基于梁端位移的支座滑动性能评估研究.pdf
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1、浙江交通职业技术学院学报,第2 5卷第1期,2 0 2 4年3 月Journal of Zhejiang Institute of CommunicationsVol.25 No.1,Mar.2024基于梁端位移的支座滑动性能评估研究周青松,畅卫杰,秦明霞1(1上海市建筑科学研究院有限公司,上海2 0 0 0 3 2;2浙江舟山跨海大桥有限公司,浙江舟山3 16 0 3 1)摘要:滑动支座是大跨径悬索桥的重要构件,需定期对其工作状态进行评估,而人工定期检测周期长、检测结果主观性强,很难对支座的状态做出实时、定量的判断,桥梁管养机构迫切需要有效的方法对支座的滑动工作状态进行实时评估。梁端的位移变
2、化规律表征了桥梁支座滑动性能的健康状态,该参数可以利用桥梁健康监测系统采集获取。本文基于桥梁健康监测系统中的梁端位移和环境温度监测数据,通过相关性分析方法,并与理论计算结果进行对比,实时评判支座的滑动性能,对滑动异常情况及时预警,所采用的支座滑动性能评估方法简单实用,在大跨度悬索桥支座的运营养护中具有较高的参考价值。关键词:悬索桥;健康监测系统;滑动性能;相关性分析中图分类号:U443.36文献标识码:Adio:10.3 96 9/j.is s n.16 7 1-2 3 4X.2 0 2 4.0 1.0 0 2文章编号:16 7 1-2 3 4X(2 0 2 4)0 1-0 0 0 7-0 6
3、梁运营期间长期记录梁端纵向位移、主梁温度等数0引言滑动支座是大跨径悬索桥的重要构件,其滑动性能需满足调节桥梁结构由于温度变化、混凝土收缩与徐变、交通荷载等引起的顺桥向变形。但是由于实际工程中存在众多施工缺陷、耐久性损伤、管理维护不善及车辆超载等情况,使得支座滑动性能发生损坏的情况较为常见,影响桥梁安全运营。目前,支座损伤检测主要采用人工定期检测的方式,由于人工定期检测周期长、检测结果主观性强,很难对支座的状态做出实时、定量的判断,迫切需要寻求有效的方法对支座的工作状态进行实时评估。桥梁结构健康监测技术的发展为这一研究提供了契机1-2 ,由于梁端的位移变化规律表征桥梁支座滑动性能的健康状态,可以
4、通过捕捉梁端位移的异常变化来对支座滑动性能进行损伤预警3-4。工程建设过程中可以在桥梁结构上敷设传感器,在桥收稿日期:2 0 2 4-0 2-2 7作者简介:周青松(198 4)男,嘉兴海盐人,高级工程师,硕士,Ema i l:8 6 7 48 93 6 5 q q.c o m。据,工程人员可以根据健康监测系统所采集的长期监测数据对支座的“健康”状态进行识别,对支座的滑动性能进行评估,为支座的维护、维修和管理决策提供支持51工程背景西埃门大桥为舟山连岛工程跨海大桥中的一座,为两跨连续钢加劲梁悬索桥,主跨16 50 m,主跨及北边跨为悬吊结构,加劲梁高3.5m,宽3 6 m,高跨比为1/47 1
5、,宽跨比为1/45.8。大桥2 0 0 9 年建成通车,建成时是世界最大跨度钢箱梁悬索桥6 ,如图1所示。西埃门大桥全桥设置4个顺桥向滑移支座如图2所示,分别位于南塔和北锚,4个A类水平向抗风支座分别位于南塔和北锚,2 个B类水平向抗风支座位于北塔。桥址位于浙江省舟山市,四面环8海,属亚热带季风气候,年平均气温16 左右,极端最低气温-6.1,极端最高气温42.3。西埃门大桥连续加劲梁全长(主跨+北边跨)达到2228m,环境温度变化,箱梁会产生较大的变形,梁端支座需配合产生较大的滑移量以释放其位移浙江交通职业技术学院学报量。支座的滑动性能是否正常直接关系到加劲梁受力状态的变化,因此需要实时掌握
6、大桥支座的滑动性能情况,作出科学评估,当出现异常情况时候,及时采取检查及养护措施,防止加劲梁因内力突然变化而造成损伤。图1西埃门大桥实景照片2梁端位移监测系统2.1监测系统设置为了监测西埃门大桥支座的滑动性能,实时监测大桥结构的工作状态。西埃门大桥建成之初便建立起了一整套桥梁健康监测系统7 ,其中用于监测主梁位移的传感器编号、类型及位置如表1所示。表1主梁位移监测传感器一览表序号测点编号传感器类型1DT12DT23DT34DT45DT56DT67DT7表中可以看出,健康监测系统在钢箱梁梁端布设了拉绳式位移计,监测钢箱梁梁端相对墩身的顺桥向移动,同时在北塔塔梁交接处安装了磁致伸缩位移计监测连续处
7、墩梁的相对位移情况。位移监测点具体布置如图3 所示。图2 西埃门大桥滑移钢支座角子岛(北)北塔DT3/DT4IDTS北罐DTI/DTa2.2梁端位移理论值仿真分析采用Midas有限元软件对西埃门大桥进行建模分析,钢箱梁、混凝土主塔采用空间梁单元模拟,拉索采用桁架单元模拟,全桥共13 56 个单元,8 7 2个节点。与实际边界条件一致,北塔处释放纵桥向位置位移约束,支座采用弹性连接模拟。全桥有限元模拉绳式位移计北侧梁端(北锚)拉绳式位移计北侧梁端(北锚)磁致伸缩位移计北塔磁致伸缩位移计北塔磁致伸缩位移计北塔拉绳式位移计南侧梁端(南塔)拉绳式位移计南侧梁端(南塔)金场岛(南)南塔DT6/DTT图3
8、 西埃门大桥位移监测点布置型如图4所示。图4西埃门大桥仿真分析有限元模型采用上述模型进行桥梁支座梁端位移与温度关联关系分析,结果如表2 所示,其中梁长缩短为正,梁长伸长为负。从表中可以看出,温度每升高1,西埃门大桥北锚处梁端主梁约伸长16 mm,南塔处梁端主梁约伸长约13 mm,共计伸长约29mm。潮徽第1期表2 梁端支座位移与温度关联关系表温度位移量位置位置()(mm)-1016300北侧梁端10(北锚)203040400300200100200-200-30-40040/40200100200周青松,畅卫杰,秦明霞:基于梁端位移的支座滑动性能评估研究温度位移量()(mm)-1013300-
9、162南侧梁端10-326(南塔)-490-652/DTO192.3监测数据选取近期监测数据中某年从1月1日至12 月31日一整年的位移监测数据,绘制支座位移时程曲线图。DT01、D T 0 2、D T 0 6、D T 0 7 支座梁端位移曲线如图5所示,图中数据与上节中理论计算数据符号一致,梁长缩短为正,梁长伸长为负。-13220-26630-40140-5340/20300200100-100-200-300-40050040/040035025010090/09/950DT020/60100-509DT06从一整年的支座梁端位移时程曲线可以看出:(1)各支座梁端位移随着时间的变化有很强的
10、季节性规律,其规律与温度的季节性变化规律相对应,从该年的1月到8 月,随着温度升高时梁长增加,从该年的9月到12 月,随着温度降低时梁长缩短。(2)支座梁端位移在日内也会产生一定幅度的周期性波动,主要是由于温度在一日内的周期性DT07图5西埃门大桥梁端支座位移时程曲线变化以及车辆等活荷载等作用引起的。3基于梁端位移的支座滑动性能评估3.1相关性分析评估3.1.1相关性评估原理相关性评估模型表达式通过对支座梁端位移与环境温度进行数据相关性分析,采用线性回归分析10方法研究梁端位移与温度的相关性8 ,通过与理论计算值的对比判断支座的滑动性能是否正常。线性回归分析的拟合方程为:y=Pix+P2式中p
11、1、P2 为回归系数,为温度,为位移。线性回归预测过程采用普通最小二乘法原理,求得回归系数:Zx;y;-xZyiPiP2=y-bx式中、y 自变量和因变量y的实际值x、y 自变量和y的样本平均值通过计算得出P1、P2 值构建完成预测模型后,对自变量和因变量之间的线性关系合理与否进行验证。采用相关系数R检验,相关系数R是描5004003002001010-WHX1000-100-200300-4000浙江交通职业技术学院学报述自变量x和因变量y之间的线性相关关系强弱的指标,如表3 所示。表3 R值相关性强弱说明表(1)R=-1-1R0R=0完全负相关负相关不相关正相关完全正相关由表3 分析可知,
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