基于移动车辆的桥梁快速测试与评定研究

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桥梁评定是保障其运营安全的关键,通常采用静载试验,通过测量桥梁最不利位置处的静载挠度值和应变值,计算桥梁的挠度或应变校验系数来评定桥梁的承载能力,但静载试验存在阻断交通、测试成本高、试验周期长和效率低等问题。尽管动载试验能有效避免上述问题,但目前基于动载试验的桥梁评定理论与方法尚不成熟。鉴于此,本文以基于动载试验的桥梁评定为目标,通过理论推导、数值分析和试验,提出了基于移动车辆激励的桥梁快速测试与评定方法。首先,从理论上推导了桥梁柔度矩阵与部分桥梁挠度影响线矩阵的比例关系;其次,采用解析模态分解法提取基于移动车辆的桥梁挠度响应的准静态分量,并通过多项式拟合得到桥梁挠度影响线;再次,基于已知挠度影响线和比例关系,识别桥梁柔度矩阵;然后,利用该柔度矩阵估计桥梁静载挠度,进而计算出桥梁挠度校验系数,实现对桥梁状况的评定;最后,通过数值算例、模型试验和实桥试验验证了本文提出的桥梁评定方法的有效性。本文主要工作和结论如下:(1)详细介绍了桥梁评定方法的研究背景和现状。(2)提出了基于移动车辆激励的桥梁评定理论。首先,推导了柔度矩阵与部分桥梁挠度影响线之间的物理关系;然后详细介绍了桥梁挠度影响线的提取方法;最后,基于桥梁柔度矩阵计算出挠度校验系数,并应用于桥梁状态评定。该方法通过移动车辆试验,仅需少量位移传感器,即可快速识别高精度的桥梁柔度矩阵,进而评定桥梁状况;避免了构造柔度矩阵过程中需识别桥梁质量归一化振型的困难,以及传统静载试验存在阻断交通、测试成本高、试验周期长和效率低等的问题。(3)通过数值算例、模型试验和实桥试验对本文方法进行验证。首先,设计简支梁桥和连续梁桥算例,通过少量测点的桥梁挠度响应识别桥梁柔度矩阵,并评定桥梁状况;系统研究了移动车辆参数、传感器数量和布置位置等因素对桥梁柔度矩阵识别精度的影响;其次,在实验室内制作试验模型,通过移动车辆激励下的桥梁挠度响应识别桥梁柔度矩阵,并对比静载挠度的测量值与估计值;最后,将本文方法应用于评定一座五跨连续梁实桥的状况。数值算例、实验室试验和实桥试验验证了基于移动车辆的桥梁快速测试与评定方法的有效性和优越性。
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