三次样条函数在桥梁移动荷载识别中的应用

基于欧拉梁模型，介绍了移动荷载识别的一般原理，提出采用三次样条曲线拟合来识别桥梁移动荷载的方法，用三次样条函数逼近桥梁挠度，对逼近函数微分求得桥梁挠曲速度和加速度，并根据模态叠加原理将挠度、速度、加速度转换为模态响应，由模态坐标方程和最小二乘法识别桥上移动荷载。通过计算机仿真，利用算例测试识别误差，获得的结果较理想。     

由响应识别桥上移动荷载

本文介绍一种基于欧拉梁振动理论由桥梁响应识别桥上移动时变荷载的方法，用模态叠加法和最小二乘法由桥梁挠度或应变识别梁的模态位移，采用差分方法得到梁的模态速度和模态加速度，由梁的模态座标方程和最小二乘法识别桥上移动荷载，并通过计算机仿真说明测试误差、桥梁跨度及荷载间距对识别结果的影响     

桥上列车移动荷载参数自动识别系统试验

提出了一种用于列车移动荷载参数自动识别的系统,并制作了等截面简支钢梁和试验列车模型进行试验研究。利用基于图像处理技术的桥梁动态位移采集系统,获取模型桥梁测点位置的动态位移响应,同时利用自行设计的列车模型参数采集系统获取列车模型的移动速度、轮轴个数和轴间距,最后采用桥梁列车多轴移动荷载识别系统识别出列车轴重荷载值。通过对不同移动速度、不同测点个数下列车参数识别效果的分析,验证了本文所述列车移动荷载参数自动识别系统的可行性和准确性,为今后荷载识别系统的实际应用做好准备。     

船舶撞击作用下车桥系统动力响应及高速列车运行安全分析

将船舶撞击力时程作为系统的外部激励,建立了撞击荷载作用下的车桥系统动力分析模型。以一座 (32+48+32) m双线预应力混凝土连续梁桥和国产CRH2高速列车为例,模拟船舶撞击力作用于桥墩时列车过桥的全过程,分析了桥梁和车辆的动力响应。结果表明：船舶撞击作用大幅度增大了桥梁的横向位移和加速度响应,显著影响了桥上高速列车的运行安全。探讨了船舶撞击荷载作用下的桥上高速列车走行安全评价方法,综合分析了列车速度和荷载撞击强度对列车运行安全的影响,在此基础上给出了列车速度－撞击力强度安全阈值曲线。     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

基于移动荷载谱的桥梁竖向自由振动最大响应研究

该研究提出了基于移动荷载谱的桥梁自由振动最大响应的频域分析法。该方法在频域内,采用傅里叶变换得到移动荷载作用在桥梁上的移动荷载谱及桥梁振动位移响应谱;并以理论推导与数值分析相结合的方法建立了移动荷载幅值谱最大值对应的无量纲速度与轴跨比(荷载轴距与桥梁跨径的比值)之间的关系;根据该关系提出了移动荷载作用下桥梁自由振动最大位移响应时的速度公式,该速度明显不同于共振速度。以两座不同跨径的简支梁桥为例,在时域内通过改变不同的轴跨比与移动荷载速度,计算桥梁自由振动最大位移响应,以此验证了频域分析结果的正确性。研究结果表明:基于移动荷载谱能够有效反映移动荷载作用下桥梁自由振动最大响应;当轴跨比为0.72时,引起的桥梁自由振动最大位移响应最小;当轴跨比为0与1.47时,引起的桥梁自由振动最大位移响应最大;移动荷载以速度公式获得的速度行驶,将会使得桥梁自由振动产生最大位移响应。     

板梁桥上移动荷载识别

用正交异性理论分析桥梁结构桥梁振动，用模态叠加法和最小二乘法将正交异板的挠度减应变变换为板的模态位移，采用差分方法得以板的模态速度和加速度，由板的模态座标方程和最小二乘法识别板上移动荷载。     

移动荷载下高速铁路简支梁桥消振机理频域分析

桥梁动力响应问题随着列车运营速度的不断提高也愈加明显。为了保证列车在高速运行下引起的桥梁动力响应在安全范围内,则对建立列车运营时速与桥梁位移响应幅值之间的关系显得尤为重要。因此,针对多个移动荷载激励下桥梁消振机理提出了一种行之有效的频域分析方法。该方法首先对桥梁运动方程采用傅里叶变换,得到移动荷载匀速通过桥梁时的移动荷载傅里叶幅值谱;然后基于移动荷载傅里叶幅值谱,建立了移动荷载速度与桥梁消振效应之间的关系;最后以高速铁路简支梁为例验证了理论推导及分析的正确性和速度公式的有效性。结果表明:由频域得到的移动荷载傅里叶幅值谱能有效反映桥梁自由振动,与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致;非等间距移动荷载作用下桥梁发生消振现象时,第一类移动荷载消振速度仅与桥梁跨度、基频有关,第二类移动荷载消振速度与桥梁基频、移动荷载间距有关。     

流冰撞击力作用下列车–简支梁桥耦合振动分析

建立撞击荷载作用下列车‐桥梁系统动力分析模型,将现场实测的流冰撞击力时程作为系统的撞击荷载。通过计算机仿真分析,对流冰撞击作用下高速铁路桥梁的动力响应及其对桥上列车运行安全的影响进行研究。采用自编程序模拟列车过桥的全过程,计算分析7 m×24 m简支箱梁桥在流冰撞击力作用下动力响应及桥上高速列车的动力响应。计算结果表明,在实测流冰撞击力作用下,桥梁横向加速度以及车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标在列车速度250 km/h以上时超过容许值,说明流冰撞击作用对车桥系统耦合振动响应具有较大的影响。     

铁路桥梁与高速列车的动力试验研究

在我国秦沈客运专线狗河大桥进行了高速列车作用下的动力试验。试验桥梁由跨度24m的多跨预应力混凝土简支箱梁构成,试验荷载为我国自行制造的中华之星和先锋号列车,其最高试验速度分别达到321.5km/h和290km/h。通过现场试验和实验结果分析,得到了桥梁的频率、阻尼等自振特性,梁的动挠度和横向位移、梁体振动加速度、墩顶横向位移等动力响应,以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、轮轨力、车体振动加速度等动力特性。试验结果表明客运专线24m预应力混凝土箱梁在高速列车作用下的各项动力学指标良好,中华之星和先锋号高速列车具有良好的行车安全性和平稳性。     

由有限元-Wavelet-Galerkin法识别桥面移动载荷

基于欧拉梁模型，将有限元法与Wavelet—Galerkin法相结合应用于车桥系统移动载荷识别中，建立了一种动载荷识别的新方法。该方法的优点在于利用小波识别的方法将原来复杂的微分方程（组）分解成小波空间里互相独立的线性方程（组），简化了计算，同时也消除现有方法如力平衡法Ⅱ、有限元法等由位移（应变）信号得到速度、加速度信号过程中的拟合求导的误差。文中讨论了测点排布，采样频率等因素对识别精度的影响，数值仿真表明该方法能正确而方便地进行车桥系统的移动载荷识别。     

桥梁移动荷载识别的不适定性及其试验研究

对桥梁移动荷载识别方程不适定问题进行研究，提出采用预处理共轭梯度法（PCGM）求解超定方程组，通过选择不同的预优矩阵，改善和解决超定方程组的欠秩和病态问题。为验证基于PCGM方法的现场实用性，设计制作了车桥试验模型，通过试验采集到的桥梁弯矩响应数据识别桥面移动荷载。比较桥梁模态数、预处理共轭梯度法迭代次数、桥面粗糙度、车辆重量以及测点选择对识别结果精度的影响后，研究结果表明：基于PCGM方法能够很好地识别车辆荷载，收敛较快且能较好改善荷载识别方程的不适定性。     

基于小波有限元法的连续梁移动荷载识别

将待识别车载简化为移动荷载投影到小波空间;车载所作用的连续梁模型以小波尺度函数为插值函数,以小波有限元法为建模方法,并通过单元转换矩阵实现了小波空间向物理空间的变换;采用部分加速度信号作为测得动响应数据,据此积分求出速度与位移响应并用于识别移动荷载。识别方法则借助了动态规划法与正则化法,避免了时程分析中的振荡现象。仿真算例验证了小波有限元用于连续梁模型移动荷载识别的可行性,且单元数较少;识别过程中所用一阶Tikhonov正则化法具有平滑去噪能力。     

基于矩量法的桥梁移动车载识别试验研究

基于矩量法和移动荷载识别理论，采用整域基函数——正交勒让德多项式表达桥面移动车载，从车致桥梁弯矩响应识别桥面移动车载，提出了一种时域移动荷载识别改进方法（ITDM）。利用试验测量的车致桥梁弯矩响应时程数据重点研究了几个主要参数对ITDM的影响，这些参数包括：基函数数量、模态数、测点数及测点位置和运行时间等，同时与时域法（TDM）进行了对比研究。试验研究结果表明：ITDM性能与TDM相若，但ITDM更以适应性强和省时而优于TDM，这对于桥梁移动荷载的现场在线准确识别非常有利。     

动载荷时域半解析识别方法

基于模态空间转换、离散数据最小二乘拟合与模态叠加原理,提出一种动载荷时域半解析识别方法。通过模态空间转化将动载荷识别问题转化为模态坐标函数识别问题,以结构特性参数与已知自由度上的动响应为输入,利用最小二乘拟合得到模态坐标的拟合函数,根据叠加原理与结构动力学控制方程,识别出结构时域动载荷。分别用计算仿真与试验测试得到的时域加速度响应作为输入,实现时域动载荷的识别。识别结果与真实动载荷对比表明,本文的识别方法能较准确地识别结构动载荷值及载荷作用部位。     

移动荷载识别的函数逼近法

由多式函数,三角函数及其结合逼近桥梁挠度,对逼近函数分求得桥梁挠曲速度和加速度,用最小二乘法由桥梁挠度及近似的挠曲速度和加速度识别桥梁的模态位移、模态速度和模态加速度,由梁的模态座标方程和最小二乘法识别上移动荷载。与以前的识别方法相比,函数逼近的识别方法受测量噪声的影响较小。     

简支梁桥动力系数的移动荷载列分析

基于移动荷载列通过简支梁桥的解析模型, 从理论上揭示出决定桥梁动力系数的关键参数。为满足运用模态叠加法对全桥各位置进行动力分析的精度要求, 提出了必要模态数的概念, 确立了所需桥梁模态数量的判定原则。以8 节编组列车通过某20m跨度简支梁桥为例, 分析了常用几种不同简化列车荷载模型对动力系数的影响, 结果表明:动力系数定量分析时应采用可表征实际轮轴位置的移动荷载列模型。     

简支梁桥与多跨连续梁桥上移动荷载的识别与参数分析

移动车辆荷载反复作用会导致桥梁疲劳损伤甚至破坏,移动荷载识别是桥梁健康监测的重要措施之一。采用样条函数逼近法对简支梁桥与多跨连续梁桥上的移动荷载进行识别和参数分析。基于模态叠加法和梁固有振动的精确解,建立了移动荷载作用下简支梁和连续梁的运动方程;利用样条最小二乘法逼近桥梁应变响应,由样条数值微分求得响应导数;再通过Tikhonov正则化方法结合奇异值分解技术得到了荷载识别的正则解。对一简支梁和一三跨连续梁进行了数值仿真,并对一些影响因素进行了参数分析。利用已有的试验数据验证了方法的可靠性。结果表明,样条函数逼近法能有效地识别简支梁与连续梁桥上的移动荷载,具有很强的实用性和抗噪性能;而且简支梁桥上的荷载识别精度和抗噪性能高于连续梁桥;利用Tikhonov正则化方法可得到荷载识别的稳定解,并有利于提高识别精度,降低对噪声的敏感性。