[發明專利]一種基于橋面高程的車橋共振信息獲取方法

在審

• 申請號: 202211348416.3
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115828368A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 葉雨山;蔡迎春;馮大闊;盧海陸;胡彬;徐建國;王清山;陳靜;曾鳳娟;孟慶鑫
• 申請（專利權）人: 中國建筑第七工程局有限公司;鄭州大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 鄭州中鼎萬策專利代理事務所(普通合伙) 41179
• 代理人: 孔祥平

本發明提出了一種基于橋面高程的車橋共振信息獲取方法，首先建立1/4車的動力模型，采用實際橋面縱斷面高程數據，利用精細積分方法求解車輛振動響應；然后利用車輛響應作為激振輸入開展橋梁動力有限元方法，得到橋梁的振動響應；最后將橋梁的動位移耦合到縱斷高程，按照時間迭代步驟，進入下一計算步，直至車輛經過全橋的總時間，形成車橋共振分析新方法。該方法能夠考慮實際橋面高程的不平整，耦合分析車輛與橋梁的相互作用，得到車輛和橋梁振動響應，為開展車橋共振的橋梁損傷識別提供新手段。

技術領域

本發明涉及橋梁的承載力快速檢測及損傷識別技術領域，具體涉及一種基于橋面高程的車橋共振信息獲取方法。

背景技術

橋梁作為公路與鐵路交通的控制工程，其使用性能和運行安全長期受到廣泛關注，因此橋梁的承載力快速檢測及損傷在線識別一直成為行業的研究熱點。

近年來，基于車橋共振的橋梁評價技術，因為不需要中斷交通，能夠快速實現橋梁承載力測試與損傷識別深受歡迎。但是大部分車橋共振分析技術，在進行車橋共振分析時，主要依賴于車-橋之間平整度的功率密度普或簡諧函數的組合來模擬橋面高程變換，這種模擬也是大量統計結果，能夠一定程度上反應橋面的不平整性。

但是每座橋梁的不平整性具有各自的不同屬性，這種統計結果很難真實反應實際橋面不平整度。將會導致分析結果很難真實反應當前測試橋梁的動力信號，給下一步的數據分析帶來不確定性。而橋面高程是橋面不平整性的客觀反應，因此如何真實利用橋面高程，開展車橋共振分析具有較強的實踐價值。

當前基于車橋共振分析中，往往將車輛假設成1/4車、1/2車等模型，然后采用Runge-kutta法、Newmark、Wilsin-θ、傳遞矩陣等方法求解。這些方法求解車橋共振時，沒有考慮實際橋面縱斷面高程變化帶來的橋面不平整的車輛動力響應，并且對1/4車動力模型求解時，多數采用了歐拉線性近似方法；這種線性近似歐拉算法，只有當時間間隔很小的時候，才能得到較好真實解，計算誤差會隨著計算時間間隔增大而增大，因此現有的車橋共振計算方法誤差較大，基于此，研究一種基于橋面高程的車橋共振信息獲取方法是必要的。

發明內容

基于以上不足之處，本發明提出一種基于橋面高程的車橋共振信息獲取方法，針對現有的線性近似歐拉算法，在具體使用時存在一定的缺陷，適用范圍有限，只有當時間間隔很小的時候，才能得到較好真實解，存在誤差大的問題。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于橋面高程的車橋共振信息獲取方法，根據實際橋面高程數據，利用精細積分方法，求解車輛的振動響應，將車輛響應作為橋梁振動激勵，開展橋梁動力響應分析，得到橋梁動力響應；將橋面高程減去此時刻橋梁的動位移，更新橋面高程，重復開展一下時間步的車橋后河分析，直至全橋響應分析結束，耦合具體步驟如下：

步驟一，建立車輛的1/4模型動力方程，將汽車簡化成1/4車模型，建立車輛的動力方程；

步驟二，基于橋面高程數據，利用精細積分方法，求解車輛的動力方程，得到車輛的當前時刻的動力響應；

步驟三，將車輛振動響應作為激勵，利用有限元分析橋梁的動力響應，得到橋面動位移、速度和加速度；

步驟四，將橋面高程減去橋梁動位移，更新橋面高程，進入下一分析時間步；

步驟五，重復步驟2至步驟4，可得到車輛駛過全橋的總時間內車橋的各自響應。

進一步的，將車輛簡化成1/4車，并對車輛模型的動力方程進行簡化，得到動力方程式；簡化后的車輛模型動力方程為；

上式中，C_s—懸掛阻尼；k_s—懸掛彈簧系數；k_t—輪胎彈簧系數；m_s—懸掛質量；m_u—簧下質量；