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基于车桥耦合振动的连续梁桥裂缝状况评估

张凤云  
【摘要】:在车辆驶过连续梁桥的过程中,桥梁不断经历着加载与卸载的反复作用,极易发生病害,如疲劳损伤、产生裂缝等,可能引发较大的结构性破坏,这将直接影响桥梁的服役寿命。因此,桥梁的裂缝状况评估是目前世界各国桥梁工程界较为关注的研究课题之一。本文基于车桥耦合振动理论和小波变换理论,对连续梁桥裂缝状况的评估进行了研究,主要研究工作和成果如下:1.在介绍了车桥耦合振动经典理论的基础上,通过大型数值分析软件ANSYS,利用命令流的方式建立了桥梁和车辆两个子系统,并使之形成耦合作用,编制相应的公路桥梁车桥耦合振动计算分析程序,获得并验证了桥梁跨中位移、车体竖向振动位移、车体竖向振动速度等数据,进行本文的分析。2.重点通过单轴车辆(1/4车辆)模型,对连续梁桥裂缝情况做了分析研究。利用数学分析软件MATLAB,调取小波分析工具箱,通过连续小波变换的小波系数图、小波系数灰度图、小波系数模极大值轨迹图,有效地识别了连续梁桥的裂缝位置、裂缝深度及裂缝数量。其中,裂缝的位置越靠近桥梁跨中越容易识别,当裂缝位于桥梁端部支座处时无法识别;随着裂缝程度的不断增大,小波系数的突变峰值变大,裂缝识别效果更加明显,由模极大值轨迹图亦能观察到裂缝的存在;当连续梁桥存在多处裂缝损伤时,裂缝在小波系数灰度图中表现为多处由下到上的贯穿亮缝,在小波系数图中表现为多处突变峰值。3.研究了车辆模型中车速、车重、车辆弹簧刚度阻尼三组重要参数对连续梁桥裂缝状况识别的影响。经分析得到如下结论:车速小于1m/s时最利于裂缝的识别;车辆质量较大时,裂缝识别效果较好;车辆模型的弹簧刚度阻尼的影响非常小,可忽略不计。4.采用双轴车辆(1/2车辆)模型识别桥梁裂缝时,取车辆前后轮均位于桥上的阶段为研究范围,可得出以下结论:双轴车辆模型的所有位移响应均不能有效识别裂缝的存在;就速度这一维度而言,只有车轴质量点的竖向速度可以大致识别出裂缝的存在。本文研究的连续梁桥裂缝状况评估,可以利用车辆响应来识别桥梁裂缝状况,极大方便了桥梁检测评定的工程实施过程,对桥梁检测监测的科学研究和工程实践有一定的应用参考价值和理论指导意义。


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