桥梁动力冲击系数提取方法技术
【技术实现步骤摘要】
桥梁动力冲击系数提取方法
本专利技术涉及土木工程
，尤其涉及一种桥梁动力冲击系数提取方法。
技术介绍
桥梁动力冲击系数(impactfactor,IM)或动力放大系数(dynamicamplificationfactor,DAF)，IM＝DAF-1，是由动荷载(如移动车辆)所导致的与桥梁设计、检测维护、评估等密切相关的重要指标，精确的动力冲击系数有利于桥梁设计的经济性与安全性，而对于现有桥梁而言动力冲击系数则是与桥梁管理、评估相关联的重要参数。针对当前高速、重载汽车日益增多的背景条件下，研究高速公路桥梁动力冲击系数具有重要的工程实用价值。截至目前，多数国家桥梁设计规范对冲击系数的规定均不相同。美国桥梁规范(AASHTO)、新西兰桥梁规范(NZTA)、欧洲规范(CEN)、日本规范(JRA)、韩国规范(KBDS)均是基于桥梁跨径来规定DAF的取值，其中欧洲规范对于不同车道数桥梁的动力冲击系数规定亦有不同，日本规范对钢桥、混凝土桥等不同类型桥梁有分开规定；中国公路桥涵设计通用规范(MTPRC2004)基于桥梁固有频率来规定DAF值；加拿大规范(CHBDC)根据车辆...
【技术保护点】
一种桥梁动力冲击系数提取方法，其特征在于，包括：采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从桥梁一端上桥并以匀速v过桥，以频率f进行采样，得到桥上测点动力响应；所述动力响应包括动应变、动挠度；采用分段多项式拟合桥梁动力响应中的准静态部分，并采用一系列正弦曲线叠加拟合桥梁动力响应中的波动部分，根据最小二乘原理拟合计算，获得反映桥梁静态特性的影响线信息；根据所述车辆中车轮与路面竖向接触力、轮胎类型、轮胎气压因素确定轮胎‑路面接触力分布模型及对应的接触力分布函数；以所拟合的实际桥梁固有影响线信息为基础，结合所述接触力分布函数计算所述车辆通过所述桥梁时的准静态响应z(x)，然后以IM＝max...
【技术特征摘要】
1.一种桥梁动力冲击系数提取方法，其特征在于，包括：采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从桥梁一端上桥并以匀速v过桥，以频率f进行采样，得到桥上测点动力响应；所述动力响应包括动应变、动挠度；采用分段多项式拟合桥梁动力响应中的准静态部分，并采用一系列正弦曲线叠加拟合桥梁动力响应中的波动部分，根据最小二乘原理拟合计算，获得反映桥梁静态特性的影响线信息；根据所述车辆中车轮与路面竖向接触力、轮胎类型、轮胎气压因素确定轮胎-路面接触力分布模型及对应的接触力分布函数；以所拟合的实际桥梁固有影响线信息为基础，结合所述接触力分布函数计算所述车辆通过所述桥梁时的准静态响应z(x)，然后以IM＝max(y)/max(z(x))–1计算桥梁动力冲击系数，其中，y为实际测点测试得到的动力响应。2.根据权利要求1所述的桥梁动力冲击系数提取方法，其特征在于，所确定的接触力分布模型采用梯形分布模型来描述轮胎与地面间的竖向接触力；所述接触力分布函数为：其中，fi(ξ)表示第i轴与桥面接触斑的接触力分布函数；Le为所述梯形分布模型中起始过渡区的长度，Lc为所述梯形分布模型中均匀分布区的长度；qc为所述梯形分布模型中均匀分布区的应力。3.根据权利要求2所述的桥梁动力冲击系数提取方法，其特征在于，所述准静态响应z(x)为：其中，x为车辆荷载作用位置，num为车轴数量，Li表示第i轴接触斑总长度，I为桥梁影响线函数：其中，Lb表示桥梁跨度，a表示测点到上桥起始点的距离，x表示单位荷载在桥上移动过程中，荷载到上桥起始点的距离，为变量，取值(0，Lb)；a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3为参数。4.根据权利要求3所述的桥梁动力冲击系数提取方法，其特征在于，当所述桥梁为简支梁时，桥梁影响线函数的参数a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3的求解包括：一方面、从车辆经过桥梁时产生的动力响应中选取第一轴上桥至最后一个轴出桥的响应为研究对象，将其定义为R；该段响应的数据总点数为K，则R记录为R＝{r1,r2,...,rK}；同时，定义时间T＝{t1,t2,...,tK}，速度V＝{v1,v2,...,vK}，以及第一轴与起始点距离X＝{x1,x2,...,xK}；在初始时刻，x1＝0,t1＝0,且由于采样频率一定，tj+1-tj＝△t＝1/f，则对于任一时刻k，第一轴与起始点距离xk表示为：一方面、实测响应R的静力响应部分RS主要由车辆的重量决定，其拟合方程如下：是K×1的向量，它表示桥梁响应静力部分的拟合值；[H1]是一个K×8的矩阵，它由车辆的轴重、轴距、行驶速度以及采样频率决定；{λ}＝{a3a2a1a0b3b2b1b0}T为待求影响线的系数向量；公式(6)中，i表示车辆的第i轴,mi表示轴重，[Mi]是用于影响线叠加的系数矩阵，其中，除第pi行与第qi行之间的对角线为1为，其他元素都为0；[Wi]是用于组建影响线的系数矩阵，[Wi]×{λ}表示车辆第i轴作用叠加时涉及到的影响线；pi,qi和si分别是车辆第i轴上桥、出桥和经过测点时相对应的采样点点号；且：p1＝1，xp1＝0，xpi≤di，xpi+1>di；xqi≤Lb+di，xqi+1>Lb+di；xsi≤a+di，xsi+1>a+di，di表示车辆第i轴与第1轴之间的距离，d1＝0；一方面、多轴车辆经过简支梁桥时，响应的波动部分是由一系列正弦曲线叠加而成；忽略车体质量对桥梁自振频率的影响，测点x＝a处的挠度表示为：这里Sn是与行车速度和桥梁模态参数相关的常量：令h(t,n)由已知的桥梁频率wn、车辆速度v、轴重mi来求得，t表示时间，取值t1,t2,...,tK；令其中，Δn,i表示由mi引起的第n阶振型的静力响应，EI为桥梁抗弯刚度；根据公式(13)，对于已知的测点位置而言，ψn是与桥梁第n阶振型相关的常数；令Ψ＝{ψ1ψ2...ψn}T；公式(15)则桥梁响应的动力部分RD用下式进行拟合：上式中是K×1的向量，它表示桥梁响应动力部分的拟合值；H2是K×n阶的稀疏矩阵，它与轴重、轴距、行车速度以及采样频率有关；{Ψ}是n×1的待求系数向量；n是模态阶数；结合公式(5)和公式(16)，建立起关于实测响应R各个重要部分的拟合方程如下：一方面，在开展最小二乘拟合计算提取桥梁实际影响线时，定义拟合值和实测值Rk的误差函数Δ如下：根据最小二乘原理得到：系数向量λ必须满足边界条件，同时也要保证分段多项式及其导数连续；对于应变影响线，公式(19)的附加条件为：[H3]·{λ}＝0；公式(20)[H3]的取值为：联立上述相关的关联公式和实测响应数据求解系数向量{λ}和{Ψ}。5.一种桥梁动力冲击系数提取方法，其特征在于，包括：获得反映桥梁静...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宁波，沈炎，时名扬，张诗洁，黄天立，李东平，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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