CN114913688B - 一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,包括步骤:一、初始化桥梁交通流;二、实时采集桥梁上交通流;三、构建当前交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量;四、获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果;五、采集下一时刻桥梁上交通流、构建下一时刻交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量;六、获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;七、计算下一时刻交通流状态下桥梁冲击系数;八、实现对交通连续流作用下桥梁耦合振动响应的预警监控。本发明通过计算随机连续流下桥梁动力响应,将所得冲击系数与规范值对比,提出预警指标,对桥梁结构损伤、性能评定、运营安全评估提供参考。
Description
技术领域
本发明属于交通连续流作用下桥梁耦合振动分析技术领域,具体涉及一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法。
背景技术
近年来,随着我国公路交通运输事业飞速发展,车辆类型呈现多样化,车辆数量、密度、载重不断增加,车辆行驶速度显著提升,公路桥梁作为公路建设中的咽喉,在设计上逐渐向轻型化、柔性化、大跨度化发展,这使得车桥耦合振动问题愈发明显,由此引发的安全事故更不可忽视。尤其在随机连续流作用下,交通荷载组成随机且复杂,桥上的车辆数量、车辆类型、车辆间距、行驶速度均具有很大的随机性,只研究既定荷载作用下的桥梁动力行为不够准确,与桥梁实际运营时所受随机连续流荷载影响存在较大差异。因此,现如今缺少一种针对随机车流下桥梁的耦合振动响应预警方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,通过计算随机连续流下桥梁动力响应,将计算所得冲击系数与规范值对比,提出相关预警指标,对桥梁结构损伤、性能评定、运营安全评估提供一定参考,避免只通过既定荷载作用下的桥梁动力行为对桥梁耦合振动响应进行评估,便于推广使用。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、初始化桥梁交通流,以桥梁上无车辆为桥梁上交通流初始状态;
步骤二、实时采集桥梁上交通流,所述交通流包括车辆数量、车辆类型、车辆间距和车辆行驶速度;
步骤三、构建当前交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量其中,为当前交通流状态下车辆质量矩阵,MB为桥梁质量矩阵,为当前交通流状态下车辆阻尼矩阵,CB为桥梁阻尼矩阵,为当前交通流状态下车桥阻尼耦合矩阵;为当前交通流状态下桥车阻尼耦合矩阵,为当前交通流状态下车辆刚度矩阵,KB为桥梁刚度矩阵,为当前交通流状态下车桥刚度耦合矩阵,为当前交通流状态下桥车刚度耦合矩阵,为当前交通流状态下车辆所受外力矩阵,为当前交通流状态下桥梁所受外力矩阵;
桥梁位移增量矩阵、桥梁速度增量矩阵和桥梁加速度增量矩阵构成桥梁动力响应增量;
步骤四、获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果:桥梁上交通流初始状态为0向量,累加当前交通流状态下桥梁动力响应增量,获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果;
步骤五、采集下一时刻桥梁上交通流、构建下一时刻交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量其中,为下一时刻交通流状态下车辆质量矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆阻尼矩阵,为下一时刻交通流状态下车桥阻尼耦合矩阵;为下一时刻交通流状态下桥车阻尼耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆刚度矩阵,为下一时刻交通流状态下车桥刚度耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下桥车刚度耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆所受外力矩阵,为下一时刻交通流状态下桥梁所受外力矩阵;
步骤六、获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果:
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度一致时,累加下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度不一致且存在新的车辆上桥时,对当前交通流状态下桥梁的动力响应结果对应的矩阵末位补0,再与下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量进行累加,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度不一致且存在车辆下桥时,对当前交通流状态下桥梁的动力响应结果对应的矩阵首位补0,再与下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量进行累加,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下的桥梁冲击系数μ大于桥梁规范冲击系数时,交通连续流作用下桥梁耦合振动响应发出预警信号;
当下一时刻交通流状态下的桥梁冲击系数μ不大于桥梁规范冲击系数时,交通连续流作用下桥梁耦合振动响应不发出预警信号;
步骤八、循环步骤五至步骤七,实现对交通连续流作用下桥梁耦合振动响应的预警监控。
上述的一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,其特征在于:所述下一时刻交通流状态下桥梁静态位移最大值通过在有限元软件中模拟下一时刻交通流对应的车辆在桥梁上低速通行时获取的桥梁位移最大值,所述低速为大于0且小于10km/h的车速。
上述的一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,其特征在于:步骤七中,当桥梁的自振频率f≤1.5Hz时,桥梁规范冲击系数为0.05;
当桥梁的自振频率1.5Hz<f≤14Hz时,桥梁规范冲击系数为0.1767Inf-0.0157;
当桥梁的自振频率f>14Hz时,桥梁规范冲击系数为0.45。
上述的一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,其特征在于:相邻的两个采集桥梁上交通流时刻间隔为1min~5min。
上述的一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,其特征在于:步骤三和步骤五中,车辆所受外力矩阵和桥梁所受外力矩阵中对应的一组外力为相互作用力,即其中,Fvn为桥上第n辆车辆所受外力,FBn为桥辆所受第n辆车辆带来的外力,kn为第n辆车辆的轮轴的车轮刚度,cn为第n辆车辆的轮轴的阻尼系数,Δn为相邻的两个采集桥梁上交通流时刻间隔内第n辆车辆的轮轴的车轮与桥梁间的相对位移,为相邻的两个采集桥梁上交通流时刻间隔内第n辆车辆的轮轴的车轮与桥梁间的相对速度。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明通过构建当前交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量,获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果;再获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果,利用变维度方式适用桥上车辆变化的动力响应结果计算,使用效果好,便于推广使用。
2、本发明通过计算随机连续流下桥梁动力响应,将计算所得冲击系数与规范值对比,提出相关预警指标,对桥梁结构损伤、性能评定、运营安全评估提供一定参考,可靠性高。
3、本发明方法步骤简单,迭代计算精度高,预警提示效果好,避免只通过既定荷载作用下的桥梁动力行为对桥梁耦合振动响应进行评估,便于推广使用。
综上所述,本发明通过计算随机连续流下桥梁动力响应,将计算所得冲击系数与规范值对比,提出相关预警指标,对桥梁结构损伤、性能评定、运营安全评估提供一定参考,避免只通过既定荷载作用下的桥梁动力行为对桥梁耦合振动响应进行评估,便于推广使用。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
具体实施方式
如图1所示,本发明的一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,包括以下步骤:
步骤一、初始化桥梁交通流,以桥梁上无车辆为桥梁上交通流初始状态;
步骤二、实时采集桥梁上交通流,所述交通流包括车辆数量、车辆类型、车辆间距和车辆行驶速度;
步骤三、构建当前交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量其中,为当前交通流状态下车辆质量矩阵,MB为桥梁质量矩阵,为当前交通流状态下车辆阻尼矩阵,CB为桥梁阻尼矩阵,为当前交通流状态下车桥阻尼耦合矩阵;为当前交通流状态下桥车阻尼耦合矩阵,为当前交通流状态下车辆刚度矩阵,KB为桥梁刚度矩阵,为当前交通流状态下车桥刚度耦合矩阵,为当前交通流状态下桥车刚度耦合矩阵,为当前交通流状态下车辆所受外力矩阵,为当前交通流状态下桥梁所受外力矩阵;
桥梁位移增量矩阵、桥梁速度增量矩阵和桥梁加速度增量矩阵构成桥梁动力响应增量;
步骤四、获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果:桥梁上交通流初始状态为0向量,累加当前交通流状态下桥梁动力响应增量,获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果;
步骤五、采集下一时刻桥梁上交通流、构建下一时刻交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量其中,为下一时刻交通流状态下车辆质量矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆阻尼矩阵,为下一时刻交通流状态下车桥阻尼耦合矩阵;为下一时刻交通流状态下桥车阻尼耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆刚度矩阵,为下一时刻交通流状态下车桥刚度耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下桥车刚度耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆所受外力矩阵,为下一时刻交通流状态下桥梁所受外力矩阵;
步骤六、获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果:
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度一致时,累加下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度不一致且存在新的车辆上桥时,对当前交通流状态下桥梁的动力响应结果对应的矩阵末位补0,再与下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量进行累加,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度不一致且存在车辆下桥时,对当前交通流状态下桥梁的动力响应结果对应的矩阵首位补0,再与下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量进行累加,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下的桥梁冲击系数μ大于桥梁规范冲击系数时,交通连续流作用下桥梁耦合振动响应发出预警信号;
当下一时刻交通流状态下的桥梁冲击系数μ不大于桥梁规范冲击系数时,交通连续流作用下桥梁耦合振动响应不发出预警信号;
步骤八、循环步骤五至步骤七,实现对交通连续流作用下桥梁耦合振动响应的预警监控。
本实施例中,步骤七中,当桥梁的自振频率f≤1.5Hz时,桥梁规范冲击系数为0.05;
当桥梁的自振频率1.5Hz<f≤14Hz时,桥梁规范冲击系数为0.1767Inf-0.0157;
当桥梁的自振频率f>14Hz时,桥梁规范冲击系数为0.45。
本实施例中,相邻的两个采集桥梁上交通流时刻间隔为1min~5min。
本实施例中,步骤三和步骤五中,车辆所受外力矩阵和桥梁所受外力矩阵中对应的一组外力为相互作用力,即其中,Fvn为桥上第n辆车辆所受外力,FBn为桥辆所受第n辆车辆带来的外力,kn为第n辆车辆的轮轴的车轮刚度,cn为第n辆车辆的轮轴的阻尼系数,Δn为相邻的两个采集桥梁上交通流时刻间隔内第n辆车辆的轮轴的车轮与桥梁间的相对位移,为相邻的两个采集桥梁上交通流时刻间隔内第n辆车辆的轮轴的车轮与桥梁间的相对速度。
本发明使用时,通过构建当前交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量,获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果;再获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果,利用变维度方式适用桥上车辆变化的动力响应结果计算,使用效果好;通过计算随机连续流下桥梁动力响应,将计算所得冲击系数与规范值对比,提出相关预警指标,对桥梁结构损伤、性能评定、运营安全评估提供一定参考,可靠性高;迭代计算精度高,预警提示效果好,避免只通过既定荷载作用下的桥梁动力行为对桥梁耦合振动响应进行评估。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、初始化桥梁交通流,以桥梁上无车辆为桥梁上交通流初始状态;
步骤二、实时采集桥梁上交通流,所述交通流包括车辆数量、车辆类型、车辆间距和车辆行驶速度;
步骤三、构建当前交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量其中,为当前交通流状态下车辆质量矩阵,MB为桥梁质量矩阵,为当前交通流状态下车辆阻尼矩阵,CB为桥梁阻尼矩阵,为当前交通流状态下车桥阻尼耦合矩阵;为当前交通流状态下桥车阻尼耦合矩阵,为当前交通流状态下车辆刚度矩阵,KB为桥梁刚度矩阵,为当前交通流状态下车桥刚度耦合矩阵,为当前交通流状态下桥车刚度耦合矩阵,为当前交通流状态下车辆所受外力矩阵,为当前交通流状态下桥梁所受外力矩阵;
桥梁位移增量矩阵、桥梁速度增量矩阵和桥梁加速度增量矩阵构成桥梁动力响应增量;
步骤四、获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果:桥梁上交通流初始状态为0向量,累加当前交通流状态下桥梁动力响应增量,获取当前交通流状态下桥梁的动力响应结果;
步骤五、采集下一时刻桥梁上交通流、构建下一时刻交通流状态下的车桥耦合矩阵并求解对应的桥梁动力响应增量其中,为下一时刻交通流状态下车辆质量矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆阻尼矩阵,为下一时刻交通流状态下车桥阻尼耦合矩阵;为下一时刻交通流状态下桥车阻尼耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆刚度矩阵,为下一时刻交通流状态下车桥刚度耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下桥车刚度耦合矩阵,为下一时刻交通流状态下车辆所受外力矩阵,为下一时刻交通流状态下桥梁所受外力矩阵;
步骤六、获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果:
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度一致时,累加下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度不一致且存在新的车辆上桥时,对当前交通流状态下桥梁的动力响应结果对应的矩阵末位补0,再与下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量进行累加,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi+1和当前交通流状态下桥梁位移增量矩阵Qi的维度不一致且存在车辆下桥时,对当前交通流状态下桥梁的动力响应结果对应的矩阵首位补0,再与下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应增量进行累加,获取下一时刻交通流状态下桥梁的动力响应结果;
当下一时刻交通流状态下的桥梁冲击系数μ大于桥梁规范冲击系数时,交通连续流作用下桥梁耦合振动响应发出预警信号;
当下一时刻交通流状态下的桥梁冲击系数μ不大于桥梁规范冲击系数时,交通连续流作用下桥梁耦合振动响应不发出预警信号;
步骤八、循环步骤五至步骤七,实现对交通连续流作用下桥梁耦合振动响应的预警监控。
3.按照权利要求1所述的一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,其特征在于:步骤七中,当桥梁的自振频率f≤1.5Hz时,桥梁规范冲击系数为0.05;
当桥梁的自振频率1.5Hz<f≤14Hz时,桥梁规范冲击系数为0.1767Inf-0.0157;
当桥梁的自振频率f>14Hz时,桥梁规范冲击系数为0.45。
4.按照权利要求1所述的一种交通连续流作用下桥梁耦合振动响应预警方法,其特征在于:相邻的两个采集桥梁上交通流时刻间隔为1min~5min。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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