高速鐵路鋼桁拱橋車?橋共振性能曲線測定方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種高速鐵路鋼桁拱橋車?橋共振性能曲線測定方法，包括：步驟10)采集橋梁加速度數(shù)據(jù)、動應(yīng)變數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)：采集的加速度數(shù)據(jù)包含不同時刻列車作用下對應(yīng)的加速度值。動應(yīng)變數(shù)據(jù)包含不同時刻列車作用下對應(yīng)的動應(yīng)變值。車速樣本數(shù)據(jù)不同列車通過時對應(yīng)的車速值；步驟20)對列車荷載進行分工況：利用光柵應(yīng)變計和加速度傳感器之間的時空相關(guān)性準(zhǔn)確識別列車荷載工況；步驟30)繪制不同工況下主梁加速度峰值與列車車速相關(guān)性散點圖；步驟40)確定散點圖極值點所對應(yīng)的車速值，將整個車速變化范圍劃分為多個車速段，采用多段線擬合的方法，形成共振性能曲線。該測定方法可以準(zhǔn)確測定高速鐵路鋼桁拱橋車?橋共振性能曲線。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)是一種應(yīng)用于高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，涉及橋梁健康監(jiān)測領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
當(dāng)高速列車通過鐵路橋梁時，由于動車組的蛇形運動、軌道不平順、加載速率和動車組軸重荷載的規(guī)律性排列產(chǎn)生周期性的動力作用等原因，可能在一定車速下的動車組強振頻率與橋梁某階自振頻率或某階自振頻率的1/i(i＝1,2,3…)接近，從而產(chǎn)生共振或超諧共振。劉鵬輝和楊宜謙等分別對時速200～250km和時速300～350km的常用跨度簡支梁橋開展了動力性能試驗。研究表明，現(xiàn)有高速鐵路設(shè)計規(guī)范通過控制簡支梁的豎向自振頻率，有效控制了梁體豎向共振發(fā)生，但在特定車速下仍然會產(chǎn)生超諧共振。因此，針對鋼桁拱橋這類特殊橋型的高速鐵路橋梁，對其車-橋共振性能曲線測定方法的研究，具有十分重要的意義。目前，各土木、交通領(lǐng)域?qū)τ阼F路橋梁車-橋共振性能曲線測定方法的研究，共有以下幾種方法：(1)現(xiàn)場試驗法：此法采用車-線-橋系統(tǒng)試驗的方法開展橋梁的動力特性現(xiàn)場測試，由于現(xiàn)場測試的列車運行次數(shù)較少，難以把握橋梁的車-橋共振特性，不具有確定性；(2)單一工況分析法：國內(nèi)外大部分研究均是針對單一列車荷載工況展開的車-橋共振性能方法的研究，并沒有對所有工況進行完整系統(tǒng)的研究，不具有可行性；(3)理論計算和假設(shè)法：此方法僅僅將橋梁簡化為簡支梁橋，通過理論計算和推導(dǎo)，得到橋梁車-橋共振機理，從而設(shè)定限制進行預(yù)警。而實際橋梁與簡支梁橋存在較大差異，且實際情況下車-橋共振存在較大的隨機性，因此，此法適用性較差。因此，對于鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，有必要研究一種準(zhǔn)確性高、可行性好、適用性強的新方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，該方法可以準(zhǔn)確對高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線進行測定。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，包括如下步驟：步驟10)采集加速度數(shù)據(jù)、動應(yīng)變數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)樣本；步驟20)對列車荷載進行分工況；步驟30)繪制每一工況下加速度峰值與列車車速相關(guān)性散點圖；步驟40)采用多段線擬合的方法，形成加速度峰值與列車車速共振性能曲線。作為優(yōu)選，所述步驟10)中采集的橋梁加速度數(shù)據(jù)包含不同時刻列車作用下對應(yīng)的加速度值，所述動應(yīng)變數(shù)據(jù)包含不同時刻列車作用下對應(yīng)的動應(yīng)變值，所述車速數(shù)據(jù)不同列車通過時對應(yīng)的車速值。作為優(yōu)選，所述步驟10)的加速度數(shù)據(jù)由設(shè)置在橋梁兩端邊跨跨中的加速度傳感器采集到。作為優(yōu)選，所述步驟20)中分工況的具體內(nèi)容為：a.利用列車通過所述步驟10)采集的加速度數(shù)據(jù)，得到兩端加速度數(shù)據(jù)產(chǎn)生峰值的先后順序，從而確定行車方向；b.利用所述步驟10)采集的動應(yīng)變數(shù)據(jù)，確定列車行駛于上游側(cè)還是下游側(cè)；c.利用主梁動應(yīng)變數(shù)據(jù)極值點個數(shù)確定動車組車廂數(shù)，即確定動車組的車廂編組類型。作為優(yōu)選，所述步驟30)的具體流程為：基于所述步驟20)中確定的工況下的加速度和車速的歷史數(shù)據(jù)，獲得單次列車通過時測點加速度絕對值的最大值和列車速度值，以列車速度值為橫坐標(biāo)、加速度絕對值的最大值為縱坐標(biāo)，繪制該工況下的加速度峰值與列車車速相關(guān)性散點圖。作為優(yōu)選，所述步驟40)的具體內(nèi)容為：首先根據(jù)步驟30)中所繪制的加速度峰值與列車車速相關(guān)性散點圖，確定散點圖波峰處極大值和波谷處極小值所對應(yīng)的車速值，將相鄰兩個車速值的區(qū)間作為一個車速段，從而將整個相關(guān)性散點圖的車速變化范圍劃分為多個車速段；然后線性擬合每個車速度段內(nèi)的散點數(shù)據(jù)，形成多段線，即為車-橋共振性能曲線。有益效果：本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：(1)準(zhǔn)確對高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線進行測定。本專利技術(shù)基于加速度峰值樣本與列車車速樣本的相關(guān)性散點圖，提供了高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法。國內(nèi)外研究橋梁振動響應(yīng)與車速相關(guān)關(guān)系的成果較多，但還沒有準(zhǔn)確研究出相關(guān)關(guān)系，僅僅基于少量試驗研究其相關(guān)關(guān)系。而本專利技術(shù)基于健康監(jiān)測海量數(shù)據(jù)研究出的相關(guān)關(guān)系可以避免少量試驗帶來的隨機性和較大誤差，而少量試驗得出的結(jié)論不能形成明顯的車-橋共振相關(guān)散點圖，對曲線測定的準(zhǔn)確性影響較大。同時，本專利技術(shù)研究出的相關(guān)關(guān)系具有實時性，可以為橋梁預(yù)警提供依據(jù)，而少量試驗僅僅只能在橋檢過程中進行，不具有實時性。因此，本專利技術(shù)可以使后期曲線測定更加有效。(2)由于絕大多數(shù)橋梁沒有專門識別列車荷載工況的儀器，所以目前國內(nèi)外大部分研究僅僅是在單一工況下或者在不分工況情況下進行車-橋共振性能的研究。而實際列車荷載存在多個工況，只有把握各個工況下的車-橋共振性能，才能測定出完整的、有效的車-橋共振性能曲線。同時，在單一工況下和在不分工況情況下研究出的車-橋共振性能曲線不準(zhǔn)確，沒有剔除行駛方向、行駛車道以及列車車廂數(shù)對曲線測定的影響。而本專利技術(shù)通過利用光柵應(yīng)變計和加速度傳感器之間的時空相關(guān)性準(zhǔn)確識別列車荷載工況，從而得到各個工況下的相關(guān)性散點圖，最終形成完整的、精確的車-橋共振性能曲線。(3)該方法簡單實用，具有很好的可行性。本專利技術(shù)的方法簡單實用，具有很好的可行性，而且彌補了現(xiàn)有技術(shù)中采用現(xiàn)場試驗法、理論計算和假設(shè)法以及單一工況分析法的缺陷。同時，本專利技術(shù)的方法可以適用于各種高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線的測定，使得本方法在用于高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定時更加具有可行性、準(zhǔn)確性和適用性，可得到廣泛推廣和應(yīng)用。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施例采集的加速度峰值樣本P1長期變化曲線。圖2(a)為單次列車在下游側(cè)行駛時DWY-11-25應(yīng)變計所采集的應(yīng)變時程曲線。圖2(b)為單次列車在下游側(cè)行駛時DWY-11-26應(yīng)變計所采集的應(yīng)變時程曲線。圖3(a)為單次列車在下游側(cè)行駛時DWY-11-25應(yīng)變計所采集的應(yīng)變時程曲線。圖3(b)為單次列車在下游側(cè)行駛時DWY-11-26應(yīng)變計所采集的應(yīng)變時程曲線。圖4(a)為8節(jié)車廂的列車過橋時產(chǎn)生的極值點。圖4(b)為16節(jié)車廂的列車過橋時產(chǎn)生的極值點。圖5(a)為列車由南向北行駛時的加速度時程曲線。圖5(b)為列車由北向南行駛時的加速度時程曲線。圖6為本專利技術(shù)實施例工況1下測點加速度峰值與列車車速的相關(guān)性散點圖。圖7為本專利技術(shù)實施例車-橋共振性能曲線。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本專利技術(shù)的技術(shù)方案進行詳細的說明。本專利技術(shù)的高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，包括如下步驟：步驟10)采集加速度數(shù)據(jù)、動應(yīng)變數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)樣本：步驟10a)將加速度傳感器配接到加速度采集系統(tǒng)中，然后利用加速度傳感器對測點的加速度進行采集，加速度傳感器將獲取的加速度信息傳遞到加速度采集系統(tǒng)中，形成加速度樣本。加速度樣本包含不同時刻列車作用下對應(yīng)的加速度值。步驟10b)利用主跨跨中上下游側(cè)對稱位置上各一個光纖應(yīng)變計，將光纖應(yīng)變計配接到應(yīng)變采集系統(tǒng)中，然后利用光纖應(yīng)變計對測點的動應(yīng)變進行采集，將獲取的測點動應(yīng)變信息傳遞到動應(yīng)變采集系統(tǒng)中，形成動應(yīng)變樣本。動應(yīng)變樣本包含不同時刻列車作用下對應(yīng)的動應(yīng)變值。步驟10c)將測速儀配接到車速采集系統(tǒng)中，然后利用測速儀對列車車速進行采集，測速儀將獲取的車速信息傳遞到車速采集系統(tǒng)中，形成車速樣本。車速樣本包含不同列車通過時對應(yīng)的車速值。步驟20)對列車荷載進行分工況：步驟20a)確定本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種高速鐵路鋼桁拱橋車?橋共振性能曲線測定方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟10）采集加速度數(shù)據(jù)、動應(yīng)變數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)樣本；步驟20）對列車荷載進行分工況；步驟30）繪制每一工況下加速度峰值與列車車速相關(guān)性散點圖；步驟40）采用多段線擬合的方法，形成加速度峰值與列車車速共振性能曲線。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟10）采集加速度數(shù)據(jù)、動應(yīng)變數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)樣本；步驟20）對列車荷載進行分工況；步驟30）繪制每一工況下加速度峰值與列車車速相關(guān)性散點圖；步驟40）采用多段線擬合的方法，形成加速度峰值與列車車速共振性能曲線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，其特征在于：所述步驟10）中采集的橋梁加速度數(shù)據(jù)包含不同時刻列車作用下對應(yīng)的加速度值，所述動應(yīng)變數(shù)據(jù)包含不同時刻列車作用下對應(yīng)的動應(yīng)變值，所述車速數(shù)據(jù)不同列車通過時對應(yīng)的車速值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，其特征在于：所述步驟10）的加速度數(shù)據(jù)由設(shè)置在橋梁兩端邊跨跨中的加速度傳感器采集到。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路鋼桁拱橋車-橋共振性能曲線測定方法，其特征在于：所述步驟20）中分工況的具體內(nèi)容為：a.利用列車通過所述步驟10）采集的加速度數(shù)據(jù)，得到兩端加速度數(shù)據(jù)產(chǎn)生峰值的先后...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：丁幼亮，王超，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32