基于双轴车辆扫描法识别桥梁阻尼

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桥梁作为重要的交通要道,亦是交通运输生命线工程的节点与咽喉,其安全问题一直以来备受关注。阻尼作为桥梁结构的重要动力参数,可以衡量结构抵抗外荷载作用时的耗能能力,也是评估桥梁安全性能的重要指标;但由于阻尼机理比较复杂,难以确定及量化,目前尚没有较好的理论与方法,因此研究获取桥梁阻尼的理论与方法很有必要,对桥梁安全性能评估有着重要意义。本文提出了一种利用移动双轴车识别简支梁桥阻尼比的理论与方法,主要研究内容有:(1)建立了移动双轴车作用于简支梁桥的理论模型,理论推导了移动双轴车作用下简支梁桥与扫描点动态响应的解析解;(2)提出了基于扫描点动态响应识别桥梁阻尼的方法:提取扫描点响应中桥梁频率相关响应利用希尔伯特变换得到其瞬时幅值,将固定间距的桥频相关响应的瞬时幅值相除,得到桥梁阻尼比的理论解;(3)为了拓展双轴车的适用性,本文在对称双轴车的基础上推导了非对称双轴车识别桥梁阻尼比的解析解,并建立了车桥耦合有限元模型,对比了数值计算结果与理论计算结果,验证了对称和非对称双轴车识别桥梁阻尼的有效性;(4)分析了车桥质量比、车桥阻尼、车体运行速度、环境噪音以及桥面粗糙度等参数对桥梁阻尼识别效果的影响,为双轴检测车系统的研发与优化设计提供了理论依据。研究发现:(1)扫描点响应中包含桥频部分响应和驱车频率相关响应,其中桥频相关响应受阻尼影响呈现出明显的衰减趋势;(2)本研究提出的桥梁阻尼识别理论是基于实际获得的车辆和桥梁的频率,两者频率不宜相同或相近以免共振影响识别精度;(3)车辆阻尼变化几乎不影响桥梁阻尼的识别效果,车速、车桥质量比越小,桥梁阻尼比识别效果越好;(4)对于各种存在阻尼的桥梁,抑或是桥面粗糙度、环境噪音等干扰因素存在的情况下,本研究提出的方法均具有较好的鲁棒性;(5)非对称双轴车具有与对称双轴车一致的桥梁阻尼识别效果,即二者具有相同的理论解表达式,且各参数(车桥质量比、车速、车桥阻尼、桥面粗糙度、环境噪音等)的影响规律均一致。
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