[发明专利]一种32米高铁标准简支梁的动挠度监测方法

说明书

一种32米高铁标准简支梁的动挠度监测方法，涉及一种动挠度监测方法。基于Ansys有限元数值模拟提取关键测点的位移和应变影响线；建立UM多体动力学模型提取关键测点的位移与应变时程曲线；基于桥梁两车道列车荷载偏载分布和桥面广义节点外荷载稀疏分布，应变影响线采用l1正则化稀疏重构反演等效广义节点外荷载，和位移影响线重构全桥位移场，求解等效广义节点外荷载确定最佳正则化参数；计算重构与理论或者实测的时程位移向量之间的相对误差百分比验证准确性。基于桥梁关键测点的应变影响线采用l1正则化稀疏重构理论重构等效广义节点外荷载，解决列车偏载弯扭耦合作用下不符合平截面假设的问题。

技术领域

本发明涉及一种动挠度监测方法，尤其是一种32米高铁标准简支梁的动挠度监测方法，属于高铁桥梁健康监测技术领域。

背景技术

截止到2020年，我国的高速铁路营业总里程超过3.5万公里，高铁桥梁总数达到3万多座其总里程突破1.6万公里，是世界第一的高速铁路桥梁大国。高铁桥梁作为高速铁路交通中的咽喉和要道，其安全与否直接影响到交通的正常运行和国民经济的发展。而如此巨大体量的高铁桥梁中85％以上为等跨径布置的预应力混凝土简支箱梁桥，其在长期服役过程中由于受到气候、环境等自然因素和人为因素的影响，难以避免出现逐渐老化和局部损坏，进而导致其承载能力逐渐下降，成为病害桥梁，其正常使用阶段的安全性和耐久性已经成为关系桥梁结构安全运营的关键问题，一旦出现破坏，将造成严重的经济损失和恶劣的社会影响。在历经近十几年大规模建设后，我国高速铁路主要采用的32米标准梁将全面迎来养护期。目前，桥梁的检测、评估与维护均采用定期检测，需要耗费巨大的人力、物力、财力，不能做到在线实时监测桥梁安全状况，桥梁一旦发生损伤难以及时发现和采取补救措施。

因此，为了保证在役高铁桥梁的健康运营，需要对高铁32米标准梁的健康情况进行长期监测，而桥梁动态挠度是评价桥梁竖向刚度的主要判断依据及分析桥梁受力变形和动力响应的主要控制参数，所以高铁32米标准梁的动挠度监测对于运行安全性和结构损伤评估是十分重要的。在长期的桥梁结构检测、验收和鉴定工作中，国内外学者、检测人员总结了多种桥梁挠度测量方法，其中典型测量方法包括：精密水准仪测量法、全站仪测量法、光电成像和CCD法、PSD激光测量法、GPS法、加速度传感器积分法、百分表法、悬锤法、连通管式测量法、位移传感器直接测量法、倾角仪传感器间接测量法等，但普遍存在成本高、精度低、不易安装与维护、需要静态参考点、易受天气影响等局限性。

近年来随着桥梁健康监测技术的发展，通过利用桥梁结构的应变-位移关系来识别出结构的挠曲线，是一种间接测量变形的方法，这类方法适用于简单梁式桥梁的挠度测量。但是目前的分析方法都是将桥梁梁体简化为欧拉-伯努利梁，假设桥梁断面的变形符合平截面假定，而对于高铁32米标准梁上列车荷载偏载分布的特点，在弯扭耦合作用下传统的“应变-动挠度”转化方程不能够成立。因此，如何测试高铁32米标准梁在弯扭耦合作用下的动态挠度是一个亟待解决的难题，开展列车偏载作用下考虑弯扭耦合效应的32米高铁标准简支梁动挠度监测方法的研究具有重要的现实意义。

发明内容

为解决高铁32米标准梁列车偏载弯扭耦合作用下不符合平截面假定，基于初等梁理论的“应变-动挠度”转化方程不再成立，本发明提供一种32米高铁标准简支梁的动挠度监测方法，它提出了一种基于桥梁关键测点的应变影响线采用l1正则化稀疏重构理论重构等效广义节点外荷载，从而实现动挠度监测的方法，能够适用于解决列车偏载弯扭耦合作用下不符合平截面假设的问题。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种32米高铁标准简支梁的动挠度监测方法，包括以下步骤：

步骤1：基于Ansys有限元数值模拟提取桥面轨道线上单位荷载作用下布置在桥梁底板的关键测点的位移影响线和应变影响线；

步骤2：建立32米高铁标准简支梁的UM多体动力学模型，设置列车分别以不同的速度行驶过桥梁，设置采样频率，提取桥梁底板各个关键测点的位移与应变时程曲线作为UM数值模拟算法验证的数据集；