一种基于GB-SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GB‑SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法，包括以下步骤：S1、用地基雷达测量装置监测梁体的竖向振动位移；S2、用另一个地基雷达测量装置监测梁体的横向振动位移；S3、通过实测竖向振动位移、横向振动位移分别绘制梁体跨中竖向动挠度波形曲线和梁体跨中横向动挠度波形曲线；S4、分析梁体的余振形变量获得梁体竖向自振频率；S5、将梁体跨中竖向动挠度结合换算系数计算得到挠跨比值；S6、将梁体跨中静挠度并进行转换，得到梁端转角值；S7、通过梁体跨中竖向动挠度和静挠度，计算得到运营动力系数；S8、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线上得到梁体竖向振幅；S9、从梁体跨中横向动挠度波形曲线上得到梁体竖向振幅。

A test method for operational performance parameters of high-speed railway simply supported box girder based on gb-sar

【技术实现步骤摘要】
一种基于GB-SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法
本专利技术涉及高铁运营领域，尤其涉及一种基于GB-SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，运营和在建的高速铁路也越来越多。为保障高速列车运行安全和平稳，减少占用土地资源，高速铁路大量以桥代路。以京沪高铁为例，其正线全程的86.5％是桥梁，31.5m预应力混凝土简支箱梁长度约占桥梁总长的88.4％。依据我国《高速铁路桥梁运营性能检定规定(试行)》(TG/GW209-2014)规定，高铁铁路桥梁周期性检定每十年不少于一次。2017年9月，京沪高铁“复兴号”动车组运营时速恢复到350km，高速运行的动车组对桥梁运营性能提出了更高的要求。同时，高速运行的列车对桥梁强大的冲击作用，又影响着桥梁的运营性能。因此，必须开展好高速铁路桥梁运营性能检定工作，确保高铁运行平稳、安全。高速铁路桥梁运营性能检定目的是掌握桥梁自振特性、竖向刚度和在列车高速运行状态下的动力响应，以评价桥梁的运营状态。桥梁检定的内容主要包括梁体自振频率、梁体竖向挠跨比、梁端竖向转角、梁体动力系数、梁体跨中竖向和横向振幅等。针对桥梁检定内容的不同，目前高铁桥梁运营性能主要参数测试方法中：梁体自振频率、梁体跨中竖向和横向振幅可利用布设在梁体跨中的振动传感器量测；梁体竖向挠跨比和动力系数可利用布设在梁体跨中的位移计量测；梁端竖向转角可利用顺桥向等距离布设倾角仪量测或梁端竖向挠跨比换算。这些传统检测方法技术成熟，但对于高架的高铁桥梁，传统接触式测量方式存在数据采集设备安装困难，不易固定，数据传输不稳定，工作效率低等问题，难以满足我国快速发展的高速铁路桥梁运营性能检定的需求。
技术实现思路
本专利技术目的是针对上述问题，提供一种方便经济、快捷高效的基于GB-SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于GB-SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法，所述高铁简支箱梁运营性能参数包括梁体竖向自振频率、梁体竖向挠跨比、梁端转角、梁体运营动力系数、梁体跨中竖向振幅、梁体跨中横向振幅；包括以下步骤：S1、将地基雷达测量装置固定在桥梁梁体正下方，地基雷达测量装置的传感器瞄准梁体跨中，用于监测列车通过时梁体的竖向振动位移；S2、同时在桥梁的水平高度面固定另一个地基雷达测量装置用于监测列车通过时梁体的横向振动位移；S3、通过地基雷达测量装置得到的竖向振动位移、横向振动位移分别绘制梁体跨中竖向动挠度波形曲线和梁体跨中横向动挠度波形曲线；S4、分析梁体跨中竖向动挠度波形曲线中列车通过后的余振形变量获得梁体竖向自振频率；S5、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中竖向动挠度，结合换算系数计算得到梁体竖向挠跨比；S6、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中静挠度并进行转换，得到梁端转角；S7、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中竖向动挠度和梁体跨中竖向静挠度，计算得到梁体运营动力系数；S8、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线的振幅波形上得到梁体跨中竖向振幅；S9、从梁体跨中横向动挠度波形曲线的振幅波形上得到梁体跨中横向振幅。进一步的，所述步骤S1中地基雷达测量装置采用基于全新调频连续波技术的地基雷达测量系统。进一步的，所述步骤S4中梁体竖向自振频率的计算公式为：其中，f0为梁体竖向自振频率，m为自由振动衰减波形上量取的整周期波数；t为整周期波数的衰减时间。进一步的，所述步骤S5中梁体竖向挠跨比的计算公式为：其中，k0为梁体竖向挠跨比值，δsmax为梁体跨中最大静挠度值；dw为支座竖向位移；l为简支梁跨度；bzk为简支箱梁运营车辆荷载换算至ZK静活载的换算系数。进一步的，所述步骤S6中梁体跨中静挠度的计算公式为：δ＝5ql4/384EI；转换得到梁端转角θ的计算公式为：θ＝ql3/24EI；推导可得：θ＝16f/5l；其中，δ为梁体跨中静挠度；q为均布线荷载标准值；l为梁体跨度；E为钢的弹性模量，I为钢的截面惯矩。进一步的，所述步骤S7中梁体运营动力系数的计算公式为：其中，δdmax为梁体跨中最大动挠度值；δsmax为梁体跨中最大静挠度值。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术基于GB-SAR高精度、高频率测量技术，能够精确获取动车组列车高速冲击下简支箱梁梁体跨中竖向和横向动挠度时程曲线，以此实现高速铁路简支箱梁主要运营性能评定参数的测定；并且GB-SAR作为一种非接触式测量技术，相对于传统检定方法，具有更加灵活、高效、成本低等特点，其结合现代数字信号处理技术，适合研究建立我国高速铁路现状桥梁检测非接触式动态测试系统，在高铁桥梁运营性能检定方面具有很好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为GB-SAR技术发射和接收示意图；图2为观测角度几何关系示意图；图3为PS点选择示意图；图4为PS点极化图；图5为自由振动衰减波形图；图6为PS点动挠度波形图；图7为余振衰减波形图；图8为自振频率分析示意图；图9为实测双向列车同时通过桥梁跨中静活载竖向挠度示意图；图10为实测单向列车通过桥梁跨中静活载竖向挠度示意图；图11为实测最大动挠度和最大静挠度示意图；图12为梁体跨中横向振幅时程曲线示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。1、GB-SAR测量系统1.1、原理GB-SAR系统发射电磁波到目标表面，反射后再接收(如图1所示)，利用雷达在2个不同时刻拍摄的同一场景的1对复杂的相干图像，通过相干图像的相位差计算获取雷达与目标之间的位移变化。FastGBSAR系统是荷兰Metasensing公司研制的一款基于全新调频连续波技术(FMCW)的地基雷达测量系统。FastGBSAR系统通过对目标物体的重复观测，获取目标区域的高分辨率的雷达影像，其每个影像像素含有振幅与相位信息。振幅取决于目标的反射强度，主要用于形成图像场景。相位取决于目标与雷达间的距离，同时受大气扰动等因素的影响，主要用于位移测量。通过计算2幅图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GB-SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法，所述高铁简支箱梁运营性能参数包括梁体竖向自振频率、梁体竖向挠跨比、梁端转角、梁体运营动力系数、梁体跨中竖向振幅、梁体跨中横向振幅；其特征在于：包括以下步骤：/nS1、将地基雷达测量装置固定在桥梁梁体正下方，地基雷达测量装置的传感器瞄准梁体跨中，用于监测列车通过时梁体的竖向振动位移；/nS2、同时在桥梁的水平高度面固定另一个地基雷达测量装置用于监测列车通过时梁体的横向振动位移；/nS3、通过地基雷达测量装置得到的竖向振动位移、横向振动位移分别绘制梁体跨中竖向动挠度波形曲线和梁体跨中横向动挠度波形曲线；/nS4、分析梁体跨中竖向动挠度波形曲线中列车通过后的余振形变量获得梁体竖向自振频率；/nS5、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中竖向动挠度，结合换算系数计算得到梁体竖向挠跨比；/nS6、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中静挠度并进行转换，得到梁端转角；/nS7、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中竖向动挠度和梁体跨中竖向静挠度，计算得到梁体运营动力系数；/nS8、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线的振幅波形上得到梁体跨中竖向振幅；/nS9、从梁体跨中横向动挠度波形曲线的振幅波形上得到梁体跨中横向振幅。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于GB-SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法，所述高铁简支箱梁运营性能参数包括梁体竖向自振频率、梁体竖向挠跨比、梁端转角、梁体运营动力系数、梁体跨中竖向振幅、梁体跨中横向振幅；其特征在于：包括以下步骤：
S1、将地基雷达测量装置固定在桥梁梁体正下方，地基雷达测量装置的传感器瞄准梁体跨中，用于监测列车通过时梁体的竖向振动位移；
S2、同时在桥梁的水平高度面固定另一个地基雷达测量装置用于监测列车通过时梁体的横向振动位移；
S3、通过地基雷达测量装置得到的竖向振动位移、横向振动位移分别绘制梁体跨中竖向动挠度波形曲线和梁体跨中横向动挠度波形曲线；
S4、分析梁体跨中竖向动挠度波形曲线中列车通过后的余振形变量获得梁体竖向自振频率；
S5、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中竖向动挠度，结合换算系数计算得到梁体竖向挠跨比；
S6、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中静挠度并进行转换，得到梁端转角；
S7、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线中得到列车经过过程中的梁体跨中竖向动挠度和梁体跨中竖向静挠度，计算得到梁体运营动力系数；
S8、从梁体跨中竖向动挠度波形曲线的振幅波形上得到梁体跨中竖向振幅；
S9、从梁体跨中横向动挠度波形曲线的振幅波形上得到梁体跨中横向振幅。


2.如权利要求1所述的基于GB-SAR的高铁简支箱梁运营性能参数测试方法，其特征在于：所述步骤S1中地基雷达测量装置采用基...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小阳，孙广通，李峰，钱安，朱红，
申请(专利权)人：防灾科技学院，
类型：发明
国别省市：河北;13