用于橋梁檢測(cè)的雙軸車系統(tǒng)理論與應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2020-12-28 01:24
Yang等人于2004年首次提出的橋梁間接測(cè)量法是一種區(qū)別于傳統(tǒng)橋梁檢測(cè)的方法:僅需在橋梁檢測(cè)車上安裝一個(gè)或少量的傳感器,通過(guò)將車輛行駛過(guò)橋梁時(shí)所記錄的車體動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析,得到橋梁的頻率、阻尼和模態(tài)振型等參數(shù),進(jìn)而完成對(duì)橋梁健康情況的檢測(cè)。相比于傳統(tǒng)的直接測(cè)量法,橋梁間接測(cè)量法具有經(jīng)濟(jì)、便捷以及適用范圍廣的優(yōu)勢(shì),有望大幅減少橋梁檢測(cè)的費(fèi)用并實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁工程的快速檢測(cè),具有較大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用場(chǎng)景。自間接測(cè)量法的概念被提出以來(lái),國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其理論和實(shí)踐均進(jìn)行了大量的研究,論證了該方法的有效性和優(yōu)勢(shì)。在間接測(cè)量法中橋梁檢測(cè)車既是車橋系統(tǒng)信號(hào)的載體同時(shí)也有激勵(lì)橋梁的作用,不同的車體形式也會(huì)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(shí)雙軸車也具有生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單和可自驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn),更易于在間接測(cè)量法中推廣應(yīng)用,本文將主要研究用于橋梁間接測(cè)量法的雙軸車系統(tǒng)理論及應(yīng)用。本文的主要工作包括:(1)建立了兩自由度非對(duì)稱雙軸車與簡(jiǎn)支梁橋相互作用的理論分析模型,并利用兩階段法推導(dǎo)出了橋梁系統(tǒng)和車體系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的理論解;(2)建立了兩自由度非對(duì)稱雙軸車與簡(jiǎn)支梁橋相互作用的有限元模型,并將理...
【文章來(lái)源】:重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】:88 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
車長(zhǎng)及質(zhì)心位置對(duì)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(zhǎng)及質(zhì)心位置對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率作用輪廓圖Fig.3.3.Contourofrotationalfrequencyforvehiclelengthandcenterofmassposition結(jié)合圖3.1-3.3,可以觀察到車體頻率隨車長(zhǎng)和質(zhì)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(duì)稱時(shí)某一點(diǎn)外車體的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率始終保持大于豎向頻率。這是因?yàn)榈仁?2.18)中豎向頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率分別對(duì)應(yīng)的是根號(hào)前的’-’和’+’號(hào),而僅當(dāng)11=22且=時(shí),車頻和相等。當(dāng)車長(zhǎng)一定時(shí),對(duì)于車體的豎向頻率,當(dāng)=0時(shí)即當(dāng)車體質(zhì)心與車體中心相重合時(shí),車體的豎向頻率最大,當(dāng)質(zhì)心向兩軸偏移時(shí),車體豎向頻率逐漸減小,而對(duì)于車體的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)11=22時(shí),根號(hào)內(nèi)部分取得較小值,豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率分別達(dá)到最大和最小值。當(dāng)|1122|的值增大時(shí),豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率也相應(yīng)地減少和增大。當(dāng)車體質(zhì)心一定時(shí),車體豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率均隨著車長(zhǎng)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(zhuǎn)動(dòng)頻率對(duì)質(zhì)心位置以及車長(zhǎng)變化的敏感性。車體轉(zhuǎn)動(dòng)頻率同時(shí)受車長(zhǎng)和質(zhì)心位置的影響,相對(duì)于車體質(zhì)心位置,車長(zhǎng)的變化對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的影響更大,而且當(dāng)車長(zhǎng)越大時(shí)車體質(zhì)心位置對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的影響就越大。從理論解等式(2.18)的角度來(lái)看,本質(zhì)是|1122|的值越大,轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的幅值越大。對(duì)于車體的豎向頻率,當(dāng)車長(zhǎng)較小時(shí)(本算例的參數(shù)下車長(zhǎng)小于2m時(shí)),車體豎向頻率對(duì)車體質(zhì)心的變化不敏感,但當(dāng)車長(zhǎng)達(dá)到一定范圍時(shí),車體豎向頻率主要是受到車體質(zhì)心位置的影響?偟膩(lái)說(shuō),車長(zhǎng)和車體質(zhì)心位置對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率幅值大小的影響程度大于對(duì)豎向頻率的影響。從物理意義上來(lái)說(shuō),雖然豎向頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率均是豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)
5雙軸車在橋梁間接測(cè)量法中的應(yīng)用612112sinsinsindnnvtnvtnvttuAppLLL(5.6)22212sinsinsindnnvttnvtnvttuAppLLL(5.7)其中1和2分別是車體前后接觸點(diǎn)響應(yīng)中驅(qū)車頻率部分,對(duì)于等式(5.6)和等式(5.7),若雙軸車滿足車體質(zhì)心與中心相重合,則車體前后接觸點(diǎn)響應(yīng)的驅(qū)車頻率部分1和2具有以下的關(guān)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(dāng)橋梁發(fā)生損傷時(shí),車體前后接觸點(diǎn)響應(yīng)驅(qū)車頻率部分的殘差可以反應(yīng)出橋梁的損傷信息。對(duì)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(lái)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(guò)調(diào)整豎向彈簧剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧剛度的大小來(lái)模擬橋梁的損傷程度。在本節(jié)中,通過(guò)設(shè)定豎向彈簧剛度的足夠大來(lái)保證橋梁豎向變形的連續(xù)性,通過(guò)使轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧剛度數(shù)值相對(duì)減小來(lái)模擬橋梁損傷造成的轉(zhuǎn)動(dòng)變形不連續(xù)性。參照Tada等人(2000)的研究,確定轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧剛度的大。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(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí),建立橋梁損傷單元并插入普通橋梁?jiǎn)卧,形成斜率不連續(xù)的雙梁?jiǎn)卧暮?jiǎn)支梁橋損傷模型,具體建模計(jì)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(hào):2942872
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【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
車長(zhǎng)及質(zhì)心位置對(duì)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(zhǎng)及質(zhì)心位置對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率作用輪廓圖Fig.3.3.Contourofrotationalfrequencyforvehiclelengthandcenterofmassposition結(jié)合圖3.1-3.3,可以觀察到車體頻率隨車長(zhǎng)和質(zhì)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(duì)稱時(shí)某一點(diǎn)外車體的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率始終保持大于豎向頻率。這是因?yàn)榈仁?2.18)中豎向頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率分別對(duì)應(yīng)的是根號(hào)前的’-’和’+’號(hào),而僅當(dāng)11=22且=時(shí),車頻和相等。當(dāng)車長(zhǎng)一定時(shí),對(duì)于車體的豎向頻率,當(dāng)=0時(shí)即當(dāng)車體質(zhì)心與車體中心相重合時(shí),車體的豎向頻率最大,當(dāng)質(zhì)心向兩軸偏移時(shí),車體豎向頻率逐漸減小,而對(duì)于車體的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)11=22時(shí),根號(hào)內(nèi)部分取得較小值,豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率分別達(dá)到最大和最小值。當(dāng)|1122|的值增大時(shí),豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率也相應(yīng)地減少和增大。當(dāng)車體質(zhì)心一定時(shí),車體豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率均隨著車長(zhǎng)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(zhuǎn)動(dòng)頻率對(duì)質(zhì)心位置以及車長(zhǎng)變化的敏感性。車體轉(zhuǎn)動(dòng)頻率同時(shí)受車長(zhǎng)和質(zhì)心位置的影響,相對(duì)于車體質(zhì)心位置,車長(zhǎng)的變化對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的影響更大,而且當(dāng)車長(zhǎng)越大時(shí)車體質(zhì)心位置對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的影響就越大。從理論解等式(2.18)的角度來(lái)看,本質(zhì)是|1122|的值越大,轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的幅值越大。對(duì)于車體的豎向頻率,當(dāng)車長(zhǎng)較小時(shí)(本算例的參數(shù)下車長(zhǎng)小于2m時(shí)),車體豎向頻率對(duì)車體質(zhì)心的變化不敏感,但當(dāng)車長(zhǎng)達(dá)到一定范圍時(shí),車體豎向頻率主要是受到車體質(zhì)心位置的影響?偟膩(lái)說(shuō),車長(zhǎng)和車體質(zhì)心位置對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率幅值大小的影響程度大于對(duì)豎向頻率的影響。從物理意義上來(lái)說(shuō),雖然豎向頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率均是豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)
5雙軸車在橋梁間接測(cè)量法中的應(yīng)用612112sinsinsindnnvtnvtnvttuAppLLL(5.6)22212sinsinsindnnvttnvtnvttuAppLLL(5.7)其中1和2分別是車體前后接觸點(diǎn)響應(yīng)中驅(qū)車頻率部分,對(duì)于等式(5.6)和等式(5.7),若雙軸車滿足車體質(zhì)心與中心相重合,則車體前后接觸點(diǎn)響應(yīng)的驅(qū)車頻率部分1和2具有以下的關(guān)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(dāng)橋梁發(fā)生損傷時(shí),車體前后接觸點(diǎn)響應(yīng)驅(qū)車頻率部分的殘差可以反應(yīng)出橋梁的損傷信息。對(duì)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(lái)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(guò)調(diào)整豎向彈簧剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧剛度的大小來(lái)模擬橋梁的損傷程度。在本節(jié)中,通過(guò)設(shè)定豎向彈簧剛度的足夠大來(lái)保證橋梁豎向變形的連續(xù)性,通過(guò)使轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧剛度數(shù)值相對(duì)減小來(lái)模擬橋梁損傷造成的轉(zhuǎn)動(dòng)變形不連續(xù)性。參照Tada等人(2000)的研究,確定轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧剛度的大。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(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí),建立橋梁損傷單元并插入普通橋梁?jiǎn)卧,形成斜率不連續(xù)的雙梁?jiǎn)卧暮?jiǎn)支梁橋損傷模型,具體建模計(jì)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:
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