1引 言
异形桥梁是城市公路桥梁中分外的组合构造，异形桥梁构造须要根据路线设计的哀求纵横坡的特点，在异形桥梁构造设计中将匝道连接处繁琐的变革区段转换为具有一定线形规则的异形变宽曲线桥[1]。异形桥梁由于其分外的几何布局，影响受力特性的成分较多，传统设计无法有效利用，开展异形桥梁构造的优化设计刻不容缓[2]。异形桥梁构造在行车荷载、构造自重以及环境成分的浸染下易涌现构造损伤[3]。传统的损伤特性识别方法不能适用与异形桥梁构造，提出异形桥梁构造损伤识别方法能够提高城市桥梁构造耐久性[4]。异形桥梁构造损伤识别方法浩瀚，基于车辆荷载与异形桥梁构造自身振动频率，考虑频率对异形桥梁构造损伤的影响[5]。衍生出了动力参数损伤识别方法、构造参数损伤识别方法以及模态振型损伤识别方法，三种设计方法基于异形桥梁构造振动频率[6],考虑不同损伤参数完成异形桥梁构造损伤识别[7]。所以为了研究异形桥梁损伤特点，须要对异形桥梁损伤识别方法进行研究。从传统桥梁设计参数出发，通过有限元软件建模及正交试验方法研究异形桥梁构造设计敏感参数，利用层次剖析法平衡主不雅观权重，客不雅观赋权法平衡设计参数指标的客不雅观权重，将主不雅观权重与客不雅观权重相结合确定综合权重。并且通过异形桥梁构造振动频率，剖析异形桥梁构造损伤识别方法的特点及适用范围。
为了研究异形桥梁构造设计敏感参数，以范例异形桥梁构造为例，其桥梁构造采取箱梁为紧张组成构件。选取主桥三跨和匝道二跨的范例异形梁桥为研究工具。
异形桥梁整体构造采取C60强度混凝土，混凝土弹性模量E=4.0×104 MPa, 毛体积密度ρ=2 600 kg/m3,泊松比μ=0.26,采取ABAQUS有限元软件对异形桥梁主桥三跨和匝道二跨进行建模。
2.2 设计指标剖析及优化设计(1)设计指标正交剖析为了研究异形桥梁构造静力特性，依据异形桥梁构造设计指标进行剖析，确定匝道半径(R)、暗横梁厚度(D)以及箱梁截面高度(H)为异形桥梁构造设计指标影响成分。设置正交试验剖析，将水平等级分为3类，完成三水平三成分的正交试验设计。水平等级如表1所示。
表1 设计指标影响成分及水平 导出到EXCEL
水平等级
成分
匝道半径
暗横梁厚度
箱梁截面高度
水平1
30
1.2
1.6
水平2
40
1.6
1.8
水平3
50
2.0
2.0
根据构造力学理论选取截面梁顶部最大主应力(σmax)、应力系数(λ)、桥梁扭矩频率(fd)以及曲梁旋转度(Ψ)来评价异形桥梁构造动力特性，采取正交试验的方法进行数值剖析，得到影响成分与试验结果的关系，试验指标结果如表2所示。
表2 试验结果表 导出到EXCEL
试验编号
成分
试验指标
R
D
H
σmax
λ
fd
Ψ
1
30
1.2
1.6
2.94
1.77
7.734 2
0.330 2
2
40
1.6
1.8
2.37
1.65
7.783 5
0.170 5
3
50
2.0
2.0
1.98
1.58
5.202 2
0.579 5
4
30
1.2
1.6
2.65
1.84
5.065 8
0.585 0
5
40
1.6
1.8
2.13
1.79
8.319 5
0.288 4
6
50
2.0
2.0
2.65
1.46
8.216 9
0.152 2
7
30
1.2
1.6
2.36
1.91
8.348 8
0.119 6
8
40
1.6
1.8
2.71
1.62
5.086 8
0.567 3
9
50
2.0
2.0
2.25
1.52
8.469 4
0.289 9
①最大应力影响成分剖析由表2可得，随着横梁厚度及截面高度的增加，最大应力值减小明显，随着匝道半径的增加最大应力变革不明显。这是由于依据试验结果的排序可以得到箱梁截面高度>暗横梁刚度>匝道半径。对异形梁桥设计时，应减小最大应力，选择暗横梁厚度2 m, 箱梁截面高度应2 m, 匝道半径依据设计规范选取。
②变异系数影响成分剖析通过对变异系数的影响成分进行排序，创造随着暗横梁刚度的增大，应力变异系数呈减小的趋势。暗横梁刚度>箱梁截面高度>匝道半径。对异形梁桥设计时，应减小应力变异系数，选择暗横梁厚度2 m, 箱梁截面高度为1.6 m, 匝道半径符合设计规范即可。
③异形桥梁构造旋转程度影响成分剖析通过对曲梁旋转程度的影响成分进行排序，得到匝道半径>暗横梁刚度>箱梁截面高度。对异形桥梁设计时，该当选取参数减小曲梁旋转刚度，能够提高异形桥梁构造稳定性。选择箱梁截面厚度为2.0 m, 暗横梁厚度为2.0 m, 匝道的半径为50 m。
(2)异形桥梁构造设计参数优化设计①综合平衡法参数优化设计综合平衡法是将影响成分按照对异形桥梁构造的影响程度进行排列，按照排列顺序对水平的利害进行综合平衡末了得到异形桥梁构造最优组合参数。通过表2可以得出，匝道半径是曲梁旋转程度与旋转振动基频变革的紧张成分，但是匝道半径的变革对应力变异系数与最大应力基本无影响，因此匝道半径选取50 m为最优。暗横梁厚度是应力变异系数与最大应力的紧张成分，因此确定暗横梁厚度的最优水平值为2.0 m。箱梁截面的高度同样是应力变异系数与最大应力变革的成分，但是随着截面高度进一步增加，变异系数逐渐增大，最大应力却逐渐减小，因此箱梁截面高度最优水平值为1.8 m。由此可以得出，异形梁桥设计的参数优化选择为匝道半径50 m, 箱梁截面高度1.8 m, 暗横梁厚度选取2.0 m。
②综合权重剖析方法参数优化设计综合平衡法确定最优设计参数时，主不雅观成分占比较大，以是造成最优参数组合具有一定的偏差。为了担保参数组合的客不雅观性，利用层次剖析法平衡主不雅观权重，客不雅观赋权法平衡设计参数指标的客不雅观权重，将主不雅观权重与客不雅观权重相结合确定综合权重。根据对范例异形桥梁正交试验结果打算得出不同的影响成分及参数水平对付异形梁桥受力的影响权重，如表3所示。
表3 水平利害对异形桥梁受力特性影响综合权重表 导出到EXCEL
成分
R/m
D/m
H/m
水平
30
40
50
1.2
1.6
2.0
1.6
1.8
2.0
Mσmax
0.016 2
0.016 3
0.016 4
0.108 1
0.119 7
0.125 6
0.172 2
0.196 8
0.219 6
Mλ
0.026 9
0.026 8
0.026 5
0.189 5
0.207 4
0.229 9
0.091 9
0.087 7
0.087 8
权重
Mfd
0.029 8
0.031 6
0.031 2
0.020 6
0.020 7
0.021 3
0.023 1
0.023 5
0.023 8
MΨ
0.022 3
0.023 5
0.024 9
0.002 2
0.002 2
0.002 2
0.015 6
0.015 5
0.016 5
P
0.024 7
0.025 8
0.025 9
0.057 3
0.062 3
0.067 2
0.057 6
0.061 1
0.064 9
由表3可以创造，异形桥梁构造静态受力设计指标影响大小顺序为：暗横梁刚度>箱梁截面高度>匝道半径。根据试验结果与不同成分下的综合权重剖析，可以确定范例异形桥梁构造最优设计组合参数为匝道半径R为50 m, 箱梁截面高度H为2.0 m, 暗横梁厚度D为2.0 m。
通过两种方法确定的最优设计参数组合可以创造，综合平衡法确定的箱梁高度为1.8 m, 综合权重剖析法确定的箱梁高度为2.0 m, 从材料设计方面来剖析，第一种方法优于第二种方法，当箱梁截面高度降落时，桥梁自身构造高度低落增加了稳定性并且节省了建筑材料利用量。通过受力特性方面剖析，当箱梁高度为2.0 m时，异形桥梁构造的最大应力要小于箱梁高度1.8 m时的最大应力，当最大应力变小时，异形桥梁构造自身稳定性增加，桥梁构造整体性加强。因此对付范例异形桥梁构造最优设计参数组合为：匝道半径R为50 m, 箱梁截面高度H为2.0 m, 暗横梁厚度D为2.0 m。
3异形桥梁损伤识别方法3.1 动力参数损伤识别方法动力参数损伤识别方法是对构造动力性能建立构造物理参数的函数，桥梁构造损伤的涌现降落了却构自身刚度，引起频率、振型等动力参数的变革。动力参数能够表达构造产生损伤。目前常用的损伤识别指标包括频率、振型等，这些指标对损伤的敏感性及适用范围各不相同。频率参数可以在进行试验过程中得到，但是其对构造局部损伤的敏感性较低。根据以上结果，可以将振型类指标可以作为判断构造损伤的依据。根据试验结果表明模态柔度指标对局部损伤的敏感性要优于固有频率或振型，能够实现更为准确的损伤识别。
3.2 构造损伤识别根据构造损伤识别的基本事理，损伤识别属于力学和工程中的问题。即构造系统自身的特色未知，或输入参数未知，而相应数据已知，通过相应数据反推得到构造的特色数据。考虑到传统的数学打算方法存在着打算过程繁芜、打算速率慢、随意马虎陷入不收敛和得到局部最优解等缺陷，从而导致缺点的损伤识别结果。构造损伤识别通过人工智能技能，对异形桥梁构造进行扫描，将构造内部状况进行成像，利用打算智能软件对损伤区域进行剖析，完成异形桥梁构造损伤识别。该种方法操作比较简便但对打算智能技能哀求较高。由此可以创造，打算智能技能在异形桥梁构造损伤识别方面有重大浸染，并且能够取得效果。
3.3 模态振型损伤识别模态振型损伤识别方法是异形桥梁构造损伤识别方法之一，模态振型损伤识别方法的结果精度要由于动力参数损伤识别方法。具有结果精度高损伤识别过程大略的特点，是异形桥梁损伤识别最简便的识别方法。模态振型损伤识别紧张依赖振型数据的输入量与振型数据的导出量。振型数据的导出量包括模态曲率、模态柔度以及模态应变能等。模态振型表现在特定车辆荷载浸染下，异形桥梁荷载频率与构造挠度变革之间的模式，表示了异形桥梁整体构造瞬时相对位移变革，能够完成整体桥梁构造的空间信息输入。若异形桥梁构造内部涌现损伤，在整体空间信息输入时，局部模态振型在损伤区域涌现变革，通过模态振型的频率变革识别异形桥梁构造内部损伤。
4结 论综上所述，通过有限元软件对异形桥梁构造主桥三跨和匝道二跨建模，并且通过正交试验设计对异形桥梁设计参数进行剖析，确定异形桥梁设计敏感参数组合。通过客不雅观赋权法结合层次剖析法得到综合权重，剖析各设计参数对异形桥梁整体受力特性的影响排序，得到最优设计参数组合。根据对最优组合参数的剖析，得到了动力参数损伤识别方法、构造损伤识别方法以及模态振型损伤识别方法的特点及可行性。
参考文献[1] 宋刚.异形桥梁优化设计与损伤识别方法研究[D].吉林大学，2015.
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[7] 周宇，狄生奎，李喜梅，等.基于弹性约束梁应变影响线曲率的桥梁构造损伤识别[J].运用根本与工程科学学报，2021,29(04):901-914.
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