考虑车辆荷载移动效应的桥梁损伤识别方法研究

发布时间：2020-03-31 15:54

【摘要】：车辆动态称重技术具有快速、连续、准确测量的特点,可用于检查车辆超载、非法营运等违章行为,已在国内外被广泛应用。已有研究发现,通过车辆动态称重系统收集的信息,还可用来监测桥梁结构安全,为桥梁损伤识别提供一种新的方法。有相关学者利用桥梁结构上布置的动态称重系统,提出了一种基于虚拟轴的损伤识别方法,可用于短跨度简支桥梁及超静定桥梁。在桥梁称重运动计算中引入一个被称为“虚拟轴”的失重轴,通过位移影响线计算虚拟轴重。此方法可用于对桥梁结构损伤的快速识别,但其局限性在于仅适用于一维结构,即有且仅有一条固定位置车道,如果考虑到绝大多数桥梁为多车道设置,此时虚拟轴法对损伤识别误差较大,容易产生误判。因此,为了使虚拟轴法在实际桥梁工程中得到有效应用,本文对现有的虚拟轴法进行改进,对位移影响线进行修正,研究证明改进后的虚拟轴法适用于多车道实际桥梁路面,提高了实际工程价值。改进的虚拟轴法难点在于如何将一维空间结构拓展为适用于二维桥梁路面空间结构。为了解决桥梁多车道的荷载横向分布这个难题,引入了横向荷载分布系数,这样可提高虚拟轴轴重的识别精度。结合数值模拟算例对未考虑横向分布和考虑荷载横向分布的方法进行比较,结果表明改进后虚拟轴法对车辆行驶在桥面上任意位置时对虚拟轴轴重识别精度都很高,验证了改进虚拟轴算法的有效性。通过蒙特卡洛模拟,引入桥梁横向单车单车道分布的单一车辆分布情况和多车多车道分布的复杂车辆分布情况下的荷载,进行桥梁损伤定量及定位的识别分析。结果表明,改进的虚拟轴法能够监测出桥梁结构的局部小损伤。研究了关键参数的影响,如顺桥向传感器位置、横桥向布置位置、噪声水平等对损伤识别精度的影响。结果表明传感器不同分布方式对损伤识别精度有不同程度的影响,但噪声水平对识别效果基本无影响。最后改进的虚拟轴法运用于实际工程金鸡桥结构中加以验证,将识别出的损伤区域与实际损伤位置进行对比,进一步证明改进虚拟轴法的有效性。
【图文】：

示意图,传感器布置,立面,示意图

地识别出车轴信息也是 BWIM 系统精确识别车辆轴重的前提及基础车辆类型、轴数、轴间距及车辆速度等信息通过安装在桥面板下额（车轴探测传感器）的新型 BWIM 系统来获取；车辆的轴重信息仍主梁下缘的传感器（称重传感器）所测试的动力响应信号反算得到重传感器的安装和调试过程、数据的采集过程全部都在桥下进行。已在多个国家得到了广泛的应用。Yang[17]等提出无路面车轴探测器（Free of Axle Detectors）的 BWI念，这种 BWIM 系统利用安装在桥面板下的传感器所采集的动应变的波峰来识别车轴信息[18]。应变传感器（FAD）布置示意图如图 1-1 和图 1-2 所示，，根据两个集的动应变时程曲线的峰值可以识别车轴信息。这种 BWIM 系统了所有桥面上的操作。所以，这大幅度降低了安装费用、提高了 B的耐久性及效率。同时也保证了工作人员的安全。行驶车辆应变传AD）的动态响应信号图如图 1-3 所示，为一辆两轴车经过一组应变FAD）时的动力时程曲线。

示意图,应变传感器,横断面,示意图

图 1-2 BWIM 系统应变传感器布置横断面示意图图 1-3 行驶车辆应变传感器的动态响应信号最小二乘法可以近似地确定应力影响线（SIL）的变化趋势，但是应力影响线（SIL）中的相对大的偏差可能阻止其在结构的状态评估
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U446

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