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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明属于桥梁结构健康监测领域，公开一种基于主梁转角变形监测的高速铁路桥梁运营安全评估方法，步骤如下：调查目标高铁桥梁的列车运营工况与轨道系统的参数，预先标定简化的车轨耦合模型，并通过处理监测数据获得高铁桥梁主梁挠度和转角的时空间分布；基于简化的车轨耦合模型和监测数据自动计算能反映运营安全的支座处主梁转角阈值；基于主梁转角时空分布在线识别支座处主梁转角影响线，影响线虚拟加载预测最不利车致转角，根据桥梁的结构形式叠加不同的非车致成分以预测最不利转角；比较全桥各支座处主梁转角阈值与最不利响应实现自动评估。本发明的高速铁路桥梁运营安全评估方法为评估提供了不受跨度限制的合理的评估依据。

主权项：1.一种基于主梁转角变形监测的高速铁路桥梁运营安全评估方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：预先标定简化的车轨耦合模型，并通过处理监测数据获得高铁桥梁主梁挠度和转角的时空间分布；1.1预调查目标高铁桥梁上检测列车的转向架质量Mt、一系悬挂刚度系数Kt、阻尼系数Ct、轮对质量Mw、轨道子系统等效刚度Kr、轨道子系统等效阻尼Cr、运营车速v，以标定简化车轨耦合模型的参数，并确定其运动微分方程，表示如下： 其中，zt＝zttzwtT代表模型的位移时程向量，ztt和zwt分别代表转向架和轮对的位移时程、ft代表模型承受的外部激励；1.2监测主梁竖向加速度，并通过对时间进行二次积分计算主梁挠度时程，并在空间上进行三次样条插值算得挠度时空分布；1.3挠度时空分布对空间求一次偏导算得转角时空分布；步骤二：基于简化的车轨耦合模型，挠度时空分布和转角时空分布计算能反映运营安全的支座处主梁转角阈值；2.1确定各轮对过桥时段，并从挠度时空分布中截取各轮对对应的挠度矩阵，对于其中一轮对，其挠度方阵为W表示如下： 其中，wij是第j个时刻第i个位置的挠度；n是该轮对过桥时段内测得数据点个数，且桥梁长度需等分成n份以使得数据点和位置点一一对应，其行和列分别表示某位置的桥梁挠度时程和某时刻的桥梁挠曲线；2.2该轮对对应的真实激励为挠度方阵W的对角元组成的向量：Dr＝diagW3其中，diag·是取矩阵对角元，Dr是该轮对对应的真实激励；2.3利用Dr激励简化的车轨耦合模型，其对应的外部激励表示如下： 并通过数值积分方法解式1，计算模型的动力响应，并计算轮重减载率时程ξt，其表达式如下： 其中，和分别代表转向架和轮对的加速度，P代表静轴重；2.4支座处主梁转角阈值[θ]用式6计算： 其中，[ξ]是规范中规定的轮重减载率限值，θu是整个列车轮重减载率最大时刻对应的支座处主梁转角；步骤三：基于主梁转角时空分布在线识别支座处主梁转角影响线，影响线虚拟加载预测最不利车致转角，根据桥梁的结构形式叠加不同的非车致成分以预测最不利转角；3.1影响线Φ由式7计算Φ＝WTW+λ2TTT-1WTθs7其中，θs是准静态转角响应向量，通过在主梁转角时空分布中提取检测列车过桥时段的动力转角响应，并从动力响应中滤除高频成分来提取；θs为一个p×1的向量，p是检测列车过桥时段监测到的数据点个数；W是预标定的检测列车荷载信息矩阵，如式8所示；W是一个p×q的矩阵，q是影响线向量Φ的长度；λ是正则化系数，通过L曲线法则计算；T是正则化矩阵，如式9所示； 其中，wk是第k个列车车轴的轴重区间，k＝1,2,…,N，N是列车车轴数；3.2通过影响线虚拟加载预测车致转角向量如式10所示： 其中，是虚拟荷载矩阵，矩阵形式与W相同，但各元素取全车道同时行驶满载列车所对应的值；3.3根据桥梁的结构形式叠加不同的非车致成分以预测最不利转角θmax，对于简支梁桥和连续梁桥使用式11进行计算；对于大跨刚构桥、大跨拱桥和大跨索承桥，使用式12进行计算； 其中，是动力放大系数，θd是动力转角响应；θfs是基础沉降导致的支座处主梁转角；θgc是徐变上拱导致的支座处主梁转角；θte是温致支座处主梁转角；||·||∞是取无穷范数；步骤四：通过比较全桥各支座处主梁转角阈值与最不利响应实现自动评估，当满足式13时，则评估通过，否则应展开运营安全维护；θmax≤[θ]13。

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百度查询： 大连理工大学 一种基于主梁转角变形监测的高速铁路桥梁运营安全评估方法