試驗車輛車速對橋梁影響線測試結(jié)果的影響

宋剛 梁楊 黃建云

摘 要：基于實測影響線對橋梁承載能力進行評估是近年來的研究熱點。本文對試驗車輛行駛速度對影響線測試結(jié)果的影響進行了數(shù)值仿真，仿真模型取單跨簡支梁橋，忽略橋面不平度，結(jié)果表明：對于40 km/h以下行車速度，動撓度、動彎矩與理論靜撓度、靜彎矩峰值及面積差值均未超過3%，為橋梁影響線測試技術(shù)的提升進行了有益探索。

關(guān)鍵詞：影響線;簡支梁橋;測試技術(shù);仿真

中圖分類號：U442.5 文獻標識碼：A

1 仿真模型

為了不中斷交通，影響線測試過程中，需要加載車輛以一定速度經(jīng)過測試橋梁。這里通過數(shù)值仿真來分析不同行車速度對影響線測試結(jié)果的影響。為便于總結(jié)規(guī)律，橋梁選取等截面簡支梁橋，移動車輛簡化為2自由度車輛模型，僅考慮車橋的豎向振動，如圖1所示。其中，mv、mw分別為車體質(zhì)量和車輪質(zhì)量;kv、cv、kw、cw分別為懸架和車輪的豎向剛度和豎向阻尼系數(shù);zv、zw分別為車體和車輪的豎向位移。橋梁簡化為等截面Bernoulli-Euler梁，EI、m和c分別表示橋梁豎向抗彎剛度、單位長度質(zhì)量和粘性阻尼系數(shù);橋長l。假定車輛沿著橋梁長度方向以速度v勻速行駛，且整個行駛過程中車輪與梁體接觸良好，無跳車現(xiàn)象發(fā)生。車橋耦合運動方程的建立和求解，可見文獻[5]。

2 不同行車速度的仿真結(jié)果

忽略橋面不平度，考慮試驗車輛不同行車速度對影響線測試結(jié)果的影響。采用以下車橋系統(tǒng)參數(shù)進行仿真分析。簡支梁橋：l=30 m、A=5.41 m2、m=1.78×104 kg/m、I=1.668 m4、E=3.45×1010 N/m2、阻尼比ξ =0.025。車輛系統(tǒng)：mv=15 670 kg、mw=2 530 kg、kv=1.8×106 N/m、cv=1×104Ns/m、kw=3.5×106 N/m、cw=5×103 Ns/m。

車輛行駛速度v分別取5 m/s、10 m/s和20 m/s，仿真結(jié)果如圖2、圖3?？梢钥闯觯斳囁佥^低時（5 m/s），橋梁跨中動撓度曲線和動彎矩曲線幾乎與理論靜撓度和理論靜彎矩曲線重合。隨著車速逐漸增大，橋梁動撓度曲線和動彎矩曲線與理論靜撓度和理論靜彎矩曲線的差異變大。同時，隨著車速的增加，橋梁振動加劇，橋梁跨中出現(xiàn)最大撓度的時刻與車輛行駛至跨中的時刻并不一致。從圖中還可以看到，當車速增大時，橋梁的動力響應(yīng)并不是單調(diào)增大，有時甚至會出現(xiàn)動力放大系數(shù)小于1的情況（圖中v=20 m/s）。

表1和表2給出了5 km/h～100 km/h不同行車速度下的橋梁跨中動撓度、動彎矩仿真統(tǒng)計結(jié)果，并與理論靜撓度、靜彎矩進行了對比。可以看出，動撓度、動彎矩與理論靜撓度、理論靜彎矩最大差值發(fā)生在行車速度v=100 km/h時，動撓度與理論靜撓度峰值差值達到14%，動彎矩與理論靜彎矩峰值差值達到10%。對于40 km/h以下行車速度，動撓度、動彎矩與理論靜撓度、理論靜彎矩峰值及面積差值均未超過3%。

3 總結(jié)

快速、準確、便捷獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響線是基于實測影響線對橋梁承載能力評估的關(guān)鍵技術(shù)。通過對試驗車輛行駛速度對影響線測試效果的影響進行數(shù)值仿真，本文對此進行了有益探索。隨著影響線測試技術(shù)的突破，基于實測影響線的橋梁承載能力評估方法在大規(guī)模橋梁群承載能力快速普查方面有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]李玉紅.基于準靜態(tài)廣義影響線的中小跨度梁橋承載能力評定方法初步研究[D].重慶交通大學碩士學位論文，2009.

[2]陳朝慰，夏樟華.基于靜態(tài)影響線的結(jié)構(gòu)承載能力評估[J].公路交通科技，2013（07）：188-191.

[3]Yang Liu，Shaoyi Zhang.Da mage localization of bea m bridges using quasi-static strain influence lines based on the BOTDA technique [J].Sensors，2018，12（18）：4446.

[4]唐光武，廖敬波，張又進，等.基于準靜態(tài)廣義影響線的有限元模型修正方法在簡支T梁橋中的運用研究[J].公路交通技術(shù)，2013（06）：42-46.

[5]夏禾.車輛與結(jié)構(gòu)動力相互作用[M].北京：科學出版社，2002.