局86.579/TDG(铁道);《桥梁工程》姚玲森《公路桥梁设计丛书》也不错分为8册⑴预应力砼连续梁桥⑵拱桥⑶桥梁通用构造及简支梁桥⑷悬索桥⑸斜拉桥⑹砼弯斜梁桥⑺组合拱桥⑻刚架桥《九江长江大桥技术总结》大桥局86.5/TDG01 (铁道);《预应力混凝土连续梁桥设计》，人民交通出版社，徐岳《桥梁简化理论-横向分布》胡肇滋86.51/HZZ ; 86.51/HZC (铁道); 86.51/HZC (铁道)《桥梁方案比选》周念先的，人民交通出版社科技图书二库(五楼) 中文科技86.5/ZNX;《结构可靠度理论及其在桥梁工程中的应用》张建仁等人民交通出版社《大跨悬索桥理论》陈仁福《大跨度桥梁设计、桥梁减隔震设计、高架桥梁抗震设计、桥梁延性抗震设计》范立础《公路桥涵设计手册》人民交通出版社《箱形梁设计理论》郭金琼科技图书二库(五楼) 中文科技86.531/GJQ;《弯梁桥设计》吴西伦科技图书二库(五楼) 中文科技86.579/WXL;《桥梁预应力技术百问》李国平主编《Algor、Ansys在桥梁工程中的应用方法与实例》《公路桥梁荷载横向分布计算》李国豪石洞86.587/TDL-2(铁道)《桥梁结构分析的数值方法及其程序：在正交桥、斜弯桥中的应用》。
导梁法在刚构桥边跨现浇段施工中的应用与设计分析
着材料加工水平的提升，以及施工技术的日渐成熟，其跨 10cm 方木。在枋木上铺设 1.2cm 厚木模板，并用钉子固
径也不断增加，将长期在桥梁领域占有重要地位。边跨现 定，具体布置如图 1。
浇段和合拢段作为连续刚构桥施工中的重要环节，施工方
法因桥而异，也是诸多学者长期研究的课题。导梁法适用
于墩高较高且长度适中的边跨现浇段施工。本文根据蛮板 2 号桥图纸和现场实际情况，选用上下导梁法配合完成现 浇段施工，对类似工程具有较高指导意义。
6.5
19.19
32.12
7
S3-1
24.06
6.5
24.06
37.98
8
S3-2,S3-3 91.00
6.5
91.00
118.30
9
S3-4, S3-5 10.09
6.5
10.09
21.2
3.3 模型建立 根据荷载计算值，结合设计图纸，采用有限元软件迈 达斯建立模型，进行架体计算分析，模型详见图 3。
0 引言
上 放 12m 长 的 H200 伊200 伊8/12mm 型 钢 分 配 梁 ， 间 距
连续刚构桥跨越能力较强，造型优美，目前施工工艺 60cm，在 H 型钢上按照 60cm 间距铺设[14 槽钢，H 型钢与
也较为成熟，常作为跨越山谷、河流的设计部首选方案。随 [14 钢点焊连接。在 [14 槽钢上按照 30cm 间距铺设 5伊
图 1 导梁平面布置
3 模型建立与有限元分析 3.1 荷载取值 各类荷载依据《公路桥涵施工技术规范》进行取值和计
· 168 ·
价值工程
算，现浇混凝土自重计算取 26kN/m2；施工人员、施工材料
和机具荷载取 2.5kN/m2，另外以集中荷载 2.5kN/m2 进行验
多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析
多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析王强;姜天华;邹垚;孙杰【摘要】基于薄壁杆件结构理论，推导出多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流的计算公式，将其应用于钢箱梁剪力流的计算，并与有限元分析结果及已有文献中的计算结果相比较，同时分析了有无悬臂板、悬臂板厚度、梁高、腹板厚度、底板厚度和箱室宽度对腹板剪力流分配的影响。
结果表明，所推导的公式具有较高的精度；腹板厚度、悬臂板厚度及箱室宽度为多室薄壁箱梁腹板剪力流分配比的主要敏感参数，梁高与底板厚度为次要敏感参数；在桥梁结构受力分析中，为简化计算而不考虑悬臂板，会降低边腹板的荷载分配比，导致横隔梁的设计安全系数下降。
%Based on structural mechanics of thin-walled bar,the formula for calculating the bending shear flow of the multichambered thin-walled box girder web was derived and applied to the calcula-tion of steel box girder.The accuracy of the formula was testified by comparison with the results of finite element and existing literature.The influences of presence of cantileverslab,cantilever slab thickness,beam height,web thickness,bottom board thickness,chamber width on shear flow distri-bution were also investigated.The results show that the derived formula is very accurate,and the pa-rameters that significantly influence shear flow distribution are web thickness,cantilever slab thick-ness and chamber width,while beam height and bottom board thickness have less significant influ-ence.This suggests,in stress analysis of bridge structures,the load distribution ratio of side web would be reduced and the safety of the horizontal beam cannotbe guaranteed if no consideration were given to cantilever slab or even force transfer on middle and side web were assumed.【期刊名称】《武汉科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(039)002【总页数】5页(P140-144)【关键词】薄壁杆件;多室薄壁箱梁;剪力流;有限元;截面参数【作者】王强;姜天华;邹垚;孙杰【作者单位】武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉，430065;武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉，430065;武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉，430065;武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉，430065【正文语种】中文【中图分类】U441大跨度桥梁的建设中，多室薄壁箱梁的应用十分广泛。
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同程度的损伤，导致频率有所降低，但降低程度不明显。为了更好地确定桥梁损伤随加载逐步发展的过 程，并对损伤进行定位，下面将针对不同加载步对桥梁的振型曲率差进行比较。
荷载步10 荷载步9 荷载步8 荷载步7 荷载步6 荷载步5 荷载步4 荷载步3 荷载步2 荷载步1 完好状态 0
7.87 9.25 10 10.25 10.25 10.37 10.62 10.62 10.62 10.75 11.12
5
10
15
频率 (Hz)
21.25 21.87
一阶频率 二阶频率
22
22.12
22.12
22.12
22.62
22.62
22.75
22.87
23.5
20
25
图 5 加载过程各阶段频率测试结果
是基于曲率模态。 曲率模态有两种测量方法：方法一是通过获得结构的应变反应直接换算成曲率关系，继而寻找其曲
率模态；方法二是首先得到结构的位移模态，通过差分的方法获取其曲率模态[9]。本文采用加速度传感 器进行结构动力性能的测量，然后根据方法二通过式（1）得到其曲率模态，再通过式（2）对损伤结构 和完好结构的曲率模态差加以比较，从而对模型桥进行损伤定位。
本文主要针对以受弯为主的桥梁结构，对于这类结构，曲率模态成为其动力响应的典型特征，且曲 率模态对于损伤敏感，对于损伤定位更为准确[7,8]，因此本文对于模型桥在不同试验阶段的损伤分析也
基金项目：国家自然科学基金海外青年学者合作研究基金项目资助，50228808
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2 损伤识别理论
经过多年研究实践，各国学者提出过很多损伤识别方法，大致可以将其分为三类：动力指纹法、模 型修正法和神经网络法[4,5,6]。其中模型修正法依赖于有限元模型，需要反演运算反复修正刚度矩阵，且 需要求解逆问题，过程繁琐；神经网络法是 20 世纪 80 年代以来发展起来的，通过人工神经元网络的学 习、训练、测试求解等步骤进行损伤识别，其前期运算量相当大，且不同的桥梁需要分别训练，普适性 差；动力指纹法是将结构看作是由质量、刚度、阻尼等结构参数所组成的体系，通过结构模态参数和频 响函数的变化来确定反映结构动力特性的相关参数的变化，从而判断结构是否发生损伤，其中常用的动 力指纹有频响函数、频率、振型、曲率模态、应变模态、坐标确信准则(MAC)和坐标模态确信准则 （COMAC）。本研究考虑到广泛普适性以及后期处理运算简单，选用动力指纹法进行损伤识别。
北
南
图 1 模型桥示意图
3.2 荷载工况及加载方案
在桥梁模型竣工以后进行了为期一个月的长期监测，该过程是将 3t 重的荷载堆放在桥梁中跨的跨 中，观察桥梁的徐变等长期行为。
根据试验室的实际加载条件，共布置 5 个加载千斤顶。其中中间跨 3 个千斤顶，分别位于中跨跨 中和距离南、北桥墩 1.25m 处，两个边跨各一个，均位于距离桥墩 2.25m 处。为接近桥梁实际工作情 况，模拟车辆行驶荷载进行加载，从南向北依次组合相邻的千斤顶进行分级加载。整个加载过程共分为 4 种加载工况，如图 3 所示，其中加载工况 A、B、C 组合模拟车辆行驶过程。
对应的桥梁 工作状态 使用过程中 桥梁开裂
荷载步 4、6 单顶荷载加到 55 kN， 荷载步 5 单顶荷载加到 50kN
超载
单顶荷载加到 37.5kN 跨中位移为 28.3mm（跨度的 1/300） 跨中位移为 60mm（跨度的 1/135）
加载到破坏
桥梁开裂 超载
严重破坏 最终破坏
3.3 试验结果分析
荷载步 1 与荷载步 2 的振型曲率差曲线如图 6 所示，由于荷载步 3 相对于荷载步 2 对桥梁损伤影响 较小，因此不再对其振型曲率差进行测量比较。从图 6 中可以看出，荷载步 1 结束以后，桥梁中跨跨中 以及南侧边跨损伤较为严重，其中中跨跨中的损伤主要是由于长期监测过程中的开裂造成的，南侧边跨 的损伤主要是由于荷载步 1 过程中边跨的开裂引起的刚度降低；荷载步 2 的振型曲率差曲线中跨跨中的 损伤略有增加，北侧桥墩处的损伤增加显著，这是由于荷载步 2 使得北侧桥墩处的支座截面开裂造成的， 曲率模态法损伤识别的结果与试验现象相符。
表 2 加载前各阶段频率列表
状态Leabharlann 张拉预张拉预加配重
长期监测以后
一阶频率
15.62
15.62
11.12
10.87
二阶频率
32.87
32.87
23.5
23.12
第十七届全国桥梁学术会议论文集，2006.5，重庆: 907-913
从表 2 中可以看出，长期监测以后桥梁频率降低，其主要原因是开裂导致刚度降低。当长期荷载加 至桥上以后，模型桥中跨的跨中附近已出现可见裂缝，荷载作用下结构在中跨跨中的长期变形达到 1mm，长期荷载卸载以后部分裂缝闭合。为进一步进行损伤定位，将长期监测前后的振型、振型曲率 进行比较。通过比较看出损伤前后振型几乎没有变化，即其对于损伤不敏感，不能作为损伤定位的参数； 图 4 中给出损伤前后桥梁振型曲率差绝对值的曲线，明显看出在中跨跨中出现了较大峰值，预示损伤发 生在模型桥的中跨跨中，与试验现象吻合。
试验加载按照工况 ABC 组合和工况 D 两个步骤进行。首先，依次按照工况 A、B、C 模拟车辆行 驶荷载，加载分为桥梁在正常使用阶段开裂和车辆超载两个荷载分级。然后，按照工况 D 加载至破坏， 破坏过程分为 4 个荷载步：桥梁开裂、超载、严重损坏、最终破坏，相应荷载参见表 1。每级荷载步结 束以后卸载再进行下一个荷载步。在实际加载过程中，考虑结构的对称性以及加载的操作简易性，将荷
避免桥梁事故发生的有效手段是对其进行健康监测，实时反应桥梁的运营状况，从而及时发出预警。 近年来，随着新型传感技术及通讯技术的发展，桥梁无损检测和健康监测成为研究热点。动力指纹法、 模型修正与系统识别法、神经网络法等损伤评估理论为健康监测提供依据。本文主要针对以受弯为主的 混凝土桥梁结构，结合清华大学结构工程研究所进行的 18m 长 3 跨连续刚构桥模型试验，采用操作比 较简单易行的动力指纹法对其进行损伤识别。结果表明对于此类结构，曲率模态是较为理想的损伤识别 指标。
0.08 0.06
荷载步1 荷载步2
振型曲率差绝对值
0.04
0.02
0
0
4
8
12
16
桥梁跨度
图 6 荷载步 1～2 桥梁振型曲率差的变化比较
荷载步 4～荷载步 6 模型桥进入超载运营阶段。如前所述，考虑结构的对称性以及加载的操作简易 性，将荷载步 4 与荷载步 6 对调，荷载步 4 仍在北侧三个千斤顶处加载。在整个超载运营过程中，随着 荷载的增加，结构的刚度在不断降低，但卸载以后由于预应力筋的作用，残余变形增加缓慢。其中，在 荷载步 5 的加载过程中，当荷载加至 42kN 的时候，跨中受拉钢筋屈服，结构进入屈服状态，刚度明显 降低，当荷载达到 45kN 的时候，南侧桥墩柱顶钢筋屈服。
为分析模型桥承受超载荷载时的损伤情况，将荷载步 4～荷载步 6 的振型曲率差进行比较，如图 7 所示。通过比较可以看出荷载步 4 使得北侧边跨产生一定损伤；荷载步 5 使得桥梁中跨跨中损伤明显加 重，振型曲率差的峰值已由桥梁开裂状态（荷载步 2）时的 0.07 发展到 0.1，这是由于在前 4 个荷载步 损伤主要是由于桥梁的开裂所引起的，而该荷载步的过程中，跨中受拉钢筋已经屈服，损伤的成因主要 表现为钢筋屈服；而荷载步 6 在加重南侧边跨损伤的同时，也较大程度的增加了全桥的损伤，这是由于 此时普通钢筋已经屈服，任何加载都会引起全桥的内力重分布，进而大幅度增加其他位置的损伤，该荷
3.3.1 加载前各阶段测试比较
在桥梁正式加载以前，对其在施工阶段的频率等动力特性进行了监测，包括张拉预应力前后、施 加配重前后等，测量结果见表 2。从结果可以看出张拉预应力对于桥梁的自振频率没有影响；配重增大 了桥梁自身的重量，此时模型桥一阶、二阶频率分别降至 11.12、23.5，将加配重以后的状态作为桥梁 完好状态的参数，从而成为损伤分析的比对依据。
0.1
振型曲率差绝对值
0.075
0.05
0.025
0
0
4
8
12
16
桥梁跨度
图 4 长期监测前后桥梁振型曲率的变化
注：图中横坐标桥梁跨度为标示点，其中点 0、16 分别代表北侧边支座和南侧边支座，4、12 分别代表北桥墩和南 桥墩，8 代表中跨跨中，依此类推，后面图同。纵坐标仅为归一化以后的相对差值，不具备物理意义。
uj
=
φ j−1 − 2φ j + φ j+1 (l j / l0 )2
(1)
Iu = Δu j
(2)
式中，u j 为
j
点的曲率模态值，φ j
为
j
点的位移模态值，l
j
为两点之间距离，l 0
为基准距离，Iu
为
损伤识别指标
3 模型桥试验
3.1 模型桥简介
本试验的模型桥是轻质混凝土预应力连续刚构桥，其原型为云南安宁至楚雄高速公路 14 号达连坝 段。原桥桥面总宽：0.1+0.5+净 4.75+1.05+0.1=6.5m，设计荷载：汽-20，挂-100，人群荷载 3.5kN/m2， 混凝土标号为 C50 号，跨径为 19m+35m+19m。模型桥按照 1：4 的相似比，并依据抗弯刚度相等的原 则等效成 T 型截面，其各跨跨度为 4.75＋8.75＋4.75＝18.25m（如图 1 所示），缩尺以后的模型桥通过 施加配重使其与原桥在自重下产生的应力相等，图 2 为模型桥施加配重以后的照片。将模型桥的该状态 作为桥梁完好状态，即损伤识别的原始比对状态。