基于跨中位移指示器對簡支梁的損傷識別試驗研究

張延欣+張文浩

摘 要：該文根據試驗，將一有機玻璃近似看成了一根簡支橋梁，并在簡支梁的特定點所處部位分別產生10%、20%的受損，試驗受損的前后結構中點中位移之差推出其影響線，并用此試驗以證明運用結構中點位移指示器來判別橋梁受損辦法的準確性。

關鍵詞：位移指示器 簡支梁 損傷識別

中圖分類號：O346.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0034-02

土木工程橋梁受損判別的研究是根據土木工程原理分析的完善以及實際工程的應用要求而形成的全新課題研究。結構的損傷識別內容一般包括：對簡支橋梁中受損有無出現開始的判別和對已經發生的橋梁受損來定位和對受損程度做了更理想的識別，也就是說根據對橋梁體系做監測，來判定結構有無受損情況，從而識別橋梁受損程度與受損部位或者是該橋梁當前的情況、使用的性能以及受損程度的趨勢等，對因為受損而引起的橋梁承載能力的狀況來做測評估算。橋梁結構的受損診斷中最多包涵的內容，先是橋梁的受損判別，接下來是橋梁的受損部位確定，最后是橋梁的受損程度評估。進行橋梁故障推斷的第一步是結構的受損判別，日前世界上相關于結構的受損方面研究很多聚集于受損判別的程度上；結構受損部位確定是結構的故障斷定重要的問題所在，更是困難所在之處。橋梁受損的程度斷定就是相對于工程本身開展損壞判定的最終目的。

1 試驗方法及步驟

1.1 試驗模型

該試驗的試驗模型是一塊有機玻璃，它的長是60 cm，寬是8 cm，厚為7 mm。為了進一步貼近簡支橋梁的限制條件，將該試驗模型的其中一端支架在另一個三棱鋼上，使其充當為固定鉸支座，而另一端則把它支架于一根光滑圓鋼筋上，充當為活動鉸支座。并且為了方便于加載，現將有機玻璃上畫上刻度，注意控制間距為1 cm，用此來表示加載所在部位。

1.2 試驗儀器

（1）位移感應器：一般更多用于試驗加載時的跨中處及支座處的豎向位移，該種類型感應器的試驗中最小精度是1/200 mm。該次試驗所用的位移傳感器是由漂陽儀表廠所生產，儀器的型號為YHD-50型。

（2）應變儀：用以采集在施加作用力時由感應器產生的位移數值。此次試驗使用的應變儀型號為XL-2106數字型式的應變儀。

（3）重力陀：該次試驗的施加作用力的方式選用靠重力來施加，其中重力陀總重量為70 N，并根據變動重力陀所處部位，來近似成移動荷載。

1.3 位移傳感器的布置

由于此次試驗目的是試驗簡支橋梁受損前后在移動荷載施加下的D點位移的改變，由于有機玻璃剛度偏小，在取消加載的時候，位移感應器產生的朝下的壓力會讓這塊玻璃難以恢復，即當卸載時跨中位移難以恢復到零。所以，此試驗將在結構上D點位置的上下各加一位移感應器，用這種方法進行試驗，且將最后的位移數據確定為兩個位移傳感器輸出數據的平均數。另外，由于在荷載作用下的簡支橋梁支座容易產生向下的位移，因此，要求跨中由荷載引起的位移要減去支座處的豎向位移，則還應在支座部位各加一個位移傳感器。

1.4 加載方式

此次試驗將使用重力加載的方式，前提是要在簡支橋梁上畫刻度線，要求間距為1 cm，用以作為各種情況下的加載部位，接著再用一根鐵絲將橋梁穿過，并在上面掛好重陀，以這種方法來對簡支橋梁做加載試驗，并且通過移動荷載的不同所處部位來近似移動荷載。

1.5 試驗步驟

（1）在簡支橋梁未受損時，把荷載分別加載在1～60號的點上，并分開試驗跨中位移在每種情況下的數值，從而推出簡支橋梁在未受損時的結構上D點位移影響線。

（2）于簡支橋梁的40號點處的部位，布置一個1 mm深的槽口，并應用與上述測試方法相同的方法，可以推出簡支橋梁受損時的結構上D點處位移影響線。

（3）把簡支橋梁于40號處部位的槽口挖深直到2 mm，并運用與上面相同的方法可推出簡支橋梁在其他的受損程度下的跨中位移影響線。

2 損傷識別研究

2.1 損傷位置識別

根據研究分析，能夠推算出當受損部位的槽口凹進1 mm時，相應的每個加載位置的跨中位移差值的散點圖，如圖1所示，由此可知簡支橋梁在受損時，受損前后的跨中位移差值影響線于受損部位達到了極大值。因此，該試驗結果恰好驗證了根據跨中位移差值影響線對于橋梁做受損判別的準確性。

2.2 損傷程度識別

把簡直梁在40號點處部位的槽口再挖進到2 mm，并運用與上述相同的辦法來測相應于每個加載部位的跨中位移，畫出跨中位移的影響線圖像，從而推知在其他受損程度時的跨中位移差值影響線，如圖2所示。通過該圖的分析可見：不論有什么樣的損傷程度，跨中位移差值影響線的極大值都出現于受損部位，并且在受損程度偏大時，相應的位移差值的極大值隨之偏大。這個試驗表象同樣證明了該文在開始強調的運用跨中位移差值影響線來做簡支橋梁的受損判別的正確性。

3 結語

通過試驗研究可得出：（1）簡支橋梁在受損時，受損前后的跨中位移差值影響線于受損部位達到了極大值。（2）不論有任何的損傷程度，跨中位移差值影響線的極大值都出現于受損部位，并且在受損程度偏大時，相應的位移差值的極大值隨之偏大，從而驗證了利用跨中位移差值影響線對于簡支梁進行損傷識別的正確性。

參考文獻

[1] 寇曉娜.基于撓度影響線的橋梁結構損傷識別方法初步研究[D].重慶：重慶交通大學，2008.

[2] 馬兆云.基于撓度法的鋼筋混凝土簡支梁損傷識別研究[J].山西建筑，2008，34（25）：85-86.

[3] 何天濤.大跨徑預應力混凝土梁橋撓度研究[D].長沙：長沙理工大學，2008.

[4] 崔文濤.橋梁結構損傷識別方法研究[D].青島：青島理工大學，2013.

[5] 楊秋偉，劉濟科.工程結構損傷識別的柔度方法研究進展陰[J].振動與沖擊，2011，30（12）：147-153.

[6] 楊雅勛.基于動力測試的橋梁結構損傷識別與綜合評估理論研究[D].西安：長安大學，2008.

[7] 鄒大力.基于計算智能的結構損傷識別研究[D].大連：大連理工大學，2005.

[8] 李軍.梁式結構動力損傷識別方法研究[D].大連：大連理工大學，2007.

[9] 劉剛.基于長期靜態檢測數據的大型橋梁安全狀態評估方法研究[D].重慶：重慶大學，2010.