【博士】既有鐵路橋墩健全度評估和試驗(yàn)方法研究【2006】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：北京交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2006年　　對既有鐵路橋墩基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)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(jìn)行狀態(tài)評估。作為既有方法的補(bǔ)充，本文提出了基于自振頻率指標(biāo)的橋墩健全度評估方法，同時為了方便準(zhǔn)確地得到橋墩的橫向自振頻率，對沖擊振動試驗(yàn)法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究?！　”菊撐耐ㄟ^理論分析、數(shù)值模擬計算、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)以及橋梁現(xiàn)場試驗(yàn)，主要做了以下研究工作：　　1．分析了既有橋墩基礎(chǔ)狀態(tài)評估方法在應(yīng)用中存在的一些問題．通過研究橋墩基礎(chǔ)狀態(tài)評估的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和相關(guān)規(guī)范條文，在對大量實(shí)測資料進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，指出了既有評估方法的一些不足?！　?．對沖擊振動試驗(yàn)法進(jìn)行了理論推導(dǎo)并編制了相應(yīng)的計算機(jī)程序．對沖擊振動試驗(yàn)法的基本原理進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)，用c語言和Matlab語言編制了相應(yīng)的計算機(jī)程序；　　3．通過數(shù)值算例、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)對沖擊振動試驗(yàn)法的基本原理進(jìn)行了驗(yàn)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(yàn)法的基本原理進(jìn)行了驗(yàn)證，說明了沖擊振動試驗(yàn)法的應(yīng)用條件；然后，用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)對沖擊振動試驗(yàn)法的基本原理進(jìn)行了驗(yàn)證；最后，結(jié)合現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對沖擊振動試驗(yàn)法、環(huán)境振動法、模態(tài)試驗(yàn)法和余振法的分析結(jié)果進(jìn)行了比較，從實(shí)際測試角度證明了沖擊振動試驗(yàn)法基本原理的正確性。　　4．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(yīng)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(yīng)的處理方法。研究了不同剛度比例時墩一梁體系中各構(gòu)件的自振頻率識別問題。　　5．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(yàn)法的頻率識別結(jié)果，得出了余振法時容易把橋梁體系中其它構(gòu)件的自振頻率或列車蛇形運(yùn)動的頻率誤判為橋墩自振頻率的結(jié)論。　　6．建立了單線擴(kuò)大基礎(chǔ)橋墩自振頻率基準(zhǔn)值的計算公式。選擇4座處于健康狀態(tài)的下部結(jié)構(gòu)為擴(kuò)大基礎(chǔ)橋墩的橋梁進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，用沖擊振動試驗(yàn)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(chǔ)上，用統(tǒng)計回歸的方法得到了擴(kuò)大基礎(chǔ)橋墩的自振頻率基準(zhǔn)值公式?！　?．提出了適合于我國情況的橋墩健全度評估準(zhǔn)則和評估方法。依據(jù)我國設(shè)計規(guī)范，綜合數(shù)值分析和工程實(shí)例分析，得出了橋墩的健全度指數(shù)臨界值，并在其基礎(chǔ)上提出了橋墩健全度評估準(zhǔn)則和評估方法?！　?．對沖擊振動試驗(yàn)法和橋墩健全度評估方法進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證。對一座通過常規(guī)動載試驗(yàn)判明存在病害的橋梁進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，用沖擊振動試驗(yàn)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(jìn)行了健全度評估。評判結(jié)果表明該橋5號墩存在嚴(yán)重病害、6號墩狀態(tài)良好。對橋墩基礎(chǔ)周圍的地基進(jìn)行了現(xiàn)場挖驗(yàn)，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(chǔ)確實(shí)存在問題。同時進(jìn)行了試驗(yàn)列車加載的橋梁動載試驗(yàn)和環(huán)境振動試驗(yàn)，對幾種方法的分析結(jié)果進(jìn)行了比較。從而證明了沖擊振動試驗(yàn)法和橋墩健全度評估方法的準(zhǔn)確性和有效性。　　9．進(jìn)行了基于模態(tài)參數(shù)的橋墩結(jié)構(gòu)性損傷識別研究。在利用沖擊振動試驗(yàn)法可以準(zhǔn)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(biāo)對一混凝土懸臂梁進(jìn)行了損傷識別研究，比較了這些指標(biāo)對損傷的敏感性，并指出了適用于橋墩損傷識別的指標(biāo)?！　?

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