【博士】既有鐵路橋墩健全度評(píng)估和試驗(yàn)方法研究【2006】

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　　學(xué)科專(zhuān)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(duì)既有鐵路橋墩基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估是橋梁檢定部門(mén)的重要工作，是保證鐵路提速、開(kāi)行重載列車(chē)的重要措施。鐵路橋梁檢定部門(mén)主要依據(jù)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》對(duì)鐵路橋墩進(jìn)行狀態(tài)評(píng)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(píng)估方法，同時(shí)為了方便準(zhǔn)確地得到橋墩的橫向自振頻率，對(duì)沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。’　　本論文通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)以及橋梁現(xiàn)場(chǎng)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(píng)估方法在應(yīng)用中存在的一些問(wèn)題．通過(guò)研究橋墩基礎(chǔ)狀態(tài)評(píng)估的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和相關(guān)規(guī)范條文，在對(duì)大量實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，指出了既有評(píng)估方法的一些不足。　　2．對(duì)沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法進(jìn)行了理論推導(dǎo)并編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序．對(duì)沖擊振動(dòng)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(yǔ)言和Matlab語(yǔ)言編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序；　　3．通過(guò)數(shù)值算例、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法的基本原理進(jìn)行了驗(yàn)證。首先，通過(guò)懸臂墩、簡(jiǎn)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(duì)沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法的基本原理進(jìn)行了驗(yàn)證，說(shuō)明了沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法的應(yīng)用條件；然后，用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)對(duì)沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法的基本原理進(jìn)行了驗(yàn)證；最后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法、環(huán)境振動(dòng)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(cè)試角度證明了沖擊振動(dòng)試驗(yàn)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(dòng)力相互影響規(guī)律。通過(guò)分析橫向沖擊橋墩時(shí)的墩梁響應(yīng)頻譜，發(fā)現(xiàn)了橋墩頻譜可能會(huì)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(shí)墩一梁體系中各構(gòu)件的自振頻率識(shí)別問(wèn)題?！　?．探討了余振法測(cè)試橋墩自振頻率的適用性問(wèn)題。通過(guò)比較余振法和沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法的頻率識(shí)別結(jié)果，得出了余振法時(shí)容易把橋梁體系中其它構(gòu)件的自振頻率或列車(chē)蛇形運(yùn)動(dòng)的頻率誤判為橋墩自振頻率的結(jié)論?！　?．建立了單線擴(kuò)大基礎(chǔ)橋墩自振頻率基準(zhǔn)值的計(jì)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(chǎng)試驗(yàn)，用沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法測(cè)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(jì)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(guó)情況的橋墩健全度評(píng)估準(zhǔn)則和評(píng)估方法。依據(jù)我國(guó)設(shè)計(jì)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(píng)估準(zhǔn)則和評(píng)估方法?！　?．對(duì)沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法和橋墩健全度評(píng)估方法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)一座通過(guò)常規(guī)動(dòng)載試驗(yàn)判明存在病害的橋梁進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，用沖擊振動(dòng)試驗(yàn)法測(cè)試分析了橋墩和梁的自振頻率，并用健全度評(píng)估方法對(duì)橋墩進(jìn)行了健全度評(píng)估。評(píng)判結(jié)果表明該橋5號(hào)墩存在嚴(yán)重病害、6號(hào)墩狀態(tài)良好。對(duì)橋墩基礎(chǔ)周?chē)牡鼗M(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)挖驗(yàn)，研究了地基開(kāi)挖對(duì)橋墩動(dòng)力特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)5號(hào)墩基礎(chǔ)確實(shí)存在問(wèn)題。同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)列車(chē)加載的橋梁動(dòng)載試驗(yàn)和環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)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(dòng)試驗(yàn)法和橋墩健全度評(píng)估方法的準(zhǔn)確性和有效性?！　?．進(jìn)行了基于模態(tài)參數(shù)的橋墩結(jié)構(gòu)性損傷識(shí)別研究。在利用沖擊振動(dòng)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(duì)一混凝土懸臂梁進(jìn)行了損傷識(shí)別研究，比較了這些指標(biāo)對(duì)損傷的敏感性，并指出了適用于橋墩損傷識(shí)別的指標(biāo)?！　?

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