基于GPS-RTK技术和车桥耦合振动分析的桥梁结构动力性能研究

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桥梁结构是国家市政基础设施建设中的重要组成部分,目前,我国桥梁结构的数目和规模均居世界前列。桥梁结构在运营期间受到周围环境、车辆荷载、自身材料老化等多种复杂因素的影响会产生过大的动态变形,甚至出现损伤,影响桥梁结构自身的动力特性。为了分析桥梁结构在不同因素影响下的动力特性,本文主要开展两个方面的研究:在环境激励下实际桥梁结构的动态变形监测方法研究及动力特性分析和在移动车辆荷载作用下连续梁桥结构的动力响应规律研究及动力特性分析,论文的主要研究内容及取得的成果包括以下几个方面:(1)研究了GPS-RTK测量定位技术在桥梁结构动态变形监测中的应用,为改进其测量效果,提出了一种基于自相关函数的EMD滤波和切比雪夫滤波相结合的混合型滤波器,称为AFEC混合滤波器。并将其应用于天津市海河富民桥的现场变形监测数据处理中,结果表明,可有效提取桥梁结构的低频动态位移序列,验证了AFEC混合滤波方法削弱GPS-RTK测量数据中的多路径误差和随机噪声的有效性和准确性。(2)研究了环境激励下连续梁桥结构的动力特性分析,采用扩展的ARMA_RDT模态参数时域识别方法对其进行动力特性求解。首先采用扩展随机减量法(RDT)从测试振动响应信号数据中提取自由振动信号数据,然后将其作为ARMA模型时序法的输入数据进行参数识别,并结合加速度计信号频谱分析可准确识别出结构的前5阶模态频率,验证了扩展的ARMA_RDT模态参数时域识别方法在实际工程应用中的适用性和有效性。(3)基于目前已存在的桥梁结构损伤模拟方法,提出了一种新的钢筋混凝土桥梁结构损伤模拟方法。将桥梁结构的损伤工况考虑进车桥耦合振动响应影响因素中,编制基于Matlab和Ansys的车桥耦合振动数值模拟程序对移动车辆荷载作用下的无损或者损伤连续梁桥的动态响应进行数值分析,通过数值分析结果与车桥耦合振动室内模型试验测试结果进行对比,吻合度较高,验证了提出的损伤模拟方法的准确性。(4)为研究移动车辆荷载作用下桥梁结构的动力特性,提出了一种M-HHT时频分析方法,以对传统HHT方法存在的多种缺陷进行改进。并将M-HHT方法应用于人工合成信号的时频分析和车桥耦合振动响应的动力特性分析中,可以准确的提取出分析信号的固有频率,验证了M-HHT时频分析方法具有很强的适用性及准确性。(5)研究了移动车辆荷载作用下的无损及损伤连续梁桥的振动响应规律。通过开展车桥耦合振动室内模型试验,构造不同级别的桥梁结构损伤工况,对测试的动态响应进行分析,深入揭示了车辆行驶速度、车辆重量、路面不平顺等级和桥梁结构损伤程度等影响因素对连续梁桥动态响应的影响规律。结果表明,车辆行驶速度和路面粗糙度对移动车辆荷载作用下连续梁桥动态响应影响较大。
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