本发明专利技术公开了一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型及方法，系统模型由桥梁模型、移动加载小车、引桥、牵引限位系统和数据采集处理系统共同构成；桥梁模型包括路面板、桥梁上部结构、支座和桥台基座；引桥分为上桥引桥和下桥引桥，每个引桥包括由型钢焊接而成的钢桁架和可调高度的福马轮，分别与桥梁模型和限位板通过装配连接；牵引限位系统包括卷扬机、牵引钢索、定滑轮、限位轨道等；数据采集系统包括超声波测距传感器、应变计、位移传感器、加速度传感器、配套网关和数据处理终端等。本发明专利技术不仅可以对桥梁结构进行静力、动力性能试验，同时还可以对移动车辆荷载下桥梁结构的损伤识别方法进行试验研究。
A Vehicle-Bridge Coupling System Model and Method for Bridge Damage Identification Test
【技术实现步骤摘要】
一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型及方法
本专利技术属于桥梁模型试验
，特别是涉及一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型和使用方法。
技术介绍
我国是世界上桥梁数量最多的国家。大量的交通基础设施在带来便利的同时，其运营和维护也面临诸多问题与挑战。由于使用维护不当、超载严重，再加上设计、施工缺陷、交通事故、环境侵蚀、材料自然老化等诸多因素，许多桥梁存在损伤和局部破坏。目前虽然有少量新建大跨度桥梁安装了桥梁健康监测系统，但实际效果尚有很多不尽如人意之处，且难以满足量大面广的公路桥梁运营管理需求。而对于占在役桥梁总数90％以上的中小跨径桥梁，仍依赖人工检测结果进行维护决策，费时费力。国际上习惯把桥梁的损伤检测方法分为局部无损检测技术和整体评估技术。局部检测技术虽然可对桥梁的外观和特定构件特性进行评估，但难以掌握桥梁整体的健康情况。整体评估技术通过对系统整体表现和内部相互关系的研究揭示系统的本质和演变规律。桥梁结构损伤后，其刚度、质量、能量的量值和空间特性发生改变，进而引起结构响应的对应变化，因而利用外部激励作用下结构整体响应数据能够间接得到结构的损伤状态。关于整体评估技术中激励源(输入信号)的选择，基于环境随机激励下结构动态响应的损伤识别一直备受关注，但也存在诸多问题：如荷载条件不可控，信噪比较大，非稳态非线性信号的影响，较难激发出桥梁的高阶振型(而土木结构的损伤往往是引起高频模态改变的局部损伤)等。近年来基于可控移动车辆荷载(车桥耦合系统振动)的桥梁快速损伤诊断方法逐渐成为研究热点。但车桥耦合系统响应较为复杂，实际应用中受路面不平顺、环境噪音等影响较大，单纯的解析分析和数值模拟往往不能满足实际应用中基于车桥耦合响应识别桥梁损伤的要求，因而十分有必要开展相应的试验。模型试验研究是桥梁工程师和桥梁科技工作者借以确定和探索复杂桥梁结构受力状态和响应的重要手段之一。要进行基于车桥耦合系统的损伤识别模型试验，必须建立满足需求的模型试验系统。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型及方法，能够对桥梁结构进行静力、动力性能试验，同时还可以对移动车辆荷载下桥梁结构的损伤识别方法进行试验研究；其中桥梁模型除梁桥外可根据试验需要选择不同桥型，如斜拉桥、悬索桥、拱桥等；可移动引桥具有良好经济性和便捷性；牵引限位系统与主桥分离，可最大程度减小环境噪声对测试数据影响。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型，包括桥梁模型、移动加载小车、引桥、牵引限位系统和数据采集处理系统，桥梁模型通过连接件与引桥连接，移动加载小车在牵引限位系统作用下沿引桥和桥梁模型的桥面预定路线移动，测试数据通过数据采集处理系统进行采集分析；所述桥梁模型包括路面板、桥梁上部结构、支座和桥台基座，所述路面板通过环氧树脂或预埋件与桥梁上部结构中的桥面板相连，支座通过环氧树脂或预埋件固定于桥台基座上，桥梁上部结构放置于支座上；所述移动加载小车包括车身、车轮、万向球，所述车轮通过轮轴和螺栓与车身连接，所述万向球与车身焊接，与引桥限位导轨和桥梁限位导轨接触以约束小车行进方向；所述引桥包括上桥引桥和下桥引桥，单个引桥包括弦杆、竖杆、腹杆、福马轮、引桥行车轨道、引桥限位导轨和引桥垫块，构件均采用型钢，所述弦杆、竖杆、腹杆通过焊接形成钢桁架，所述引桥行车轨道、引桥限位导轨焊接于钢桁架上，所述引桥垫块放置于桥台基座上，所述福马轮通过螺栓与钢桁架连接，所述引桥与桥梁模型和桥梁限位导轨装配连接；所述牵引限位系统包括引桥限位导轨、桥梁限位导轨、连接件、卷扬机、牵引钢索、定滑轮支座、定滑轮，所述引桥限位导轨、桥梁限位导轨间采用连接件连接，所述定滑轮安装于定滑轮支座上，所述定滑轮支座焊接于引桥行车轨道一端，所述牵引钢索绕过定滑轮，在卷扬机作用下牵引移动加载小车；所述数据采集处理系统包括超声波测距传感器、加速度传感器、位移传感器、应变计、数据处理终端、配套网关，所述超声波测距传感器安装于引桥行车轨道一端，所述加速度传感器、位移传感器和应变计根据需要安装于桥梁模型不同位置或移动加载小车不同位置，所述数据处理终端与配套网关相连，所述超声波测距传感器、加速度传感器、位移传感器和应变计采集数据通过配套网关传输到数据处理终端。进一步的是，所述路面板根据测试要求可采用路面轮廓未知的水泥砂浆板或路面轮廓已知的3D打印路面板，所述路面板通过环氧树脂或预埋件与桥梁上部结构中的桥面板相连。进一步的是，所述桥梁上部结构除所述的梁桥外可根据测试需求更换为斜拉桥、悬索桥、拱桥等不同桥型。进一步的是，所述万向球可在导轨平面上灵活滚动，与引桥限位导轨和桥梁限位导轨接触以约束小车行进方向。进一步的是，所述引桥由弦杆、竖杆、腹杆、引桥行车轨道、引桥限位导轨焊接而成，可根据具体测试需要选取不同的型钢长度和组合方式。进一步的是，所述引桥钢桁架下部通过螺栓安装可调节高度的福马轮。进一步的是，所述牵引钢索绕过定滑轮，在卷扬机作用下牵引移动加载小车。另一方面，本专利技术还提供了一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型使用方法，包括以下步骤：S1，所述桥台基座上安装支座，将桥梁上部结构放置于支座上，在桥梁上部结构中的桥面板上铺装路面板；S2，所述弦杆、竖杆、腹杆通过焊接形成钢桁架，所述引桥行车轨道、引桥限位导轨焊接于钢桁架上，所述引桥垫块放置于桥台基座上，所述福马轮通过螺栓与钢桁架连接并调节高度使引桥桥面高度与桥梁模型桥面高度平齐，所述引桥与桥梁模型和桥梁限位导轨装配连接；S3，所述车轮通过轮轴和螺栓与车身连接，所述万向球与车身焊接用来约束小车行进方向；S4，所述定滑轮安装于定滑轮支座上，所述定滑轮支座焊接于引桥行车轨道一端，所述牵引钢索连接移动加载小车，绕过定滑轮，在卷扬机作用下牵引移动加载小车；S5，所述超声波测距传感器安装于引桥行车轨道一端，所述加速度传感器、位移传感器和应变计根据需要安装于桥梁模型不同位置或移动加载小车不同位置，所述数据处理终端与配套网关相连，所述超声波测距传感器、加速度传感器、位移传感器和应变计同步采集数据，并通过配套网关传输到数据处理终端。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术不仅可以对桥梁结构进行静力、动力性能试验，同时还可以对移动车辆荷载下桥梁结构的损伤识别方法进行试验研究；2、桥梁模型除梁桥外可根据试验需要选择不同桥型，如斜拉桥、悬索桥、拱桥等，通用性强；3、路面板可根据测试要求采用路面轮廓未知的水泥砂浆板或路面轮廓已知的3D打印路面板，便于深入研究车桥耦合系统结构振动响应机理；4、可移动引桥可以自由选择车道，方便移动和高度调节，具有良好经济性和便捷性；5、数据采集处理系统不仅包括桥梁模型相关测点，也包括移动加载小车相关测点，便于深入研究车桥耦合系统振动响应规律；6、数据采集处理系统将多源数据通过网关同步传输到数据处理终端，便于多源数据的对比、融合、分解重构等相关研究；7、牵引限位系统与主桥分离，可最大程度减小环境噪声对测试数据影响。附图说明图1为本专利技术车桥耦合系统模型的整体结构示意图；图2为本专利技术车桥耦合系统模型引桥和牵引限位系统结构示意图；图3为本专利技术车桥耦合系统的移动加载小车结构示意图；附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型，其特征在于，包括桥梁模型、移动加载小车、引桥、牵引限位系统和数据采集处理系统，桥梁模型通过连接件与引桥连接，移动加载小车在牵引限位系统作用下沿引桥和桥梁模型的桥面预定路线移动，测试数据通过数据采集处理系统进行采集分析；所述桥梁模型包括路面板(1)、桥梁上部结构(2)、支座(3)和桥台基座(4)，所述路面板(1)通过环氧树脂或预埋件与桥梁上部结构(2)中的桥面板相连，支座(3)通过环氧树脂或预埋件固定于桥台基座(4)上，桥梁上部结构(2)放置于支座(3)上；所述移动加载小车包括车身(5)、车轮(6)、万向球(7)，所述车轮(6)通过轮轴和螺栓与车身(5)连接，所述万向球(7)与车身(5)焊接，并与引桥限位导轨(13)和桥梁限位导轨(15)接触以约束小车行进方向；所述引桥包括上桥引桥和下桥引桥，由弦杆(8)、竖杆(9)、腹杆(10)、福马轮(11)、引桥行车轨道(12)、引桥限位导轨(13)和引桥垫块(14)组成，所述弦杆(8)、竖杆(9)、腹杆(10)通过焊接形成钢桁架，所述引桥行车轨道(12)、引桥限位导轨(13)焊接于钢桁架上，所述引桥垫块(14)放置于桥台基座(4)上，所述福马轮(11)通过螺栓与钢桁架连接，所述引桥与桥梁模型和桥梁限位导轨(15)装配连接；所述牵引限位系统包括引桥限位导轨(13)、桥梁限位导轨(15)、连接件(16)、卷扬机(17)、牵引钢索(18)、定滑轮支座(19)、定滑轮(20)，所述引桥限位导轨(13)、桥梁限位导轨(15)间采用连接件(16)连接，所述定滑轮(20)安装于定滑轮支座(19)上，所述定滑轮支座(19)焊接于引桥行车轨道(12)一端，所述牵引钢索(18)绕过定滑轮(20)，在卷扬机(17)作用下牵引移动加载小车；所述数据采集处理系统包括超声波测距传感器(21)、加速度传感器(22)、位移传感器(23)、应变计(24)、数据处理终端(25)、配套网关(26)，所述超声波测距传感器(21)安装于引桥行车轨道(12)一端，用以测定小车移动距离与时间的关系；所述加速度传感器(22)、位移传感器(23)和应变计(24)安装于桥梁模型和移动加载小车，所述数据处理终端(25)与配套网关(26)相连，所述超声波测距传感器(21)、加速度传感器(22)、位移传感器(23)和应变计(24)同步采集数据，通过配套网关(26)传输到数据处理终端(25)。...
【技术特征摘要】
1.一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型，其特征在于，包括桥梁模型、移动加载小车、引桥、牵引限位系统和数据采集处理系统，桥梁模型通过连接件与引桥连接，移动加载小车在牵引限位系统作用下沿引桥和桥梁模型的桥面预定路线移动，测试数据通过数据采集处理系统进行采集分析；所述桥梁模型包括路面板(1)、桥梁上部结构(2)、支座(3)和桥台基座(4)，所述路面板(1)通过环氧树脂或预埋件与桥梁上部结构(2)中的桥面板相连，支座(3)通过环氧树脂或预埋件固定于桥台基座(4)上，桥梁上部结构(2)放置于支座(3)上；所述移动加载小车包括车身(5)、车轮(6)、万向球(7)，所述车轮(6)通过轮轴和螺栓与车身(5)连接，所述万向球(7)与车身(5)焊接，并与引桥限位导轨(13)和桥梁限位导轨(15)接触以约束小车行进方向；所述引桥包括上桥引桥和下桥引桥，由弦杆(8)、竖杆(9)、腹杆(10)、福马轮(11)、引桥行车轨道(12)、引桥限位导轨(13)和引桥垫块(14)组成，所述弦杆(8)、竖杆(9)、腹杆(10)通过焊接形成钢桁架，所述引桥行车轨道(12)、引桥限位导轨(13)焊接于钢桁架上，所述引桥垫块(14)放置于桥台基座(4)上，所述福马轮(11)通过螺栓与钢桁架连接，所述引桥与桥梁模型和桥梁限位导轨(15)装配连接；所述牵引限位系统包括引桥限位导轨(13)、桥梁限位导轨(15)、连接件(16)、卷扬机(17)、牵引钢索(18)、定滑轮支座(19)、定滑轮(20)，所述引桥限位导轨(13)、桥梁限位导轨(15)间采用连接件(16)连接，所述定滑轮(20)安装于定滑轮支座(19)上，所述定滑轮支座(19)焊接于引桥行车轨道(12)一端，所述牵引钢索(18)绕过定滑轮(20)，在卷扬机(17)作用下牵引移动加载小车；所述数据采集处理系统包括超声波测距传感器(21)、加速度传感器(22)、位移传感器(23)、应变计(24)、数据处理终端(25)、配套网关(26)，所述超声波测距传感器(21)安装于引桥行车轨道(12)一端，用以测定小车移动距离与时间的关系；所述加速度传感器(22)、位移传感器(23)和应变计(24)安装于桥梁模型和移动加载小车，所述数据处理终端(25)与配套网关(26)相连，所述超声波测距传感器(21)、加速度传感器(22)、位移传感器(23)和应变计(24)同步采集数据，通过配套网关(26)传输到数据处理终端(25)。2.根据权利要求1所述的一种用于桥梁损伤识别试验的车桥耦合系统模型，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱劲松，朱一峰，高嫦娥，孙雅丹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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