用于桥梁检测的双轴车系统理论与应用
发布时间：2020-12-28 01:24
Yang等人于2004年首次提出的桥梁间接测量法是一种区别于传统桥梁检测的方法:仅需在桥梁检测车上安装一个或少量的传感器,通过将车辆行驶过桥梁时所记录的车体动力响应进行分析,得到桥梁的频率、阻尼和模态振型等参数,进而完成对桥梁健康情况的检测。相比于传统的直接测量法,桥梁间接测量法具有经济、便捷以及适用范围广的优势,有望大幅减少桥梁检测的费用并实现对桥梁工程的快速检测,具有较大的发展潜力和广泛的应用场景。自间接测量法的概念被提出以来,国内外众多学者对其理论和实践均进行了大量的研究,论证了该方法的有效性和优势。在间接测量法中桥梁检测车既是车桥系统信号的载体同时也有激励桥梁的作用,不同的车体形式也会产生不同的影响。相比于单轴车,双轴车能够携带更多信息,同时双轴车也具有生产过程简单和可自驱动的特点,更易于在间接测量法中推广应用,本文将主要研究用于桥梁间接测量法的双轴车系统理论及应用。本文的主要工作包括:(1)建立了两自由度非对称双轴车与简支梁桥相互作用的理论分析模型,并利用两阶段法推导出了桥梁系统和车体系统动力响应的理论解;(2)建立了两自由度非对称双轴车与简支梁桥相互作用的有限元模型,并将理...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车长及质心位置对竖向频率作用轮廓图
3车体频率及频响函数的参数分析23图3.3车长及质心位置对转动频率作用轮廓图Fig.3.3.Contourofrotationalfrequencyforvehiclelengthandcenterofmassposition结合图3.1-3.3，可以观察到车体频率随车长和质心变化的大致规律。首先由图3.1可以看出，在本算例中除了完全对称时某一点外车体的转动频率始终保持大于竖向频率。这是因为等式(2.18)中竖向频率和转动频率分别对应的是根号前的’-’和’+’号，而仅当11=22且=时，车频和相等。当车长一定时，对于车体的竖向频率，当=0时即当车体质心与车体中心相重合时，车体的竖向频率最大，当质心向两轴偏移时，车体竖向频率逐渐减小，而对于车体的转动频率恰巧相反。这一规律也可以从等式(2.18)中有所反映，当11=22时，根号内部分取得较小值，竖向和转动频率分别达到最大和最小值。当|1122|的值增大时，竖向和转动频率也相应地减少和增大。当车体质心一定时，车体竖向和转动频率均随着车长的增大而增大，这也是显而易见的。从图3.2和图3.3可以看出车体竖向和转动频率对质心位置以及车长变化的敏感性。车体转动频率同时受车长和质心位置的影响，相对于车体质心位置，车长的变化对转动频率的影响更大，而且当车长越大时车体质心位置对转动频率的影响就越大。从理论解等式(2.18)的角度来看，本质是|1122|的值越大，转动频率的幅值越大。对于车体的竖向频率，当车长较小时（本算例的参数下车长小于2m时），车体竖向频率对车体质心的变化不敏感，但当车长达到一定范围时，车体竖向频率主要是受到车体质心位置的影响。总的来说，车长和车体质心位置对转动频率幅值大小的影响程度大于对竖向频率的影响。从物理意义上来说，虽然竖向频率和转动频率均是竖向和转动运
5双轴车在桥梁间接测量法中的应用612112sinsinsindnnvtnvtnvttuAppLLL(5.6)22212sinsinsindnnvttnvtnvttuAppLLL(5.7)其中1和2分别是车体前后接触点响应中驱车频率部分，对于等式(5.6)和等式(5.7)，若双轴车满足车体质心与中心相重合，则车体前后接触点响应的驱车频率部分1和2具有以下的关系：222212sinsinddnnnnnxnxduuApApxxdLL(5.8)2vMgp(5.9)其中nx和nxd分别是桥梁在车体前轮和后轮处的模态振型。由等式(5.8)可以得出，当桥梁发生损伤时，车体前后接触点响应驱车频率部分的残差可以反应出桥梁的损伤信息。对于桥梁的损伤模型，本节选用Yau等人(2017)使用的铰链双弹簧模型来模拟桥梁的损伤，损伤单元如图5.11所示。在该损伤模型中，可以通过调整竖向弹簧刚度和转动弹簧刚度的大小来模拟桥梁的损伤程度。在本节中，通过设定竖向弹簧刚度的足够大来保证桥梁竖向变形的连续性，通过使转动弹簧刚度数值相对减小来模拟桥梁损伤造成的转动变形不连续性。参照Tada等人(2000)的研究，确定转动弹簧刚度的大小：1223425.9319.6937.1435.8413.121rhKEI(5.10)dhh(5.11)其中dh是桥梁损伤处的裂缝高度，h为桥梁截面的高度。图5.11铰链损伤单元Fig.5.11hinge-springmodefordamageelement在利用模拟车桥耦合的VBI单元进行数值计算时，建立桥梁损伤单元并插入普通桥梁单元之中，形成斜率不连续的双梁单元的简支梁桥损伤模型，具体建模计算方法与章节2.3中类似，这里便不再展开。桥梁损伤单元的刚度矩阵为：
本文编号：2942872
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车长及质心位置对竖向频率作用轮廓图
3车体频率及频响函数的参数分析23图3.3车长及质心位置对转动频率作用轮廓图Fig.3.3.Contourofrotationalfrequencyforvehiclelengthandcenterofmassposition结合图3.1-3.3，可以观察到车体频率随车长和质心变化的大致规律。首先由图3.1可以看出，在本算例中除了完全对称时某一点外车体的转动频率始终保持大于竖向频率。这是因为等式(2.18)中竖向频率和转动频率分别对应的是根号前的’-’和’+’号，而仅当11=22且=时，车频和相等。当车长一定时，对于车体的竖向频率，当=0时即当车体质心与车体中心相重合时，车体的竖向频率最大，当质心向两轴偏移时，车体竖向频率逐渐减小，而对于车体的转动频率恰巧相反。这一规律也可以从等式(2.18)中有所反映，当11=22时，根号内部分取得较小值，竖向和转动频率分别达到最大和最小值。当|1122|的值增大时，竖向和转动频率也相应地减少和增大。当车体质心一定时，车体竖向和转动频率均随着车长的增大而增大，这也是显而易见的。从图3.2和图3.3可以看出车体竖向和转动频率对质心位置以及车长变化的敏感性。车体转动频率同时受车长和质心位置的影响，相对于车体质心位置，车长的变化对转动频率的影响更大，而且当车长越大时车体质心位置对转动频率的影响就越大。从理论解等式(2.18)的角度来看，本质是|1122|的值越大，转动频率的幅值越大。对于车体的竖向频率，当车长较小时（本算例的参数下车长小于2m时），车体竖向频率对车体质心的变化不敏感，但当车长达到一定范围时，车体竖向频率主要是受到车体质心位置的影响。总的来说，车长和车体质心位置对转动频率幅值大小的影响程度大于对竖向频率的影响。从物理意义上来说，虽然竖向频率和转动频率均是竖向和转动运
5双轴车在桥梁间接测量法中的应用612112sinsinsindnnvtnvtnvttuAppLLL(5.6)22212sinsinsindnnvttnvtnvttuAppLLL(5.7)其中1和2分别是车体前后接触点响应中驱车频率部分，对于等式(5.6)和等式(5.7)，若双轴车满足车体质心与中心相重合，则车体前后接触点响应的驱车频率部分1和2具有以下的关系：222212sinsinddnnnnnxnxduuApApxxdLL(5.8)2vMgp(5.9)其中nx和nxd分别是桥梁在车体前轮和后轮处的模态振型。由等式(5.8)可以得出，当桥梁发生损伤时，车体前后接触点响应驱车频率部分的残差可以反应出桥梁的损伤信息。对于桥梁的损伤模型，本节选用Yau等人(2017)使用的铰链双弹簧模型来模拟桥梁的损伤，损伤单元如图5.11所示。在该损伤模型中，可以通过调整竖向弹簧刚度和转动弹簧刚度的大小来模拟桥梁的损伤程度。在本节中，通过设定竖向弹簧刚度的足够大来保证桥梁竖向变形的连续性，通过使转动弹簧刚度数值相对减小来模拟桥梁损伤造成的转动变形不连续性。参照Tada等人(2000)的研究，确定转动弹簧刚度的大小：1223425.9319.6937.1435.8413.121rhKEI(5.10)dhh(5.11)其中dh是桥梁损伤处的裂缝高度，h为桥梁截面的高度。图5.11铰链损伤单元Fig.5.11hinge-springmodefordamageelement在利用模拟车桥耦合的VBI单元进行数值计算时，建立桥梁损伤单元并插入普通桥梁单元之中，形成斜率不连续的双梁单元的简支梁桥损伤模型，具体建模计算方法与章节2.3中类似，这里便不再展开。桥梁损伤单元的刚度矩阵为：
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