車輪沖擊力測量與橋梁性能快速評(píng)估.pdf

1、橋梁作為跨越地理限制的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其建成后的維護(hù)管理與性能評(píng)估具有重大意義。本文提出一種基于移動(dòng)車輛的“連續(xù)式”快速測試方法，希望達(dá)到測試車駛過橋梁即可獲得結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)的效果:一方面相比傳統(tǒng)需要更換多個(gè)沖擊點(diǎn)、進(jìn)行分塊測試的“間歇式”沖擊振動(dòng)測試，大大提高測試效率;另一方面，基于輸入荷載和輸出響應(yīng)都可測的優(yōu)勢，對(duì)橋梁模態(tài)參數(shù)進(jìn)行深層次的挖掘并支持性能評(píng)估。針對(duì)其中的關(guān)鍵問題——車輪力（輸入荷載）的測量，本文提出一種基于動(dòng)態(tài)胎壓監(jiān)測的豎

2、向車輪力測量方法，并分別進(jìn)行了理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證。然后，在車輪力已知的基礎(chǔ)上，針對(duì)連續(xù)車輪力與點(diǎn)式?jīng)_擊力的差異，提出了適合連續(xù)車輪力的結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別理論，達(dá)到了可識(shí)別基本模態(tài)參數(shù)（如頻率、阻尼、振型）和深層次結(jié)構(gòu)參數(shù)柔度的效果。
　　本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)建立了以輪胎氣壓為基礎(chǔ)的豎向車輪力計(jì)算模型。首先，從理論上介紹了由氣腔共振和沖擊波傳遞引起的兩類胎壓不均勻分布現(xiàn)象和其對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，并從信號(hào)預(yù)處理角度提出了一些

3、對(duì)策。其次，假設(shè)胎壓與車輪力之間存在線性關(guān)系，使用頻響函數(shù)建立其黑盒模型。第三，基于熱力學(xué)和車輪動(dòng)力學(xué)，建立了灰盒模型，并引入擴(kuò)展卡爾曼濾波算法標(biāo)定其中的模型參數(shù)。第四，完善了文獻(xiàn)中基于胎壓與接地面積乘積的車輪力計(jì)算方法，建立了白盒模型。
　　(2)在試驗(yàn)室條件下對(duì)上述的車輪力模型進(jìn)行了驗(yàn)證并對(duì)討論了其工程適用性。首先，對(duì)提出的兩類胎壓不均勻分布現(xiàn)象進(jìn)行了驗(yàn)證。其次，分別就靜止車輪受到?jīng)_擊和近似勻速直線滾動(dòng)車輪受到?jīng)_擊兩種情況，比

4、較了黑盒、灰盒和白盒三種模型的計(jì)算效果，還對(duì)載重、車速、路面障礙和傳感器位置的等因素變化的影響進(jìn)了研究。主要的結(jié)論有:①就準(zhǔn)確度和魯棒性而言，灰盒模型最好，黑盒次之，白盒最次;②雖然試驗(yàn)中的載重和車速與真實(shí)情況相差較大，但是隨著載重和車速的增加，胎壓數(shù)據(jù)的信噪比增強(qiáng)，車輪力有更好的反演效果;③同一組灰盒模型參數(shù)對(duì)于實(shí)際工程中最不可控的因素——路面不平度，具有較強(qiáng)的魯棒性，這意味著該模型有希望應(yīng)用于工程實(shí)際中給定載重、給定車速和給定充氣胎