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基于虚拟接触点响应的铁路简支桥梁模态参数及损伤识别研究
| 论文题名： | 基于虚拟接触点响应的铁路简支桥梁模态参数及损伤识别研究 |
| 关键词： | 铁路简支梁桥;车桥耦合;虚拟接触点响应;模态识别;损伤评价 |
| 摘要： | 随着铁路运营里程不断增长，铁路简支梁桥数量也急剧增加，其健康状况的评估对于铁路运营也变得愈发重要。利用车辆响应识别桥梁模态信息并进行桥梁健康检测相比传统在桥梁上安装传感器更加高效，更适用于大量的中小跨桥梁健康状况评估。但既有的识别桥梁模态信息和损伤的间接测量法受车辆振动和轨道不平顺的影响较大，同时仅适用车速较低情况。在上述背景下，本文以铁路简支梁为研究对象，提出了适用于单轴车，双轴车和四轴车的虚拟接触点响应理论，并利用该方法进行了桥梁模态参数识别和梁体损伤评估研究。同时建立了三维车桥耦合模型，提出了利用轴箱加速度响应识别支座脱空的方法。本文主要研究成果如下： （1）推导了单轴车与双轴车的虚拟接触点响应理论公式，提出了基于虚拟接触点响应的桥梁频率与振型识别方法。通过数值模拟方法识别得到的桥梁模态频率和振型与理论公式计算结果吻合较好，从而验证了所提方法和理论的可行性。 （2）推导了四轴铁路车辆接触点响应理论公式，提出了基于铁路车辆虚拟接触点响应的桥梁自振频率识别方法，分析了桥梁阻尼，车速和轨道不平顺等因素对虚拟接触点响应影响规律。数值模拟结果和理论计算结果吻合良好，从而将基于虚拟接触点响应频率识别方法推广到铁路领域。 （3）提出了利用多节铁路车辆虚拟接触点响应串联的方式提高有效信号长度和消除轨道不平顺的方法，解决了车辆高速运行时利用单节列车响应无法识别桥梁频率难题。 （4）研究了利用虚拟接触点响应熵谱识别桥梁开裂损伤的理论和方法。数值计算结果表明在有噪声干扰情况下各种损伤组合均能被正确识别，证明方法具有较好的有效性和鲁棒性。 （5）建立了ANSYS与UM联合仿真的车轨桥耦合模型，以车辆轴箱加速度与支座脱空的相关性指标作为训练样本，研究了支座脱空的神经网络分析方法，通过数值模拟方法进行了验证。 |
| 作者： | 刘亚雄 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 战家旺 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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