一种基于车桥耦合分析的车桥安全健康评估系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于车桥耦合分析的车桥安全健康评估系统及方法，涉及桥梁健康监测领域，包括车桥耦合分析子系统，其利用桥梁健康监测系统的实测数据对桥梁有限元模型进行修正得到桥梁基准有限元模型，利用桥梁基准有限元模型进行车桥耦合振动分析计算，获得与桥梁健康监测系统的实测数据在同等条件下的理论计算值；桥梁健康状况评估系统，将实测数据与理论计算值相比较，评估桥梁的健康状况；行车安全评估系统，利用车桥耦合振动分析计算得到的理论计算值和实测桥梁振动数据，综合评估行车安全的状况。将理论数据与实测数据相结合，实现定量分析评估桥梁健康及行车安全，提高了评估结果的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，涉及桥梁健康监测领域，包括车桥耦合分析子系统，其利用桥梁健康监测系统的实测数据对桥梁有限元模型进行修正得到桥梁基准有限元模型，利用桥梁基准有限元模型进行车桥耦合振动分析计算，获得与桥梁健康监测系统的实测数据在同等条件下的理论计算值；桥梁健康状况评估系统，将实测数据与理论计算值相比较，评估桥梁的健康状况；行车安全评估系统，利用车桥耦合振动分析计算得到的理论计算值和实测桥梁振动数据，综合评估行车安全的状况。将理论数据与实测数据相结合，实现定量分析评估桥梁健康及行车安全，提高了评估结果的可靠性。【专利说明】-种基于车桥輔合分析的车桥安全健康评估系统及方法
本专利技术设及桥梁健康监测领域，具体设及一种基于车桥禪合分析的车桥安全健康 评估系统及方法。
技术介绍
从上世纪末，结构控制研究热点转向了结构监测系统。十多年来，桥梁成桥监测逐 渐受到关注并得到很大的发展。随着大跨径桥梁的轻柔化及形式与功能的复杂化，桥梁结 构成桥监测系统已经成为国内外学术界、工程界的研究热点。我国在一些已建和在建的大 跨径桥梁上安装有桥梁健康监测系统，对桥梁结构进行长期监测，但是桥梁健康状况评估 和行车安全评估还没有较完善的方法。 目前，桥梁健康监测系统在进行桥梁健康状况评估及行车安全评估时，停留在实 测数据自身的统计分析，如趋势分析、相关性分析和统计分析等，及实测数据自身的统计分 析结果与设计值、规范值之间的对比，如实测值是否超出阔值范围、实测值是否超出规范值 范围等，但是阔值、规范值存在较大范围，不能对实测值给出定量比对，实用性不强。此类分 析方法主要存在W下缺点： (1)阔值往往是一个极限值，在日常运营中一般达不到运个极限值，甚至远小于运 个极限值，当实测值或趋势值超过阔值范围时，桥梁结构可能已经出现较大的损伤； (2)在列车荷载较小，车辆与桥梁振动响应大时，即实测值与真实值出现较大差别 时，实测值可能仍然在阔值范围内，但是实际上实测值已经偏离了规范值。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供将理论数据与实测数据相结 合，定量分析评估桥梁健康及行车安全，提高评估结果的可靠性的一种基于车桥禪合分析 的车桥安全健康评估系统及方法。 为达到W上目的，本专利技术采取的技术方案是:一种基于车桥禪合分析的车桥安全 健康评估系统，包括：[000引车桥禪合分析子系统，其利用桥梁健康监测系统的实测数据对桥梁有限元模型进 行修正得到桥梁基准有限元模型，利用桥梁基准有限元模型进行车桥禪合振动分析计算， 获得与桥梁健康监测系统的实测数据在同等条件下的理论计算值； 桥梁健康状况评估系统，将桥梁健康监测系统的实测数据与经过车桥禪合振动分 析计算得到的理论计算值相比较，评估桥梁的健康状况； 行车安全评估系统，利用车桥禪合振动分析计算得到的理论计算值和实测桥梁振 动数据，综合评估行车安全的状况。 在上述技术方案的基础上，所述车桥禪合分析子系统包括： 桥梁健康监测模块，用于测量影响桥梁结构刚度矩阵和质量矩阵的因素，W及桥 梁结构响应的实测数据； 桥梁有限元模型修正模块，用于根据待评估桥梁结构响应的实测数据修正桥梁有 限元模型，并得到桥梁基准有限元模型； 车桥禪合振动分析模块，用于利用桥梁基准有限元模型进行车桥禪合振动分析计 算，获得与桥梁健康监测系统的实测数据在同等条件下的理论计算值。 在上述技术方案的基础上，所述桥梁结构响应的实测数据包括桥梁自振频率、应 力、变形。 -种基于车桥禪合分析的车桥安全健康评估方法，步骤如下： S1、根据桥梁的设计和施工资料建立桥梁有限元模型； S2、根据影响桥梁结构刚度矩阵和质量矩阵的因素，确定结构阻尼形式及影响因 素的参数取值，并根据所述结构阻尼形式及影响因素的参数取值确定桥梁有限元模型需要 修正的参数； S3、利用桥梁健康监测系统的实测数据对桥梁有限元模型需要修正的参数进行修 正，获得与实际桥梁状况相对应的桥梁基准有限元模型； S4、将桥梁基准有限元模型导入车桥禪合振动分析模块中的车桥禪合振动分析程 序； S5、根据桥梁健康监测系统实测的车辆和车速设置车桥禪合振动分析程序的技术 参数，进行车桥禪合振动分析计算； S6、根据桥梁健康监测系统的测点布置，提取相应的车桥禪合振动分析理论计算 值； S7、从桥梁健康监测系统数据库中查询与车桥禪合振动分析相应时间段的实测数 据； S8、将实测数据和理论计算值进行分析比较，评估桥梁的健康状况； S9、利用车桥禪合振动分析计算得到的列车走行性参数和实测桥梁振动参数，对 列车的行车安全进行综合评估。 在上述技术方案的基础上，步骤S5中所述的车桥禪合振动分析计算采用分离迭代 的方法，具体步骤如下： 令迭代次数i = 〇; ①提取t时刻的桥梁响应为迭代初始值，利用车桥禪合条件和路面不平整度计算 车辆轮对的运动参数； ②更新车辆荷载，利用t时刻的车辆响应求解t+At时刻的第i次迭代的车辆振动 响应，其中At为时间增量； ③根据第i次迭代的车辆振动响应更新桥梁运动方程荷载；④利用t时刻的桥梁响应求解t+ Δ t时刻的第i次迭代的车辆振动响应； ⑤判断第i次和第i-1次迭代的结果是否收敛，如果不收敛，则第i次迭代的桥梁振 动响应为迭代初始值循环步骤①至步骤⑤进行第i+1次迭代； 直至收敛，保存迭代的结果进入下一时刻的迭代。 在上述技术方案的基础上，步骤S9中所述的列车走行性参数为列车脱轨系数。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于： (1)本专利技术的一种基于车桥禪合分析的车桥安全健康评估系统包括车桥禪合分析 子系统、桥梁健康状况评估系统和行车安全评估系统，将理论数据与实测数据相结合，实现 定量分析评估桥梁健康及行车安全，提高了评估结果的可靠性。 (2)本专利技术的车桥禪合分析程序计算结果能够对没有安装传感器但又需要关注的 桥梁部位结构响应的重要参数补充数据，从而全面准确地掌握整个桥梁的健康状况。 (3)本专利技术通过将理论数据与实测数据相比较，利用校验系数、脱轨系数、减载率 等参数较好地和《铁路桥梁检定规范》、《高速铁路设计规范》(试行)等规范相结合进行综合 评估。【附图说明】 图1为本专利技术实施例中一种基于车桥禪合分析的车桥安全健康评估系统总体框架 图； 图2为本专利技术实施例中一种基于车桥禪合分析的车桥安全健康评估系统实施流程 图； 图3为本专利技术实施例中桥梁有限元模型修正模块实施流程图； 图4为本专利技术实施例中车桥禪合振动分析模块实施流程图。【具体实施方式】 W下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。 参见图1、图2所示，本专利技术实施例提供一种基于车桥禪合分析的车桥安全健康评 估系统及方法，包括： 车桥禪合分析子系统，其利用桥梁健康监测系统的实测数据对桥梁有限元模型进 行修正得到桥梁基准有限元模型，利用桥梁基准有限元模型进行车桥禪合振动分析计算， 获得与桥梁健康监测系统的实测数据在同等条件下的理论计算值； 桥梁健康状况评估系统，将桥梁健康监测系统的实测数据与经过车桥禪合振动分 析计算得到的理论计算值相比较，并结合相应的规范综合评估桥梁的健康状况； 行车安全评估系统，利用车桥禪合振动分析计算得到的理论计算值和实测桥梁振 动数据，并结合相应的规范综合评估行车安全的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车桥耦合分析的车桥安全健康评估系统，其特征在于，包括：车桥耦合分析子系统，其利用桥梁健康监测系统的实测数据对桥梁有限元模型进行修正得到桥梁基准有限元模型，利用桥梁基准有限元模型进行车桥耦合振动分析计算，获得与桥梁健康监测系统的实测数据在同等条件下的理论计算值；桥梁健康状况评估系统，将桥梁健康监测系统的实测数据与经过车桥耦合振动分析计算得到的理论计算值相比较，评估桥梁的健康状况；行车安全评估系统，利用车桥耦合振动分析计算得到的理论计算值和实测桥梁振动数据，综合评估行车安全的状况。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳青，毛国辉，许磊平，吴来义，陈斌，邓龙飞，张涛，张少华，詹航，秦中远，
申请(专利权)人：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，中铁大桥南京桥隧诊治有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42