高墩高铁桥梁动力分析与健康监测系统优化布置

发布时间：2020-05-25 04:00

【摘要】：随着高速铁路运输的快速发展,高速铁路工程的研究受到越来越多的重视。其中,高速铁路桥梁运营过程中的安全评价与健康监测是一个非常重要的研究课题。列车在高速行驶时将对桥梁产生动力影响,从而影响桥梁的工作状态和寿命。同时,桥梁结构的振动会影响列车运行过程中的舒适性和安全性。随着高速铁路系统的不断发展,在某些复杂地势条件下,高墩高速铁路桥梁的建设变得不可避免。这也给桥梁的建设与健康监测带来了许多工程上的难题。在高速列车荷载作用下,桥梁结构将承受较大的动力影响。列车运行速度是影响桥梁动力响应的重要因素,动力响应将随着速度的增加而变大;另外,在服役和运行过程中,桥梁结构可能会发生损伤,这就会直接影响桥梁的使用寿命以及列车的运营安全性和舒适性。针对高墩高铁桥梁进行动力分析与开展健康监测系统研究是尽早发现桥梁结构损坏的重要手段,通过系统早期诊断桥梁结构的健康状态,及时提出维修方案,将保证高铁桥梁结构运行的安全性,同时延长桥梁结构的使用寿命。所以,针对高墩高铁桥梁在不同速度高速列车作用下的动力行为与运行过程中的健康监测系统优化布置问题进行研究具有重要意义。本文主要分析了列车在120 km/h,180 km/h,240 km/h,300 km/h速度下高墩桥梁结构的动力响应。基于时程分析方法,运用迈达斯有限元软件对不同列车速度荷载作用下的高墩桥梁结构进行建模,并进行桥梁结构动力分析。根据桥梁结构的动力分析结果,依据经济实效、简便易行的原则对高墩高铁桥梁的健康监测系统进行了优化设计,主要是竖向加速度感器和竖向应变传感器数量和位置的优化。通过上述研究,可以得到的主要结论包括:(1)桥梁结构动力时程分析结果比静力分析结果要大很多。当列车以120 km/h的速度通过桥梁时,桥梁结构主跨跨中竖向位移的动力时程分析结果为1.40 mm,静力分析结果为1.29 mm。(2)列车运行速度是一个非常重要的参数,影响着桥梁结构的动力响应。动力响应随着速度的增加而增加,当列车的过桥速度从120 km/h增加到300 km/h时,主跨跨中的竖向位移值从1.40 mm增加到4.70 mm。在本文研究的列车运行速度范围内,没有发生共振现象。(3)对高墩高铁桥梁健康监测系统传感器布置进行了优化设计,最终提出了关于竖向加速度传感器和应变传感器的两种布置方案。针对每种方案,布置了二十多个传感器,主要分布在五个区域:边跨跨中区域、主跨四分之一区域、主跨跨中区域、桥墩的墩顶和墩底。研究结果表明:所提出的布置方案能够很好的反映桥梁结构的竖向振动特性,同时具有良好的经济性。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U446

【参考文献】