用于橋梁檢測的雙軸車系統(tǒng)理論與應用
發(fā)布時間：2020-12-28 01:24
Yang等人于2004年首次提出的橋梁間接測量法是一種區(qū)別于傳統(tǒng)橋梁檢測的方法:僅需在橋梁檢測車上安裝一個或少量的傳感器,通過將車輛行駛過橋梁時所記錄的車體動力響應進行分析,得到橋梁的頻率、阻尼和模態(tài)振型等參數(shù),進而完成對橋梁健康情況的檢測。相比于傳統(tǒng)的直接測量法,橋梁間接測量法具有經(jīng)濟、便捷以及適用范圍廣的優(yōu)勢,有望大幅減少橋梁檢測的費用并實現(xiàn)對橋梁工程的快速檢測,具有較大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應用場景。自間接測量法的概念被提出以來,國內外眾多學者對其理論和實踐均進行了大量的研究,論證了該方法的有效性和優(yōu)勢。在間接測量法中橋梁檢測車既是車橋系統(tǒng)信號的載體同時也有激勵橋梁的作用,不同的車體形式也會產(chǎn)生不同的影響。相比于單軸車,雙軸車能夠攜帶更多信息,同時雙軸車也具有生產(chǎn)過程簡單和可自驅動的特點,更易于在間接測量法中推廣應用,本文將主要研究用于橋梁間接測量法的雙軸車系統(tǒng)理論及應用。本文的主要工作包括:(1)建立了兩自由度非對稱雙軸車與簡支梁橋相互作用的理論分析模型,并利用兩階段法推導出了橋梁系統(tǒng)和車體系統(tǒng)動力響應的理論解;(2)建立了兩自由度非對稱雙軸車與簡支梁橋相互作用的有限元模型,并將理...
【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：88 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
車長及質心位置對豎向頻率作用輪廓圖
3車體頻率及頻響函數(shù)的參數(shù)分析23圖3.3車長及質心位置對轉動頻率作用輪廓圖Fig.3.3.Contourofrotationalfrequencyforvehiclelengthandcenterofmassposition結合圖3.1-3.3，可以觀察到車體頻率隨車長和質心變化的大致規(guī)律。首先由圖3.1可以看出，在本算例中除了完全對稱時某一點外車體的轉動頻率始終保持大于豎向頻率。這是因為等式(2.18)中豎向頻率和轉動頻率分別對應的是根號前的’-’和’+’號，而僅當11=22且=時，車頻和相等。當車長一定時，對于車體的豎向頻率，當=0時即當車體質心與車體中心相重合時，車體的豎向頻率最大，當質心向兩軸偏移時，車體豎向頻率逐漸減小，而對于車體的轉動頻率恰巧相反。這一規(guī)律也可以從等式(2.18)中有所反映，當11=22時，根號內部分取得較小值，豎向和轉動頻率分別達到最大和最小值。當|1122|的值增大時，豎向和轉動頻率也相應地減少和增大。當車體質心一定時，車體豎向和轉動頻率均隨著車長的增大而增大，這也是顯而易見的。從圖3.2和圖3.3可以看出車體豎向和轉動頻率對質心位置以及車長變化的敏感性。車體轉動頻率同時受車長和質心位置的影響，相對于車體質心位置，車長的變化對轉動頻率的影響更大，而且當車長越大時車體質心位置對轉動頻率的影響就越大。從理論解等式(2.18)的角度來看，本質是|1122|的值越大，轉動頻率的幅值越大。對于車體的豎向頻率，當車長較小時（本算例的參數(shù)下車長小于2m時），車體豎向頻率對車體質心的變化不敏感，但當車長達到一定范圍時，車體豎向頻率主要是受到車體質心位置的影響�？偟膩碚f，車長和車體質心位置對轉動頻率幅值大小的影響程度大于對豎向頻率的影響。從物理意義上來說，雖然豎向頻率和轉動頻率均是豎向和轉動運
5雙軸車在橋梁間接測量法中的應用612112sinsinsindnnvtnvtnvttuAppLLL(5.6)22212sinsinsindnnvttnvtnvttuAppLLL(5.7)其中1和2分別是車體前后接觸點響應中驅車頻率部分，對于等式(5.6)和等式(5.7)，若雙軸車滿足車體質心與中心相重合，則車體前后接觸點響應的驅車頻率部分1和2具有以下的關系：222212sinsinddnnnnnxnxduuApApxxdLL(5.8)2vMgp(5.9)其中nx和nxd分別是橋梁在車體前輪和后輪處的模態(tài)振型。由等式(5.8)可以得出，當橋梁發(fā)生損傷時，車體前后接觸點響應驅車頻率部分的殘差可以反應出橋梁的損傷信息。對于橋梁的損傷模型，本節(jié)選用Yau等人(2017)使用的鉸鏈雙彈簧模型來模擬橋梁的損傷，損傷單元如圖5.11所示。在該損傷模型中，可以通過調整豎向彈簧剛度和轉動彈簧剛度的大小來模擬橋梁的損傷程度。在本節(jié)中，通過設定豎向彈簧剛度的足夠大來保證橋梁豎向變形的連續(xù)性，通過使轉動彈簧剛度數(shù)值相對減小來模擬橋梁損傷造成的轉動變形不連續(xù)性。參照Tada等人(2000)的研究，確定轉動彈簧剛度的大小：1223425.9319.6937.1435.8413.121rhKEI(5.10)dhh(5.11)其中dh是橋梁損傷處的裂縫高度，h為橋梁截面的高度。圖5.11鉸鏈損傷單元Fig.5.11hinge-springmodefordamageelement在利用模擬車橋耦合的VBI單元進行數(shù)值計算時，建立橋梁損傷單元并插入普通橋梁單元之中，形成斜率不連續(xù)的雙梁單元的簡支梁橋損傷模型，具體建模計算方法與章節(jié)2.3中類似，這里便不再展開。橋梁損傷單元的剛度矩陣為：
本文編號：2942872
【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：88 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
車長及質心位置對豎向頻率作用輪廓圖
3車體頻率及頻響函數(shù)的參數(shù)分析23圖3.3車長及質心位置對轉動頻率作用輪廓圖Fig.3.3.Contourofrotationalfrequencyforvehiclelengthandcenterofmassposition結合圖3.1-3.3，可以觀察到車體頻率隨車長和質心變化的大致規(guī)律。首先由圖3.1可以看出，在本算例中除了完全對稱時某一點外車體的轉動頻率始終保持大于豎向頻率。這是因為等式(2.18)中豎向頻率和轉動頻率分別對應的是根號前的’-’和’+’號，而僅當11=22且=時，車頻和相等。當車長一定時，對于車體的豎向頻率，當=0時即當車體質心與車體中心相重合時，車體的豎向頻率最大，當質心向兩軸偏移時，車體豎向頻率逐漸減小，而對于車體的轉動頻率恰巧相反。這一規(guī)律也可以從等式(2.18)中有所反映，當11=22時，根號內部分取得較小值，豎向和轉動頻率分別達到最大和最小值。當|1122|的值增大時，豎向和轉動頻率也相應地減少和增大。當車體質心一定時，車體豎向和轉動頻率均隨著車長的增大而增大，這也是顯而易見的。從圖3.2和圖3.3可以看出車體豎向和轉動頻率對質心位置以及車長變化的敏感性。車體轉動頻率同時受車長和質心位置的影響，相對于車體質心位置，車長的變化對轉動頻率的影響更大，而且當車長越大時車體質心位置對轉動頻率的影響就越大。從理論解等式(2.18)的角度來看，本質是|1122|的值越大，轉動頻率的幅值越大。對于車體的豎向頻率，當車長較小時（本算例的參數(shù)下車長小于2m時），車體豎向頻率對車體質心的變化不敏感，但當車長達到一定范圍時，車體豎向頻率主要是受到車體質心位置的影響�？偟膩碚f，車長和車體質心位置對轉動頻率幅值大小的影響程度大于對豎向頻率的影響。從物理意義上來說，雖然豎向頻率和轉動頻率均是豎向和轉動運
5雙軸車在橋梁間接測量法中的應用612112sinsinsindnnvtnvtnvttuAppLLL(5.6)22212sinsinsindnnvttnvtnvttuAppLLL(5.7)其中1和2分別是車體前后接觸點響應中驅車頻率部分，對于等式(5.6)和等式(5.7)，若雙軸車滿足車體質心與中心相重合，則車體前后接觸點響應的驅車頻率部分1和2具有以下的關系：222212sinsinddnnnnnxnxduuApApxxdLL(5.8)2vMgp(5.9)其中nx和nxd分別是橋梁在車體前輪和后輪處的模態(tài)振型。由等式(5.8)可以得出，當橋梁發(fā)生損傷時，車體前后接觸點響應驅車頻率部分的殘差可以反應出橋梁的損傷信息。對于橋梁的損傷模型，本節(jié)選用Yau等人(2017)使用的鉸鏈雙彈簧模型來模擬橋梁的損傷，損傷單元如圖5.11所示。在該損傷模型中，可以通過調整豎向彈簧剛度和轉動彈簧剛度的大小來模擬橋梁的損傷程度。在本節(jié)中，通過設定豎向彈簧剛度的足夠大來保證橋梁豎向變形的連續(xù)性，通過使轉動彈簧剛度數(shù)值相對減小來模擬橋梁損傷造成的轉動變形不連續(xù)性。參照Tada等人(2000)的研究，確定轉動彈簧剛度的大小：1223425.9319.6937.1435.8413.121rhKEI(5.10)dhh(5.11)其中dh是橋梁損傷處的裂縫高度，h為橋梁截面的高度。圖5.11鉸鏈損傷單元Fig.5.11hinge-springmodefordamageelement在利用模擬車橋耦合的VBI單元進行數(shù)值計算時，建立橋梁損傷單元并插入普通橋梁單元之中，形成斜率不連續(xù)的雙梁單元的簡支梁橋損傷模型，具體建模計算方法與章節(jié)2.3中類似，這里便不再展開。橋梁損傷單元的剛度矩陣為：
本文編號：2942872
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/daoluqiaoliang/2942872.html
