(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211199729.7 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 杨东辉　周鸿　伊廷华　李宏男　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 一种面向整体式箱梁桥承载能力的快速测 试评定方法 (57)摘要 本发明属于结构安全性检测技术领域， 公开 了一种面向整体式箱梁桥承载能力的快速测试 评定方法， 对箱梁桥进行快速静动力测试； 获取 箱梁桥承 载力评定基准有限元模 型； 基于基准模 型进行结构 承载能力评定。 本发 明利用移动 荷载 快速过桥， 实现了对桥梁结构准影 响系数及动力 特性的快速测试获取， 有效地解决了传统荷载 实 验成本高、 时间长的问题。 使用模型修正技术获 取了桥梁承 载能力评定基准有限元模 型， 使得该 模型能同时匹配实际桥梁的整体和局部动静力 特征， 弥补了单一目标函数优化结果失真的问 题。 此外， 提出的承载能力评定方法能够考虑不 同受力构 件承载能力的差异性， 解决了传统检算 系数容易导致不同构件承载力评定结果一致性 差的问题。 权利要求书3页 说明书6页 附图5页 CN 115470677 A 2022.12.13 CN 115470677 A 1.一种面向整体式箱梁桥承载能力的快速测试评 定方法， 其特 征在于， 步骤如下： 步骤1.箱梁桥快速静动力试验 (1.1)移动荷载 试验获取准影响系数 准影响系数通过采集一辆两轴试验车辆通过桥梁产生的结构车致响应数据进行获取； 试验车辆的质量要 使桥梁产生稳定、 信噪比高的响应数据； 车辆加载原则是以较少的车辆行驶 次数覆盖桥梁大部分行车区域； 加载过程满足以下 准则： 1)车辆以不超过5km/h的速度低速驶过桥梁， 尽量减少车辆对结构的动力效应； 2)车 辆在单一车道上直线驶过桥梁， 中途不可切换车道； 3)按照桥梁设计车道数， 车辆须在每一 车道上至少完整行驶 一次； 需要测量的结构车致响应为主梁的应变或挠度； 为提高结构车致响应测量数据的信噪 比， 其测量位置选择在主梁跨中和四分之一跨截面， 以确保获取较大的车致响应； 当测量主 梁的挠度时， 挠度在整个截面的分布基本一致， 故需在主梁底面对称布置至少2个测点； 当 测量主梁的应变时， 考虑箱梁同一截面上 的应变测量值具有较大差异性， 应变测点应在箱 梁底板处均匀布置， 应变传感器数量应不少于2n ‑1个， n为向量截面腹板数量， 以获取主梁 底板相对完整的应 变分布情况； (1.2)动力试验获取 结构动力特 征 通过采集桥梁结构受迫振动下的主梁加速度响应来识别桥梁的模态参数； 对桥梁的激 励方式采用风荷载， 施加随机环境未知激励或人为施加的 已知激励， 识别该激励的模态参 数； 动力响应主要测量的是加速度响应， 通过安装在结构上的加速度计获取； 测点按照网 状形式布置， 以获得全桥的加速度响应和完整的桥面振型； 为获得桥面较为平滑的振型， 其 测点应满足一定密度布置； 纵桥向传感器的布置应使得振型曲线较为平滑， 横桥向传感器 布置应至少两排以上， 用以识别出桥梁的扭转振型； 步骤2.箱梁桥评 定模型获取 (2.1)箱梁桥建模方法 桥梁的有限元模型使用板壳单元建立， 箱梁截面腹板、 顶板和底板均由与构件实 际厚 度相同的板壳单元建立； 使用弹簧单元在桥梁支座处添加附加刚度， 以考虑桥梁支座约束 条件非理想简支的情况； (2.2)桥梁有限元模型修 正目标函数建立 桥梁初始有限元模型与实 际桥梁结构存在差异， 需要建立模型优化目标函数， 通过模 型修正的方式获取与实际结构相符的有限元模型； 桥梁初始有限元模型参数优化的目标函 数由三部分组成， 分别为应 变、 频率与振型目标函数； 依据主梁底板轴向力相等的原则建立多测点应变目标函数； 箱梁的应变与横向位置之 间呈三次函数关系， 将测点获得 的应变按照三次函数拟合获得整个底板的应变分布； 对应 变积分即获得底板轴向力T， 如式(1)： T(yj)＝E·t·∫ ε(x,yj)dx               (1) 其中： E为主梁底板弹性模量； t为底板的厚度； x为底板应变点沿横桥向的位置坐标； yj 为对应变数据第j次采样时对应的试验车辆沿纵桥向的行驶位置坐标； ε(x,yj)表示随试验 车辆纵桥向位置与箱梁底板横桥向位置变化的底板应变； 因此， 建立应变目标函数F1如下权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470677 A 2式所示： 其中： m为试验车辆过桥的次数； n为试验车辆一 次过桥时间段内应变的总的采样次数； αi为试验车辆第j次过桥对应权重系数， 权重系数取为1； Tie与Tia分别为主梁底板轴向力的 测量值与理论计算 值； 频率目标函数 F2与振型目标函数 F3如下所示： 其中， k是参与模型修正的桥梁结构模态频率的阶数； fie和fia分别是结构第i阶频率的 测量值和理论计算值； Φie和Φia分别是第i阶振型向量的测量值和理论计算值； β和γ是权 重系数， 权 重系数取为1； 各响应目标函数组合 时采用归一化的方式进行组合， 即权重因子设定为各目标函数初 始值的倒数， 最终组合后的桥梁有限元模型修 正目标函数如式(6)所示： 其中， Fi,0是修正前桥梁有限元模型对应目标函数 Fi的初始值； (2.3)用于箱梁桥承载力评 定的有限元模型修 正 桥梁有限元模型修正前需要确定优化参数， 参数的确定方法为灵敏度分析法， 选定材 料密度、 弹性模量、 桥面铺装厚度、 支座的附加刚度作为备选优化参数， 根据灵敏度分析结 果最终确定优化 参数； 灵敏度分析的公式如下： 其中， F( θ )为根据公式(6)确定的目标函数； θi为桥梁备选优 化参数的第i个样本点， Δθ ＝1％·θ， θ1与 θ2为优化参数的上下限； 优化参数的上下限根据优化参 数可能变动的范围进 行选取； 支 座附加刚度作为必选优化参数， 其取值范围呈指数变化， 导致灵敏度相较于其他 参数显得很小； 因此， 单独对不同支座附加刚度分组进行灵敏度比较； 优化参数选择完成后， 使用Rosenbrock算法对目标函数进行优化， 缩小桥梁有限元模 型与实际结构之间的误差； 执行上述优化算法后获取与实际桥梁结构相符较好的桥梁结构 有限元模型， 即用于后续的桥梁 承载能力评 定； 步骤3.箱梁桥承载力评 定权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470677 A 3