[发明专利]高速铁路钢桁拱桥车‑桥共振性能曲线测定方法

说明书

技术领域

本发明是一种应用于高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定方法，涉及桥梁健康监测领域。

背景技术

当高速列车通过铁路桥梁时，由于动车组的蛇形运动、轨道不平顺、加载速率和动车组轴重荷载的规律性排列产生周期性的动力作用等原因，可能在一定车速下的动车组强振频率与桥梁某阶自振频率或某阶自振频率的1/i(i＝1,2,3…)接近，从而产生共振或超谐共振。刘鹏辉和杨宜谦等分别对时速200～250km和时速300～350km的常用跨度简支梁桥开展了动力性能试验。研究表明，现有高速铁路设计规范通过控制简支梁的竖向自振频率，有效控制了梁体竖向共振发生，但在特定车速下仍然会产生超谐共振。因此，针对钢桁拱桥这类特殊桥型的高速铁路桥梁，对其车-桥共振性能曲线测定方法的研究，具有十分重要的意义。

目前，各土木、交通领域对于铁路桥梁车-桥共振性能曲线测定方法的研究，共有以下几种方法：(1)现场试验法：此法采用车-线-桥系统试验的方法开展桥梁的动力特性现场测试，由于现场测试的列车运行次数较少，难以把握桥梁的车-桥共振特性，不具有确定性；(2)单一工况分析法：国内外大部分研究均是针对单一列车荷载工况展开的车-桥共振性能方法的研究，并没有对所有工况进行完整系统的研究，不具有可行性；(3)理论计算和假设法：此方法仅仅将桥梁简化为简支梁桥，通过理论计算和推导，得到桥梁车-桥共振机理，从而设定限制进行预警。而实际桥梁与简支梁桥存在较大差异，且实际情况下车-桥共振存在较大的随机性，因此，此法适用性较差。因此，对于钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定方法，有必要研究一种准确性高、可行性好、适用性强的新方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定方法，该方法可以准确对高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线进行测定。

本发明采用的技术方案为：一种高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定方法，包括如下步骤：

步骤10)采集加速度数据、动应变数据和车速数据样本；

步骤20)对列车荷载进行分工况；

步骤30)绘制每一工况下加速度峰值与列车车速相关性散点图；

步骤40)采用多段线拟合的方法，形成加速度峰值与列车车速共振性能曲线。

作为优选，所述步骤10)中采集的桥梁加速度数据包含不同时刻列车作用下对应的加速度值，所述动应变数据包含不同时刻列车作用下对应的动应变值，所述车速数据不同列车通过时对应的车速值。

作为优选，所述步骤10)的加速度数据由设置在桥梁两端边跨跨中的加速度传感器采集到。

作为优选，所述步骤20)中分工况的具体内容为：

a.利用列车通过所述步骤10)采集的加速度数据，得到两端加速度数据产生峰值的先后顺序，从而确定行车方向；

b.利用所述步骤10)采集的动应变数据，确定列车行驶于上游侧还是下游侧；

c.利用主梁动应变数据极值点个数确定动车组车厢数，即确定动车组的车厢编组类型。

作为优选，所述步骤30)的具体流程为：基于所述步骤20)中确定的工况下的加速度和车速的历史数据，获得单次列车通过时测点加速度绝对值的最大值和列车速度值，以列车速度值为横坐标、加速度绝对值的最大值为纵坐标，绘制该工况下的加速度峰值与列车车速相关性散点图。

作为优选，所述步骤40)的具体内容为：首先根据步骤30)中所绘制的加速度峰值与列车车速相关性散点图，确定散点图波峰处极大值和波谷处极小值所对应的车速值，将相邻两个车速值的区间作为一个车速段，从而将整个相关性散点图的车速变化范围划分为多个车速段；

然后线性拟合每个车速度段内的散点数据，形成多段线，即为车-桥共振性能曲线。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)准确对高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线进行测定。本发明基于加速度峰值样本与列车车速样本的相关性散点图，提供了高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定方法。国内外研究桥梁振动响应与车速相关关系的成果较多，但还没有准确研究出相关关系，仅仅基于少量试验研究其相关关系。而本发明基于健康监测海量数据研究出的相关关系可以避免少量试验带来的随机性和较大误差，而少量试验得出的结论不能形成明显的车-桥共振相关散点图，对曲线测定的准确性影响较大。同时，本发明研究出的相关关系具有实时性，可以为桥梁预警提供依据，而少量试验仅仅只能在桥检过程中进行，不具有实时性。因此，本发明可以使后期曲线测定更加有效。