一种快速测空心板梁桥横向分布系数的方法及质量激振器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程结构检测技术领域，具体涉及一种快速测装配式预应力混凝土空 心板梁桥横向分布系数的方法及质量激振器。
【背景技术】
[0002] 桥梁横向分布系数的本质是单位力作用于某片梁跨中截面时，各片梁分别承担的 力的大小，它反应了各片梁之间的横向联系，有助于确定桥梁的最不利荷载布置。在公路桥 梁设计中，通常延伸计算为某根主梁所承担的最大荷载是各个轴重的倍数。在装配式桥梁 结构的检测评定中，横向分布系数的测定也是一项十分重要的工作。
[0003] 在现行桥梁设计规范中，一般采用铰接板法计算装配式预应力混凝土空心板梁 桥跨中截面的横向分布系数。该方法假定在竖向荷载作用下结合缝（铰缝）内只传递竖 向剪力，将作用于跨中的集中力P等效为半波正弦荷载
满足原受力情况的边界条件，且等效前、后跨中挠度十分接近），通过力法求解得到各个 梁的跨中挠度。实际计算时，首先计算得到空心板梁的截面特性，然后直接根据刚度参数
(其中，I表示截面抗弯惯性矩，、表示截面抗扭惯性矩，b表示每片梁的宽 度，L表示计算跨径），查铰接板荷载横向分布影响线竖标表，计算横向分布系数。
[0004] 装配式预应力混凝土空心板梁桥跨中截面的横向分布系数检测，均是基于重车加 载的方法测定的。即：将重车加载在跨中最不利位置上，测出各片梁的跨中挠度，并以单个 梁的挠度除以总挠度得到横向分布系数。
[0005] 显然，理论的计算方法原理清晰，概念明确。但是实际的测量方法却与理论方法有 很大出入。在荷载布置上，实际上多采用重车加载，荷载作用在多片梁的多个点上，而理论 上应该是单点跨中加载；在方法原理上，桥梁的横向分布系数反映的是各片梁之间的横向 联系，而桥梁整体是一个空间结构，单点加载有利于精确地分析出各梁之间的联系，在桥梁 检测时也更容易发现横向连接的问题，即定位铰缝的局部损伤。而在多点加载的情况下，各 加载点之间相互影响，所测得的挠度不同于理论方法，而且所测只为多个集中力作用下的 叠加挠度，难以识别桥梁的横向连接病害。除此之外，在实际操作中，测量前要准备好重车， 在桥下搭设支架、安装位移计等，工作量大、费时费力，并且不经济。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有测量方法与理论方法相差较大，测定时耗时费力，花费较大等问 题，提出一种快速测空心板梁桥横向分布系数的方法及质量激振器。本发明的技术方案是： 一种快速测空心板梁桥横向分布系数的方法，该方法包括以下步骤：
[0007] 步骤一采用环境振动激励法测试得到各片空心板梁的一阶竖向固有频率f\、 f2……fn与模态阻尼比G:、Q……Gn，其中n为空心板片数，计算得到频率平均值f;
[0008] 步骤二、根据空心板梁最大挠度限值的要求，确定安装在第j号梁的惯性质量激 振器的竖向激振质量：
式中： 1%表示激振器的运动质量，h表示第j号梁的模态阻尼比， M,表示第j号梁的总质量， L表示梁的计算跨径， A表示激振器的位移振幅， L表示第j号梁（单位力同时作用在第j号梁跨中）的跨中截面横向分布系数理论 计算值；
[0009] 步骤三、在第j号梁的跨中上方安装惯性质量激振器，在各片梁跨中位置安装固 定低频拾振器，测取激振器以振动频率fP振幅A稳态激振时各片梁的跨中竖向振动速度时 域信号；
[0010] 步骤四、确定各片梁跨中截面的动挠度最大值yi]:在频域内对速度信号积分得到 位移信号，即桥梁的动挠度曲线，在动挠度曲线上取最大的波峰与波谷的绝对值的均值，作 为在j号梁跨中激振作用下第i号梁跨中截面的最大动挠度值y,;
[0011] 步骤五、计算在j号梁跨中激振作用下第i号梁的跨中截面横向分布系数n1]:
[0012] -种用于快速测空心板梁桥横向分布系数的方法的惯性质量激振器，包括：底板、 导轴和质量块，导轴为圆柱体，固定连接在底板中心处，底板上设置有固定孔和立柱，立柱 的上端面安装有限位螺栓，导轴上套装有螺旋压簧，螺旋压簧上端接触质量块，质量块通过 直线轴承与导轴连接，再导轴的顶端通过螺纹安装有限位板。
[0013] 所述的惯性质量激振器，底板通过化学螺栓锚固在空心板梁上。
[0014] 所述的惯性质量激振器，激振器的振动频率通过增减质量块的质量进行调节。
[0015] 所述的惯性质量激振器，所述质量块到上方限位板和下方限位螺栓的距离相等。
[0016] 本发明的有益效果是：1、精确，较之现有的汽车加载法，该发明采用单点加载，避 免了多点加载时的相互影响；加载方式由静力加载转为动力加载，由于最大动挠度和静挠 度之间存在明确的对应关系，本发明测试结果与理论方法更为接近。
[0017] 2、快捷，该方法在测量过程中无需在桥下搭支架布置位移计，所需激振器和拾振 器均布置在桥面上，测量不受桥下净空的限制；测试过程简单、快捷，便于快速恢复交通。
[0018] 3、经济，该发明在测量过程中只需要在桥面安装激振器和拾振器，不需要重车加 载，也无需在桥下搭支架布置位移计，测试过程简单，减少了人工与器械的开支，省时省力， 节省资金。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明快速测定桥梁横向分布系数方法的流程图； 图2为本发明激振器的结构示意图； 图中，1、限位板，2、圆形质量块，3、螺栓，4、立柱，5、化学螺栓，6、直线轴承，7、螺旋压 簧，8、导轴，9、底板，10、空心板梁。
【具体实施方式】
[0020] 实施例1 :结合图1-图2,装配式预应力混凝土空心板梁桥横向分布系数的一种快 速测试方法，其核心原理是采用较小的动力荷载稳态激振代替传统的重车静力加载，通过 测试得到的空心板梁跨中截面最大动挠度反算出最大静挠度，最后再根据经典的横向分布 系数计算公式得到横向分布系数。 该方法包括以下步骤：
[0021] 步骤一、采用环境振动激励法测试得到各片空心板梁的一阶竖向固有频率f\、 f2……fn与模态阻尼比G:、Q……Gn，计算得到频率平均值
[0022] 步骤二、根据空心板梁最大挠度限值的要求，确定安装在第j号梁的惯性质量激 振器的竖向激振质量：
式中： 1%表示激振器的运动质量，h表示第j号梁的模态阻尼比， M,表示第j号梁的总质量， L表示梁的计算跨径， A表示激振器的位移振幅， L表示第j号梁（单位力同时作用在第j号梁跨中）的跨中截面横向分布系数理论 计算值。
[0023] 步骤三、在第j号梁跨中上方安装固定惯性质量激振器，在各片梁跨中位置安装 固定低频拾振器，测取激振器以频率fP振幅A稳态激振时各片梁的跨中竖向振动速度时域 信号。
[0024] 步骤四、确定各片梁跨中截面的动挠度最大值yi]:在频域内对速度信号积分得到 位移信号，即桥梁的动挠度曲线，在动挠度曲线上取最大的波峰与波谷的绝对值的均值，作 为在j号梁跨中激振作用下第i号梁跨中截面的最大动挠度值y,;
[0025] 步骤五、计算在j号梁跨中激振作用下第i号梁的跨中截面横向分布系数n1]:
[0026] -种用于一种快速测空心板梁桥横向分布系数的方法的惯性质量激振器，包括， 底板、导轴和质量块，导轴为圆柱体，固定连接在底板中心处，底板上设置有固定孔和立柱， 立柱的上端面安装有限位螺栓，其特征在于：导轴上套装有螺旋压簧，螺旋压簧上端接触质 量块，质量块通过直线轴承与导轴连接，再导轴的顶端通过螺纹安装有限位板。
[0027] 底板通过化学螺栓锚固在空心板梁上，激振器的频率通过增减质量块的质量进行 调节，所述质量块到上方限位板和下方限位螺栓的距离相等。 其中，经典的横向分布系数计算公式在单位力作用在j号梁跨中位置时，各梁跨中的 静挠度记为Ust。则第i号梁跨中截面的横向分布系数为：
[0028] 动力作用下梁的横向分布系数计算 ① 空心板梁单自由度振动模型的模态质量：
可得：m= 0. 5M ② 空心板梁单自由度模型在外界简谐荷载作用下的运动微分方程