本文關(guān)鍵詞： 車橋耦合振動(dòng) 快速傅里葉變換 橋梁一階自振頻率　出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國(guó)山川密布,河流星羅棋布,橋梁結(jié)構(gòu)眾多,大多數(shù)中小橋梁由于修建時(shí)間較長(zhǎng),長(zhǎng)期受到以車輛為主的動(dòng)荷載作用,很多結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了破壞。在橋梁檢測(cè)過程中,橋梁自振頻率是一項(xiàng)重要的指標(biāo),而傳統(tǒng)直接測(cè)量橋梁頻率的方法由于過于復(fù)雜,而且成本較高,往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此,開展研究一種間接測(cè)量橋梁頻率的方法是十分必要的。本文就車橋耦合振動(dòng)過程展開研究,通過對(duì)車輛豎向加速度公式進(jìn)行推導(dǎo),找到橋梁自振頻率與車輛之間的關(guān)系,利用快速傅里葉變換對(duì)車輛的豎向加速度進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換,從而提取出橋梁的一階自振頻率。利用有限元軟件ANSYS對(duì)車橋耦合振動(dòng)進(jìn)行模擬,分別對(duì)車輛的四種模型(移動(dòng)力、移動(dòng)質(zhì)量、單軸彈簧質(zhì)量、雙軸彈簧質(zhì)量)進(jìn)行車橋耦合振動(dòng)模擬計(jì)算,提取出橋梁跨中點(diǎn)和車輛的位移、速度和加速度的時(shí)程響應(yīng)。研究了三種不同速度下車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)。(一)根據(jù)MATLAB進(jìn)行理論計(jì)算分析,并與ANSYS進(jìn)行對(duì)比。(二)對(duì)得到的車輛豎向加速度進(jìn)行快速傅里葉變換,提取出橋梁一階自振頻率;通過分別對(duì)車輛速度、阻尼、車橋質(zhì)量比對(duì)提取出橋梁自振頻率的影響進(jìn)行研究得出以下三條結(jié)論:1.車輛速度對(duì)橋梁自振頻率提取值有一定的影響;2.阻尼對(duì)橋梁自振頻率提取值影響很小;3.車橋質(zhì)量比對(duì)橋梁自振頻率提取值有很大影響。對(duì)小雍莊橋進(jìn)行跑車試驗(yàn),采集車輛的加速度信號(hào)。車輛分別以10km/h、20km/h和30km/h的速度通過橋梁,共采集了三組車輛數(shù)據(jù),然后對(duì)其進(jìn)行快速傅里葉變換。對(duì)比模擬值與實(shí)測(cè)值和直接法測(cè)量橋梁自振頻率實(shí)測(cè)頻率誤差分別為2.550%、6.922%和10.00%;模擬結(jié)果誤差分別為1.275%、2.185%和3.097%。試驗(yàn)表明提取精度隨車速的增加而減小,但總體上滿足工程實(shí)例要求。因此,建議運(yùn)用此方法測(cè)量橋梁頻率時(shí),車輛要滿足輕型低速通過橋梁結(jié)構(gòu)的要求。
[Abstract]:Our country is full of mountains and rivers, the bridge structure is numerous, most of the small and medium-sized bridges are subjected to the dynamic load mainly by vehicles for a long time. Many structures have been damaged. In the process of bridge detection, the natural vibration frequency of bridge is an important index, but the traditional method of direct measurement of bridge frequency is too complex, and the cost is high. Therefore, it is necessary to study an indirect method to measure bridge frequency. This paper studies the coupled vibration process of vehicle and bridge, and deduces the vertical acceleration formula of vehicle. The relationship between the natural vibration frequency of the bridge and the vehicle is found, and the vertical acceleration of the vehicle is converted by the fast Fourier transform (FFT). In order to extract the first order natural vibration frequency of the bridge, the coupling vibration of the vehicle and bridge is simulated by the finite element software ANSYS, and the four models (moving force, moving mass, single axle spring mass) of the vehicle are respectively studied. Two-axis spring mass) is used to simulate the vehicle-bridge coupling vibration to extract the midpoint of the bridge span and the displacement of the vehicle. The time history response of velocity and acceleration. The response of vehicle-bridge coupling vibration under three different velocities is studied. (1) the theoretical calculation and analysis are carried out according to MATLAB. Compared with ANSYS, the vertical acceleration of the vehicle is transformed by fast Fourier transform, and the first order natural frequency of the bridge is extracted. By studying the influence of vehicle speed, damping and the ratio of vehicle to bridge mass on the extraction of bridge natural vibration frequency, the following three conclusions are drawn: 1. Vehicle speed has certain influence on bridge natural vibration frequency extraction value; 2. Damping has little effect on the natural vibration frequency of the bridge. 3. The mass ratio of vehicle to bridge has a great influence on the natural vibration frequency of the bridge. The vehicle acceleration signal is collected by the sports car test of Xiaoyongzhuang Bridge. The vehicle takes 10 km / h respectively. At 20 km / h and 30 km / h across the bridge, three sets of vehicle data were collected. Comparing the simulated value with the measured value and the direct method, the measured frequency error of the bridge natural vibration frequency is 2.550% 6.922% and 10.00% respectively. The errors of simulation results are 1.275% and 3.097%, respectively. The experiment shows that the extraction accuracy decreases with the increase of speed, but generally meets the requirements of engineering examples. It is suggested that when using this method to measure bridge frequency, vehicles should meet the requirement of light and low speed passing through bridge structure.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U441.3

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本文編號(hào)：1461092