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考虑作业工况的架桥机主梁损伤识别

发表时间：2020/11/11 来源：《基层建设》2020年第21期作者：魏万宏

[导读] 摘要：本文从结构损伤识别研究理论出发，分析当下结构损伤识别方法的不足。

        浙江省特种设备科学研究院浙江杭州 310020
        摘要：本文从结构损伤识别研究理论出发，分析当下结构损伤识别方法的不足。接着以SXJ900/32型的架桥机的作业工况为基础，研究了实际作业工况下，以挠度影响线的曲率曲线为基础的损伤识别方法，如果架桥机主梁有损伤，那么挠度影响线曲率曲线会发生突变，进而识别损伤，并确定损伤位置。
        关键词：作业工况；架桥机主梁；损伤识别
        高铁项目施工中，广泛应用的大型设备就是架桥机，用于桥梁架设。架桥机工作环境恶劣，需要常常转场作业，进而会发生板材开裂、绗缝锈蚀等损伤，非常容易导致重大的安全事故。随着高铁建设项目数量增多，架桥机安全事故发生数量也逐渐增多，这引起了技术人员的高度重视，为此必须进行架桥机主梁损伤识别方法的研究。
        1、结构损伤识别研究理论
        对于结构损伤识别的研究，一直都是相关学者重点关注的内容。对于梁式结构，国内研究人员战家旺以频响导函数模式置信准则或者在线振动响应办法，给出简支梁桥或者连续梁桥损伤定量的评估方法。李延强运用灵敏度的分析方法与BP神经网络结合方式，就斜拉桥主梁的不同程度和不同位置的损伤进行定位。刘云飞提出以平均曲线率模态为基础，给出简支梁局部的损伤识别方法。对于架桥机结构，国内学者杨绍普等人提出了以构造安全因子集为基础的主梁结构损伤的识别方法。还有张超等人提出了以架桥机模态分析为基础，同时结合了支持向量机、神经网络、改进布谷鸟等算法，确定出损伤识别方法。以上方法均需要提前知道结构完好状态时静动力参数，可是实际使用这些方法进行识别，还存在一定局限性。所以，最近几年，很多学者开始运用挠度影响线为基础的梁式结构损伤识别方法作为损伤识别的主要方法，此种方式并不需要提前知道结构完好状态静动力参数，有着较强的实用性[1-2]。可是，架桥机的主梁结构不同于常用的梁式结构，因为其作业模式比较特殊，属于逐孔架梁流动作业模式，说明架桥机的主梁支撑会实时变化。但是，以挠度影响线为理论基础的损伤识别研究，其研究的前提就是各个结构封的支撑位置是固定不变的，所以，怎样能用此理论对作业时的主梁结构进行损伤分析，有待深入研究。
        2、架桥机作业工况
        选取SXJ900/32型的架桥机进行研究，作业工况设定为其工作时奠定工况，运用主梁挠度影响线理论分析主梁损伤识别效果、损伤程度量化、影响因素。
        该类型架桥机主要功能：把运梁车运输的预制混凝土梁升高，并纵移至待架孔位的落梁就位，作业工况分成两种，过孔工况、架梁工况，见图1。不管是哪一种工况，架桥机的支腿都要支撑到前方的墩台垫石以及已经架好的箱梁桥面之上。因为，架桥机的主梁是长和大的结构，每个支腿的支撑位置标高变化都会使得实际的主梁支撑状态不同于设计时状态。桥梁建造的时候，也有施工延误的情况，就会出现相邻墩台垫石及已经架好的箱梁顶面有着不同程度高度差，也就是说，架桥机在逐孔作业的时候，主梁支撑的状态是不断变化的，主梁各个支点之间有一些高差。即使支点高差对架桥机正常架梁作业不会产生影响，可是对主梁挠度影响线会产生影响。

        图1架桥机的作业工况（单位：ｍｍ）
        3、架桥机主梁损伤识别
        3.1考虑作业工况的损伤识别
        分析架桥机过孔以及架梁时不同结构特点，能够将具体结构分成单跨式、两跨式，做进一步的比较，在两跨式的结构下，受到支点高差影响的程度最大，为此本文就此种工况进行研究。因为架梁的时候，架桥机的后支腿以及中支腿都在已架箱梁的顶面，而前支腿在前方墩台，所以，前支腿和中支腿、后支腿出现高差的时候比较多。为此，具体工况为架桥机前支腿和中支腿、后支腿有支点高差时，为进行分析，把前支腿、中支腿、后支腿简化成支点C、杆件BN、杆件AM，然后中支腿和后支腿的腿高是H，以及支点C处的高差是h。为了更简单地进行分析，设定架桥机的两跨主梁的跨度是l，损伤区域设定为EF，损伤区起止点是a，后支腿间距为b，沿梁跨方向的作用下移动荷载是P，荷载P同后支腿之间的距离设定为，具体模型见图2[3]。

              图2 架桥机的计算模型图
        以此模型为计算基础，计算出架桥机内力。对于主梁损伤以刚度折减方式进行，设定主梁损伤区段抗弯刚度是EI，，另外区段主梁的抗弯刚度是EI。此时在荷载P以及支点高差h的作用下，出现了主梁结构内力，此时可以计算出外荷载作用下的结构内力，以及支点高差作用下的结构内力。接下来，需计算架桥机主梁挠度影响线，也就是梁内某点的挠度随着移动荷载发生变化所形成的曲线。因为还会受到主梁结构内力的影响，因此图中G点的挠度影响线分成两个部分，其一，外荷载作用时G点挠度影响线；其二，支点高差作用下G点挠度影响线。并且要计算出两种影响共同作用下G点挠度影响线。最后，对架桥机主梁挠度影响线曲率曲线进行分析。
        3.2分析架桥机主梁挠度影响线的曲率曲线
        其一，如果移动荷载范围是主梁跨之内，不管主梁的结构有没有损伤，各个区段之内挠度影响线的曲率曲线都要会同移动荷载具体荷载位置，表现为线性相关。
        其二，以两跨式的架桥机为主，其主梁挠度影响线的曲率曲线是折线形式，如果该曲线测点是首跨的时候，移动荷载方向为，从后支点-测点-中支点-前支点，曲线表现为3段折线。
        其三，如果移动荷载移动区间是（b，2l）、（a，b）、（l、a），结构无损伤，三个区间的曲线斜率为一致的；假设（a，b）区间有损伤，此区间的抗弯刚度出现变化，抗弯刚度从EI转变成EI，，也使得此区间曲线斜率出现变化，损伤的区域与主梁的长度作比较其看，比较小，曲率曲线就会在此区间发生突变，也就能通过观察是否有这样的突变而判断主梁有没有结构损伤，并且发生曲线曲率的突变点，就是主梁结构损伤的位置。
        结束语
        综上所述，为更好地避免架桥机自身损伤而导致安全事故的发生，采用判定主梁挠度影响线曲率曲线的斜率变化的方式，去进行不同作业工况下架桥机主梁结构的损伤识别，此方法不但能识别主梁结构有没有结构损伤，还能确定损伤位置。
        参考文献
        [1]吴晓,罗薇,胡晓乐,等.架桥机结构动力学建模与动态特性分析[J].铁道工程学报,2010(09):25-30.
        [2]魏曦光.某型架桥机主梁结构简易计算方法[J].机电技术,2011(04):145-147.
        [3]程泳,陈士通,刘明伟,等.考虑支点高差的架桥机主梁结构损伤识别方法[J].筑路机械与施工机械化,2017,34(008):119-123.