桥梁行车激励辨识的实验模态方法研究

发布时间：2020-07-03 06:02

【摘要】：桥梁结构在运行过程中所受的外部动荷载，尤其是行车激励荷载对桥梁安全性能和使用寿命均有不利影响。然而，若想采用直接的测试手段对桥梁在运营过程中所受到的行车激励荷载进行准确的测量，这几乎是不可能的。因此，通过桥梁上有限测点的振动响应来辨识行车激励荷载便成为一种有效的途径。桥梁行车激励辨识属于随机荷载辨识问题。目前的研究多从板梁理论出发，考虑车辆荷载的移动效应，通过优化方法来反演结构所受的荷载。此类方法在分析过程中着眼于车桥相互作用的具体过程，利用有限元模型的精确性，力求反演荷载的空间位置以及时程演化。分析过程明显受到反分析奇异性的影响。首先，本文运行模态实验，采用模态力锤给梁板施加激励，收集各测点处的振动加速度信号，再利用matlab编程对各测点处的加速度信号进行分析，可以求出梁板结构的模态参数以及各阶振型。在此基础上，通过在实验室内运行行车动荷载辨识实验，求得梁板各阶的模态动刚度，并依据张欣[1]等提出的在运行状态下桥梁行车激励辨识的实验模态方法，对梁板各测点处的加速度响应进行滤波分析，求得各阶模态的瞬时振幅，最后辨识出梁板所受的行车激励模态荷载F1的时程和频谱成分；再依据放置于行车上的加速度传感器收集到的小车实际振动引起的加速度信号，可以求出小车在行驶过程中所产生的模态荷载F2的时程和频谱成分。最后，依据随机振动理论，在相同检测时间段内、相同模态下我们可以分别求出这两种模态荷载的根方差，将根方差数值进行对比，可以得出如下结论：在环境因素和实验条件的影响下，以上两荷载的根方差数值相差较大，但是对于不同测点、相同模态下两荷载的根方差数值的比值大小平稳。结果表明，在实验条件和外界环境基本保持不变的情况下，相同模态下的辨识模态荷载F1的根方差与实测模态荷载F2的根方差比值基本保持平稳。然而，要想弄清楚外界环境各影响因素和实验条件对实验结果的影响程度，需进行大量的实验来进行比对分析。最后，在综合考虑各影响因素的前提下，我们能够最大程度的识别出桥梁结构在运行过程中所承受的行车激励荷载，为桥梁的健康运营、延长其使用寿命提供很好的技术手段。本文实验结果表明，在实验条件和外界环境等因素基本保持不变的前提下，我们能够利用张欣[1]等所提的方法来进行桥梁行车激励荷载的辨识，该方法能够克服荷载辨识过程中由于反分析奇异性所带来的不确定性，使用简便，适合应用于桥梁结构健康监测系统。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U441.3

【参考文献】