試驗(yàn)車輛車速對(duì)橋梁影響線測(cè)試結(jié)果的影響

宋剛 梁楊 黃建云

摘 要：基于實(shí)測(cè)影響線對(duì)橋梁承載能力進(jìn)行評(píng)估是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。本文對(duì)試驗(yàn)車輛行駛速度對(duì)影響線測(cè)試結(jié)果的影響進(jìn)行了數(shù)值仿真，仿真模型取單跨簡(jiǎn)支梁橋，忽略橋面不平度，結(jié)果表明：對(duì)于40 km/h以下行車速度，動(dòng)撓度、動(dòng)彎矩與理論靜撓度、靜彎矩峰值及面積差值均未超過(guò)3%，為橋梁影響線測(cè)試技術(shù)的提升進(jìn)行了有益探索。

關(guān)鍵詞：影響線;簡(jiǎn)支梁橋;測(cè)試技術(shù);仿真

中圖分類號(hào)：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 仿真模型

為了不中斷交通，影響線測(cè)試過(guò)程中，需要加載車輛以一定速度經(jīng)過(guò)測(cè)試橋梁。這里通過(guò)數(shù)值仿真來(lái)分析不同行車速度對(duì)影響線測(cè)試結(jié)果的影響。為便于總結(jié)規(guī)律，橋梁選取等截面簡(jiǎn)支梁橋，移動(dòng)車輛簡(jiǎn)化為2自由度車輛模型，僅考慮車橋的豎向振動(dòng)，如圖1所示。其中，mv、mw分別為車體質(zhì)量和車輪質(zhì)量;kv、cv、kw、cw分別為懸架和車輪的豎向剛度和豎向阻尼系數(shù);zv、zw分別為車體和車輪的豎向位移。橋梁簡(jiǎn)化為等截面Bernoulli-Euler梁，EI、m和c分別表示橋梁豎向抗彎剛度、單位長(zhǎng)度質(zhì)量和粘性阻尼系數(shù);橋長(zhǎng)l。假定車輛沿著橋梁長(zhǎng)度方向以速度v勻速行駛，且整個(gè)行駛過(guò)程中車輪與梁體接觸良好，無(wú)跳車現(xiàn)象發(fā)生。車橋耦合運(yùn)動(dòng)方程的建立和求解，可見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。

2 不同行車速度的仿真結(jié)果

忽略橋面不平度，考慮試驗(yàn)車輛不同行車速度對(duì)影響線測(cè)試結(jié)果的影響。采用以下車橋系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行仿真分析。簡(jiǎn)支梁橋：l=30 m、A=5.41 m2、m=1.78×104 kg/m、I=1.668 m4、E=3.45×1010 N/m2、阻尼比ξ =0.025。車輛系統(tǒng)：mv=15 670 kg、mw=2 530 kg、kv=1.8×106 N/m、cv=1×104Ns/m、kw=3.5×106 N/m、cw=5×103 Ns/m。

車輛行駛速度v分別取5 m/s、10 m/s和20 m/s，仿真結(jié)果如圖2、圖3。可以看出，當(dāng)車速較低時(shí)（5 m/s），橋梁跨中動(dòng)撓度曲線和動(dòng)彎矩曲線幾乎與理論靜撓度和理論靜彎矩曲線重合。隨著車速逐漸增大，橋梁動(dòng)撓度曲線和動(dòng)彎矩曲線與理論靜撓度和理論靜彎矩曲線的差異變大。同時(shí)，隨著車速的增加，橋梁振動(dòng)加劇，橋梁跨中出現(xiàn)最大撓度的時(shí)刻與車輛行駛至跨中的時(shí)刻并不一致。從圖中還可以看到，當(dāng)車速增大時(shí)，橋梁的動(dòng)力響應(yīng)并不是單調(diào)增大，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)動(dòng)力放大系數(shù)小于1的情況（圖中v=20 m/s）。

表1和表2給出了5 km/h～100 km/h不同行車速度下的橋梁跨中動(dòng)撓度、動(dòng)彎矩仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并與理論靜撓度、靜彎矩進(jìn)行了對(duì)比。可以看出，動(dòng)撓度、動(dòng)彎矩與理論靜撓度、理論靜彎矩最大差值發(fā)生在行車速度v=100 km/h時(shí)，動(dòng)撓度與理論靜撓度峰值差值達(dá)到14%，動(dòng)彎矩與理論靜彎矩峰值差值達(dá)到10%。對(duì)于40 km/h以下行車速度，動(dòng)撓度、動(dòng)彎矩與理論靜撓度、理論靜彎矩峰值及面積差值均未超過(guò)3%。

3 總結(jié)

快速、準(zhǔn)確、便捷獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響線是基于實(shí)測(cè)影響線對(duì)橋梁承載能力評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)車輛行駛速度對(duì)影響線測(cè)試效果的影響進(jìn)行數(shù)值仿真，本文對(duì)此進(jìn)行了有益探索。隨著影響線測(cè)試技術(shù)的突破，基于實(shí)測(cè)影響線的橋梁承載能力評(píng)估方法在大規(guī)模橋梁群承載能力快速普查方面有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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[5]夏禾.車輛與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用[M].北京：科學(xué)出版社，2002.