高速铁路钢桁拱桥车‑桥共振性能曲线测定方法技术

本发明专利技术公开了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）采集桥梁加速度数据、动应变数据和车速数据：采集的加速度数据包含不同时刻列车作用下对应的加速度值。动应变数据包含不同时刻列车作用下对应的动应变值。车速样本数据不同列车通过时对应的车速值；步骤20）对列车荷载进行分工况：利用光栅应变计和加速度传感器之间的时空相关性准确识别列车荷载工况；步骤30）绘制不同工况下主梁加速度峰值与列车车速相关性散点图；步骤40）确定散点图极值点所对应的车速值，将整个车速变化范围划分为多个车速段，采用多段线拟合的方法，形成共振性能曲线。该测定方法可以准确测定高速铁路钢桁拱桥车‑桥共振性能曲线。

The method of high speed railway steel truss arch bridge car bridge resonance characteristic curve measurement

The invention discloses a method for steel truss arch bridge car bridge resonance performance curve determination of high-speed railway, which comprises the following steps: Step 10) bridge, dynamic strain acceleration data acquisition data and speed data: acceleration data acquisition includes different time train under corresponding acceleration. The dynamic strain data include the dynamic strain values corresponding to different time trains. Speed speed sample data when the train passes through the corresponding value; step 20) the train loads are divided into conditions: accurate identification of train loads using the spatio temporal correlation between grating strain gauge and accelerometer; step 30) drawn under different conditions the peak value of the acceleration and train speed correlation scatter diagram; step 40) to determine the dispersion the corresponding point map of the extreme points of the speed value, the speed range is divided into a plurality of speed, using the method of multi segment line fitting, the formation of resonance characteristic curve. The method can accurately determine the high-speed railway steel truss arch bridge car bridge resonance performance curve.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
技术问题：本专利技术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。技术方案：本专利技术的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。进一步的，本专利技术方法中，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。进一步的，本专利技术方法中，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。进一步的，本专利技术方法中，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。进一步的，本专利技术方法中，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。进一步的，本专利技术方法中，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。有益效果：本专利技术与现有技术相比，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。本专利技术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。而本专利技术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，本专利技术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，本专利技术可以使后期曲线测定更加有效。（2）由于绝大多数桥梁没有专门识别列车荷载工况的仪器，所以目前国内外大部分研究仅仅是在单一工况下或者在不分工况情况下进行车-桥共振性能的研究。而实际列车荷载存在多个工况，只有把握各个工况下的车-桥共振性能，才能测定出完整的、有效的车-桥共振性能曲线。同时，在单一工况下和在不分工况情况下研究出的车-桥共振性能曲线不准确，没有剔除行驶方向、行驶车道以及列车车厢数对曲线测定的影响。而本专利技术通过利用光栅应变计和加速度传感器之间的时空相关性准确识别列车荷载工况，从而得到各个工况下的相关性散点图，最终形成完整的、精确的车-桥共振性能曲线。（3）该方法简单实用，具有很好的可行性。本专利技术的方法简单实用，具有很好的可行性，而且弥补了现有技术中采用现场试验法、理论计算和假设法以及单一工况分析法的缺陷。同时，本专利技术的方法可以适用于各种高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线的测定，使得本方法在用于高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定时更加具有可行性、准确性和适用性，可得到广泛推广和应用。附图说明图1为本专利技术实施例采集的加速度峰值样本P1长期变化曲线。图2为本专利技术实施例单次列车在下游侧行驶时的应变时程曲线。图2（a）为单次列车在下游侧行驶时DWY-11-25应变计所采集的应变时程曲线。图2（b）为单次列车在下游侧行驶时DWY-11-26应变计所采集的应变时程曲线。图3为本专利技术实施例单次列车在上游侧行驶时的应变时程曲线。图3（a）为单次列车在下游侧行驶时DWY-11-25应变计所采集的应变时程曲线。图3（b）为单次列车在下游侧行驶时DWY-11-26应变计所采集的应变时程曲线。图4为本专利技术实施例不同车厢数的列车过桥时产生的极值点。图4（a）为8节车厢的列车过桥时产生的极值点。图4（b）为16节车厢的列车过桥时产生的极值点。图5为本专利技术实施例不同行驶方向的列车过桥时加速度时程曲线。图5（a）为列车由南向北行驶时的加速度时程曲线。图5（b）为列车由北向南行驶时的加速度时程曲线。图6为本专利技术实施例工况1下测点加速度峰值与列车车速的相关性散点图。图7为本专利技术实施例车-桥共振性能曲线。具体实施方式下面将参照附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。本专利技术的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10a）将加速度传感器配接到加速度采集系统中，然后利用加速度传感器对测点的加速度进行采集，加速度传感器将获取的加速度信息传递到加速度采集系统中，形成加速度样本。加速度样本包含不同时刻列车作用下对应的加速度值。步骤10b）利用主跨跨中上下游侧对称位置上各一个光纤应变计，将光纤应变计配接到应变采集系统中，然后利用光纤应变计对测点的动应变进行采集，将获取的测点动应变信息传递到动应变采集系统中，形成动应变样本。动应变样本包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速铁路钢桁拱桥车‑桥共振性能曲线测定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤10）采集桥梁加速度数据、动应变数据和车速数据；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。

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤10）采集桥梁加速度数据、动应变数据和车速数据；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。2.根据权利要求1所述的高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定方法，其特征在于，所述的步骤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。3.根据权利要求1所述的高速铁路钢桁拱桥车-桥共振性能曲线测定方法，其特征在于，所述的步骤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...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁幼亮，王超，赵瀚玮，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32