一种铁路桥梁下部结构健康状态定量评价方法技术

本发明专利技术公开了一种铁路桥梁下部结构健康状态的定量评价方法，采用重锤为激励源，横桥向和顺桥向冲击桥梁下部结构，测得其整体和局部振动模态。建立桥梁下部结构动力分析模型，以支座刚度、墩身刚度和基础约束等结构参数为未知量，以实测模态为目标，采用优化算法对有限元模型进行修正，识别下部结构实际支座刚度参数、墩身刚度参数和基础约束刚度参数，然后将识别值和设计值进行对比来定量评价桥梁下部结构的健康状态。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种铁路桥梁下部结构健康状态定量评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)桥墩冲击振动试验自桥墩墩顶至地面，沿墩身高度布置多个横向传感器，用力锤横桥向冲击桥墩，测量桥墩的横桥向动力响应；然后将传感器转到顺桥向布置，用力锤纵向冲击桥墩，测量桥墩的顺桥向动力响应；步骤2)建立桥墩系统简化分析模型忽略梁和轨道对桥墩的约束，将梁结构和恒载质量之和的总质量M作为集中质量加在墩顶，建立起顶部具有集中质量的悬臂梁模型，用集中质量法把桥墩离散成多自由度模型：各单元用没有质量的梁单元来模拟，其质量平均分配给各节点，墩身的横桥向刚度系数EIx或顺桥向刚度系数EIy等于材料弹性模量E与梁单元截面惯性矩Ix或Iy的乘积；桥墩基础底部约束用横桥向水平弹簧Khx或顺桥向水平弹簧Khy、垂直弹簧Kv和横桥向扭转弹簧Krx或顺桥向扭转弹簧Kry来模拟，简化分析模型用来模拟实际的桩基础和扩大基础桥墩，桥墩的初始设计参数为E0Ix或E0Iy、k0、Khx0或Khy0、Kv0和Krx0或Kry0；步骤3)桥墩模态识别包括桥墩横桥向振动模态识别和桥墩顺桥向振动模态识别，具体为将测得的桥墩横桥向和顺桥向动力响应采用时间域随机子空间方法进行分析，识别桥墩的横桥向整体摆动模态、横桥向局部振动模态和顺桥向局部振动模态，各模态以频率freqei，振型[φei]表示，i＝1，2，3；步骤4)桥墩有限元模型修正及健康状态评价将桥墩的实测的模态频率freqei，振型[φei]为目标值，计算桥墩的理论频率freqxi和振型[φxi]，建立目标函数：F=Σi=1nωfi|freq2xi-freq2eifreq2ei|+ωmi|1-MACxi|---(1)]]>其中：ωfi和ωmi分别为频率和振型的权重，采用约束优化算法对建立的简化分析模型进行修正，使公式(1)表示的残差满足设定的收敛准则(2)和(3)：Fn(EI,k,Kh,Kv,Kr)≤ξ    (2)|Fn+1‑Fn|/Fn≤ε&n＞N    (3)式中：n为迭代次数，ε(％)为容许误差，ξ为容许残差，N为限定最大迭代次数；经过优化可得到桥墩系统实际的物理参数E1Ix或E1Iy、k1、Khx1或Khy1、Kv1和Krx1或Kry1；用弹性模量变化来模拟桥墩损伤，定义桥墩的健康状态指数：θ1＝E1/E0；θ2＝k1/k0；θ3＝Krx1/Krx0；θi≥1(i＝1,2,3)表明桥墩技术状态满足设计要求；θi<1(i＝1,2,3)，则表明相应部件不满足设计要求，并且可确定相应的损伤程度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：战家旺，张楠，夏禾，胡所亭，蔡超勋，
申请(专利权)人：中国铁路总公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11