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车轮冲击力测量与桥梁性能快速评估
| 论文题名： | 车轮冲击力测量与桥梁性能快速评估 |
| 关键词： | 桥梁结构;动力分析;车轮力;胎压监测 |
| 摘要： | 桥梁作为跨越地理限制的交通基础设施，其建成后的维护管理与性能评估具有重大意义。本文提出一种基于移动车辆的“连续式”快速测试方法，希望达到测试车驶过桥梁即可获得结构动力参数的效果:一方面相比传统需要更换多个冲击点、进行分块测试的“间歇式”冲击振动测试，大大提高测试效率;另一方面，基于输入荷载和输出响应都可测的优势，对桥梁模态参数进行深层次的挖掘并支持性能评估。针对其中的关键问题——车轮力（输入荷载）的测量，本文提出一种基于动态胎压监测的竖向车轮力测量方法，并分别进行了理论研究和试验验证。然后，在车轮力已知的基础上，针对连续车轮力与点式冲击力的差异，提出了适合连续车轮力的结构参数识别理论，达到了可识别基本模态参数（如频率、阻尼、振型）和深层次结构参数柔度的效果。 本文的主要内容如下: (1)建立了以轮胎气压为基础的竖向车轮力计算模型。首先，从理论上介绍了由气腔共振和冲击波传递引起的两类胎压不均匀分布现象和其对监测数据的影响，并从信号预处理角度提出了一些对策。其次，假设胎压与车轮力之间存在线性关系，使用频响函数建立其黑盒模型。第三，基于热力学和车轮动力学，建立了灰盒模型，并引入扩展卡尔曼滤波算法标定其中的模型参数。第四，完善了文献中基于胎压与接地面积乘积的车轮力计算方法，建立了白盒模型。 (2)在试验室条件下对上述的车轮力模型进行了验证并对讨论了其工程适用性。首先，对提出的两类胎压不均匀分布现象进行了验证。其次，分别就静止车轮受到冲击和近似匀速直线滚动车轮受到冲击两种情况，比较了黑盒、灰盒和白盒三种模型的计算效果，还对载重、车速、路面障碍和传感器位置的等因素变化的影响进了研究。主要的结论有:①就准确度和鲁棒性而言，灰盒模型最好，黑盒次之，白盒最次;②虽然试验中的载重和车速与真实情况相差较大，但是随着载重和车速的增加，胎压数据的信噪比增强，车轮力有更好的反演效果;③同一组灰盒模型参数对于实际工程中最不可控的因素——路面不平度，具有较强的鲁棒性，这意味着该模型有希望应用于工程实际中给定载重、给定车速和给定充气胎压的近似直线行驶工况。 (3)提出了适合连续车轮力的桥梁结构动力分析理论。首先，利用等效荷载分配思想将作用于无限自由度的连续力转化为作用于有限自由度的节点力。其次，利用复模态指示函数方法识别了结构的基本模态参数和位移柔度。最后，通过对第三章中滚动车轮试验的简支梁进行的结构识别，验证了所阐述理论的有效性。 |
| 作者： | 陈钊 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张建;张宇峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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