一種快速測空心板梁橋橫向分布系數(shù)的方法及質(zhì)量激振器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速測裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空 心板梁橋橫向分布系數(shù)的方法及質(zhì)量激振器。
【背景技術(shù)】
[0002] 橋梁橫向分布系數(shù)的本質(zhì)是單位力作用于某片梁跨中截面時(shí)，各片梁分別承擔(dān)的 力的大小，它反應(yīng)了各片梁之間的橫向聯(lián)系，有助于確定橋梁的最不利荷載布置。在公路橋 梁設(shè)計(jì)中，通常延伸計(jì)算為某根主梁所承擔(dān)的最大荷載是各個(gè)軸重的倍數(shù)。在裝配式橋梁 結(jié)構(gòu)的檢測評(píng)定中，橫向分布系數(shù)的測定也是一項(xiàng)十分重要的工作。
[0003] 在現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中，一般采用鉸接板法計(jì)算裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁 橋跨中截面的橫向分布系數(shù)。該方法假定在豎向荷載作用下結(jié)合縫（鉸縫）內(nèi)只傳遞豎 向剪力，將作用于跨中的集中力P等效為半波正弦荷載
滿足原受力情況的邊界條件，且等效前、后跨中撓度十分接近），通過力法求解得到各個(gè) 梁的跨中撓度。實(shí)際計(jì)算時(shí)，首先計(jì)算得到空心板梁的截面特性，然后直接根據(jù)剛度參數(shù)
(其中，I表示截面抗彎慣性矩，、表示截面抗扭慣性矩，b表示每片梁的寬 度，L表示計(jì)算跨徑），查鉸接板荷載橫向分布影響線豎標(biāo)表，計(jì)算橫向分布系數(shù)。
[0004] 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋跨中截面的橫向分布系數(shù)檢測，均是基于重車加 載的方法測定的。即：將重車加載在跨中最不利位置上，測出各片梁的跨中撓度，并以單個(gè) 梁的撓度除以總撓度得到橫向分布系數(shù)。
[0005] 顯然，理論的計(jì)算方法原理清晰，概念明確。但是實(shí)際的測量方法卻與理論方法有 很大出入。在荷載布置上，實(shí)際上多采用重車加載，荷載作用在多片梁的多個(gè)點(diǎn)上，而理論 上應(yīng)該是單點(diǎn)跨中加載；在方法原理上，橋梁的橫向分布系數(shù)反映的是各片梁之間的橫向 聯(lián)系，而橋梁整體是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，單點(diǎn)加載有利于精確地分析出各梁之間的聯(lián)系，在橋梁 檢測時(shí)也更容易發(fā)現(xiàn)橫向連接的問題，即定位鉸縫的局部損傷。而在多點(diǎn)加載的情況下，各 加載點(diǎn)之間相互影響，所測得的撓度不同于理論方法，而且所測只為多個(gè)集中力作用下的 疊加撓度，難以識(shí)別橋梁的橫向連接病害。除此之外，在實(shí)際操作中，測量前要準(zhǔn)備好重車， 在橋下搭設(shè)支架、安裝位移計(jì)等，工作量大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且不經(jīng)濟(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有測量方法與理論方法相差較大，測定時(shí)耗時(shí)費(fèi)力，花費(fèi)較大等問 題，提出一種快速測空心板梁橋橫向分布系數(shù)的方法及質(zhì)量激振器。本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種快速測空心板梁橋橫向分布系數(shù)的方法，該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一采用環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)法測試得到各片空心板梁的一階豎向固有頻率f\、 f2……fn與模態(tài)阻尼比G:、Q……Gn，其中n為空心板片數(shù)，計(jì)算得到頻率平均值f;
[0008] 步驟二、根據(jù)空心板梁最大撓度限值的要求，確定安裝在第j號(hào)梁的慣性質(zhì)量激 振器的豎向激振質(zhì)量：
式中： 1%表示激振器的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，h表示第j號(hào)梁的模態(tài)阻尼比， M,表示第j號(hào)梁的總質(zhì)量， L表示梁的計(jì)算跨徑， A表示激振器的位移振幅， L表示第j號(hào)梁（單位力同時(shí)作用在第j號(hào)梁跨中）的跨中截面橫向分布系數(shù)理論 計(jì)算值；
[0009] 步驟三、在第j號(hào)梁的跨中上方安裝慣性質(zhì)量激振器，在各片梁跨中位置安裝固 定低頻拾振器，測取激振器以振動(dòng)頻率fP振幅A穩(wěn)態(tài)激振時(shí)各片梁的跨中豎向振動(dòng)速度時(shí) 域信號(hào)；
[0010] 步驟四、確定各片梁跨中截面的動(dòng)撓度最大值yi]:在頻域內(nèi)對(duì)速度信號(hào)積分得到 位移信號(hào)，即橋梁的動(dòng)撓度曲線，在動(dòng)撓度曲線上取最大的波峰與波谷的絕對(duì)值的均值，作 為在j號(hào)梁跨中激振作用下第i號(hào)梁跨中截面的最大動(dòng)撓度值y,;
[0011] 步驟五、計(jì)算在j號(hào)梁跨中激振作用下第i號(hào)梁的跨中截面橫向分布系數(shù)n1]:
[0012] -種用于快速測空心板梁橋橫向分布系數(shù)的方法的慣性質(zhì)量激振器，包括：底板、 導(dǎo)軸和質(zhì)量塊，導(dǎo)軸為圓柱體，固定連接在底板中心處，底板上設(shè)置有固定孔和立柱，立柱 的上端面安裝有限位螺栓，導(dǎo)軸上套裝有螺旋壓簧，螺旋壓簧上端接觸質(zhì)量塊，質(zhì)量塊通過 直線軸承與導(dǎo)軸連接，再導(dǎo)軸的頂端通過螺紋安裝有限位板。
[0013] 所述的慣性質(zhì)量激振器，底板通過化學(xué)螺栓錨固在空心板梁上。
[0014] 所述的慣性質(zhì)量激振器，激振器的振動(dòng)頻率通過增減質(zhì)量塊的質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0015] 所述的慣性質(zhì)量激振器，所述質(zhì)量塊到上方限位板和下方限位螺栓的距離相等。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：1、精確，較之現(xiàn)有的汽車加載法，該發(fā)明采用單點(diǎn)加載，避 免了多點(diǎn)加載時(shí)的相互影響；加載方式由靜力加載轉(zhuǎn)為動(dòng)力加載，由于最大動(dòng)撓度和靜撓 度之間存在明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，本發(fā)明測試結(jié)果與理論方法更為接近。
[0017] 2、快捷，該方法在測量過程中無需在橋下搭支架布置位移計(jì)，所需激振器和拾振 器均布置在橋面上，測量不受橋下凈空的限制；測試過程簡單、快捷，便于快速恢復(fù)交通。
[0018] 3、經(jīng)濟(jì)，該發(fā)明在測量過程中只需要在橋面安裝激振器和拾振器，不需要重車加 載，也無需在橋下搭支架布置位移計(jì)，測試過程簡單，減少了人工與器械的開支，省時(shí)省力， 節(jié)省資金。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明快速測定橋梁橫向分布系數(shù)方法的流程圖； 圖2為本發(fā)明激振器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中，1、限位板，2、圓形質(zhì)量塊，3、螺栓，4、立柱，5、化學(xué)螺栓，6、直線軸承，7、螺旋壓 簧，8、導(dǎo)軸，9、底板，10、空心板梁。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例1 :結(jié)合圖1-圖2,裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋橫向分布系數(shù)的一種快 速測試方法，其核心原理是采用較小的動(dòng)力荷載穩(wěn)態(tài)激振代替?zhèn)鹘y(tǒng)的重車靜力加載，通過 測試得到的空心板梁跨中截面最大動(dòng)撓度反算出最大靜撓度，最后再根據(jù)經(jīng)典的橫向分布 系數(shù)計(jì)算公式得到橫向分布系數(shù)。 該方法包括以下步驟：
[0021] 步驟一、采用環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)法測試得到各片空心板梁的一階豎向固有頻率f\、 f2……fn與模態(tài)阻尼比G:、Q……Gn，計(jì)算得到頻率平均值
[0022] 步驟二、根據(jù)空心板梁最大撓度限值的要求，確定安裝在第j號(hào)梁的慣性質(zhì)量激 振器的豎向激振質(zhì)量：
式中： 1%表示激振器的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，h表示第j號(hào)梁的模態(tài)阻尼比， M,表示第j號(hào)梁的總質(zhì)量， L表示梁的計(jì)算跨徑， A表示激振器的位移振幅， L表示第j號(hào)梁（單位力同時(shí)作用在第j號(hào)梁跨中）的跨中截面橫向分布系數(shù)理論 計(jì)算值。
[0023] 步驟三、在第j號(hào)梁跨中上方安裝固定慣性質(zhì)量激振器，在各片梁跨中位置安裝 固定低頻拾振器，測取激振器以頻率fP振幅A穩(wěn)態(tài)激振時(shí)各片梁的跨中豎向振動(dòng)速度時(shí)域 信號(hào)。
[0024] 步驟四、確定各片梁跨中截面的動(dòng)撓度最大值yi]:在頻域內(nèi)對(duì)速度信號(hào)積分得到 位移信號(hào)，即橋梁的動(dòng)撓度曲線，在動(dòng)撓度曲線上取最大的波峰與波谷的絕對(duì)值的均值，作 為在j號(hào)梁跨中激振作用下第i號(hào)梁跨中截面的最大動(dòng)撓度值y,;
[0025] 步驟五、計(jì)算在j號(hào)梁跨中激振作用下第i號(hào)梁的跨中截面橫向分布系數(shù)n1]:
[0026] -種用于一種快速測空心板梁橋橫向分布系數(shù)的方法的慣性質(zhì)量激振器，包括， 底板、導(dǎo)軸和質(zhì)量塊，導(dǎo)軸為圓柱體，固定連接在底板中心處，底板上設(shè)置有固定孔和立柱， 立柱的上端面安裝有限位螺栓，其特征在于：導(dǎo)軸上套裝有螺旋壓簧，螺旋壓簧上端接觸質(zhì) 量塊，質(zhì)量塊通過直線軸承與導(dǎo)軸連接，再導(dǎo)軸的頂端通過螺紋安裝有限位板。
[0027] 底板通過化學(xué)螺栓錨固在空心板梁上，激振器的頻率通過增減質(zhì)量塊的質(zhì)量進(jìn)行 調(diào)節(jié)，所述質(zhì)量塊到上方限位板和下方限位螺栓的距離相等。 其中，經(jīng)典的橫向分布系數(shù)計(jì)算公式在單位力作用在j號(hào)梁跨中位置時(shí)，各梁跨中的 靜撓度記為Ust。則第i號(hào)梁跨中截面的橫向分布系數(shù)為：
[0028] 動(dòng)力作用下梁的橫向分布系數(shù)計(jì)算 ① 空心板梁單自由度振動(dòng)模型的模態(tài)質(zhì)量：
可得：m= 0. 5M ② 空心板梁單自由度模型在外界簡諧荷載作用下的運(yùn)動(dòng)微分方程