一種快速測空心板梁橋橫向分布系數的方法及質量激振器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于工程結構檢測技術領域，具體涉及一種快速測裝配式預應力混凝土空 心板梁橋橫向分布系數的方法及質量激振器。
【背景技術】
[0002] 橋梁橫向分布系數的本質是單位力作用于某片梁跨中截面時，各片梁分別承擔的 力的大小，它反應了各片梁之間的橫向聯系，有助于確定橋梁的最不利荷載布置。在公路橋 梁設計中，通常延伸計算為某根主梁所承擔的最大荷載是各個軸重的倍數。在裝配式橋梁 結構的檢測評定中，橫向分布系數的測定也是一項十分重要的工作。
[0003] 在現行橋梁設計規范中，一般采用鉸接板法計算裝配式預應力混凝土空心板梁 橋跨中截面的橫向分布系數。該方法假定在豎向荷載作用下結合縫（鉸縫）內只傳遞豎 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 梁的跨中撓度。實際計算時，首先計算得到空心板梁的截面特性，然后直接根據剛度參數
(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表示計算跨徑），查鉸接板荷載橫向分布影響線豎標表，計算橫向分布系數。
[0004] 裝配式預應力混凝土空心板梁橋跨中截面的橫向分布系數檢測，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 梁的撓度除以總撓度得到橫向分布系數。
[0005] 顯然，理論的計算方法原理清晰，概念明確。但是實際的測量方法卻與理論方法有 很大出入。在荷載布置上，實際上多采用重車加載，荷載作用在多片梁的多個點上，而理論 上應該是單點跨中加載；在方法原理上，橋梁的橫向分布系數反映的是各片梁之間的橫向 聯系，而橋梁整體是一個空間結構，單點加載有利于精確地分析出各梁之間的聯系，在橋梁 檢測時也更容易發現橫向連接的問題，即定位鉸縫的局部損傷。而在多點加載的情況下，各 加載點之間相互影響，所測得的撓度不同于理論方法，而且所測只為多個集中力作用下的 疊加撓度，難以識別橋梁的橫向連接病害。除此之外，在實際操作中，測量前要準備好重車， 在橋下搭設支架、安裝位移計等，工作量大、費時費力，并且不經濟。

【發明內容】

[0006] 本發明針對現有測量方法與理論方法相差較大，測定時耗時費力，花費較大等問 題，提出一種快速測空心板梁橋橫向分布系數的方法及質量激振器。本發明的技術方案是： 一種快速測空心板梁橋橫向分布系數的方法，該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一采用環境振動激勵法測試得到各片空心板梁的一階豎向固有頻率f\、 f2……fn與模態阻尼比G:、Q……Gn，其中n為空心板片數，計算得到頻率平均值f;
[0008] 步驟二、根據空心板梁最大撓度限值的要求，確定安裝在第j號梁的慣性質量激 振器的豎向激振質量：
式中： 1%表示激振器的運動質量，h表示第j號梁的模態阻尼比， M,表示第j號梁的總質量， L表示梁的計算跨徑， A表示激振器的位移振幅， L表示第j號梁（單位力同時作用在第j號梁跨中）的跨中截面橫向分布系數理論 計算值；
[0009] 步驟三、在第j號梁的跨中上方安裝慣性質量激振器，在各片梁跨中位置安裝固 定低頻拾振器，測取激振器以振動頻率fP振幅A穩態激振時各片梁的跨中豎向振動速度時 域信號；
[0010] 步驟四、確定各片梁跨中截面的動撓度最大值yi]:在頻域內對速度信號積分得到 位移信號，即橋梁的動撓度曲線，在動撓度曲線上取最大的波峰與波谷的絕對值的均值，作 為在j號梁跨中激振作用下第i號梁跨中截面的最大動撓度值y,;
[0011] 步驟五、計算在j號梁跨中激振作用下第i號梁的跨中截面橫向分布系數n1]:
[0012] -種用于快速測空心板梁橋橫向分布系數的方法的慣性質量激振器，包括：底板、 導軸和質量塊，導軸為圓柱體，固定連接在底板中心處，底板上設置有固定孔和立柱，立柱 的上端面安裝有限位螺栓，導軸上套裝有螺旋壓簧，螺旋壓簧上端接觸質量塊，質量塊通過 直線軸承與導軸連接，再導軸的頂端通過螺紋安裝有限位板。
[0013] 所述的慣性質量激振器，底板通過化學螺栓錨固在空心板梁上。
[0014] 所述的慣性質量激振器，激振器的振動頻率通過增減質量塊的質量進行調節。
[0015] 所述的慣性質量激振器，所述質量塊到上方限位板和下方限位螺栓的距離相等。
[0016] 本發明的有益效果是：1、精確，較之現有的汽車加載法，該發明采用單點加載，避 免了多點加載時的相互影響；加載方式由靜力加載轉為動力加載，由于最大動撓度和靜撓 度之間存在明確的對應關系，本發明測試結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，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，便于快速恢復交通。
[0018] 3、經濟，該發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，測試過程簡單，減少了人工與器械的開支，省時省力， 節省資金。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明快速測定橋梁橫向分布系數方法的流程圖； 圖2為本發明激振器的結構示意圖； 圖中，1、限位板，2、圓形質量塊，3、螺栓，4、立柱，5、化學螺栓，6、直線軸承，7、螺旋壓 簧，8、導軸，9、底板，10、空心板梁。
【具體實施方式】
[0020] 實施例1 :結合圖1-圖2,裝配式預應力混凝土空心板梁橋橫向分布系數的一種快 速測試方法，其核心原理是采用較小的動力荷載穩態激振代替傳統的重車靜力加載，通過 測試得到的空心板梁跨中截面最大動撓度反算出最大靜撓度，最后再根據經典的橫向分布 系數計算公式得到橫向分布系數。 該方法包括以下步驟：
[0021] 步驟一、采用環境振動激勵法測試得到各片空心板梁的一階豎向固有頻率f\、 f2……fn與模態阻尼比G:、Q……Gn，計算得到頻率平均值
[0022] 步驟二、根據空心板梁最大撓度限值的要求，確定安裝在第j號梁的慣性質量激 振器的豎向激振質量：
式中： 1%表示激振器的運動質量，h表示第j號梁的模態阻尼比， M,表示第j號梁的總質量， L表示梁的計算跨徑， A表示激振器的位移振幅， L表示第j號梁（單位力同時作用在第j號梁跨中）的跨中截面橫向分布系數理論 計算值。
[0023] 步驟三、在第j號梁跨中上方安裝固定慣性質量激振器，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穩態激振時各片梁的跨中豎向振動速度時域 信號。
[0024] 步驟四、確定各片梁跨中截面的動撓度最大值yi]:在頻域內對速度信號積分得到 位移信號，即橋梁的動撓度曲線，在動撓度曲線上取最大的波峰與波谷的絕對值的均值，作 為在j號梁跨中激振作用下第i號梁跨中截面的最大動撓度值y,;
[0025] 步驟五、計算在j號梁跨中激振作用下第i號梁的跨中截面橫向分布系數n1]:
[0026] -種用于一種快速測空心板梁橋橫向分布系數的方法的慣性質量激振器，包括， 底板、導軸和質量塊，導軸為圓柱體，固定連接在底板中心處，底板上設置有固定孔和立柱， 立柱的上端面安裝有限位螺栓，其特征在于：導軸上套裝有螺旋壓簧，螺旋壓簧上端接觸質 量塊，質量塊通過直線軸承與導軸連接，再導軸的頂端通過螺紋安裝有限位板。
[0027] 底板通過化學螺栓錨固在空心板梁上，激振器的頻率通過增減質量塊的質量進行 調節，所述質量塊到上方限位板和下方限位螺栓的距離相等。 其中，經典的橫向分布系數計算公式在單位力作用在j號梁跨中位置時，各梁跨中的 靜撓度記為Ust。則第i號梁跨中截面的橫向分布系數為：
[0028] 動力作用下梁的橫向分布系數計算 ① 空心板梁單自由度振動模型的模態質量：
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動微分方程