宋刚 梁杨 黄建云

摘 要：基于实测影响线对桥梁承载能力进行评估是近年来的研究热点。本文对试验车辆行驶速度对影响线测试结果的影响进行了数值仿真，仿真模型取单跨简支梁桥，忽略桥面不平度，结果表明：对于40 km/h以下行车速度，动挠度、动弯矩与理论静挠度、静弯矩峰值及面积差值均未超过3%，为桥梁影响线测试技术的提升进行了有益探索。

关键词：影响线;简支梁桥;测试技术;仿真

中图分类号：U442.5 文献标识码：A

1 仿真模型

为了不中断交通，影响线测试过程中，需要加载车辆以一定速度经过测试桥梁。这里通过数值仿真来分析不同行车速度对影响线测试结果的影响。为便于总结规律，桥梁选取等截面简支梁桥，移动车辆简化为2自由度车辆模型，仅考虑车桥的竖向振动，如图1所示。其中，mv、mw分别为车体质量和车轮质量;kv、cv、kw、cw分别为悬架和车轮的竖向刚度和竖向阻尼系数;zv、zw分别为车体和车轮的竖向位移。桥梁简化为等截面Bernoulli-Euler梁，EI、m和c分别表示桥梁竖向抗弯刚度、单位长度质量和粘性阻尼系数;桥长l。假定车辆沿着桥梁长度方向以速度v匀速行驶，且整个行驶过程中车轮与梁体接触良好，无跳车现象发生。车桥耦合运动方程的建立和求解，可见文献[5]。

2 不同行车速度的仿真结果

忽略桥面不平度，考虑试验车辆不同行车速度对影响线测试结果的影响。采用以下车桥系统参数进行仿真分析。简支梁桥：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。车辆系统：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。

车辆行驶速度v分别取5 m/s、10 m/s和20 m/s，仿真结果如图2、图3。可以看出，当车速较低时（5 m/s），桥梁跨中动挠度曲线和动弯矩曲线几乎与理论静挠度和理论静弯矩曲线重合。随着车速逐渐增大，桥梁动挠度曲线和动弯矩曲线与理论静挠度和理论静弯矩曲线的差异变大。同时，随着车速的增加，桥梁振动加剧，桥梁跨中出现最大挠度的时刻与车辆行驶至跨中的时刻并不一致。从图中还可以看到，当车速增大时，桥梁的动力响应并不是单调增大，有时甚至会出现动力放大系数小于1的情况（图中v=20 m/s）。

表1和表2给出了5 km/h～100 km/h不同行车速度下的桥梁跨中动挠度、动弯矩仿真统计结果，并与理论静挠度、静弯矩进行了对比。可以看出，动挠度、动弯矩与理论静挠度、理论静弯矩最大差值发生在行车速度v=100 km/h时，动挠度与理论静挠度峰值差值达到14%，动弯矩与理论静弯矩峰值差值达到10%。对于40 km/h以下行车速度，动挠度、动弯矩与理论静挠度、理论静弯矩峰值及面积差值均未超过3%。

3 总结

快速、准确、便捷获得结构响应影响线是基于实测影响线对桥梁承载能力评估的关键技术。通过对试验车辆行驶速度对影响线测试效果的影响进行数值仿真，本文对此进行了有益探索。随着影响线测试技术的突破，基于实测影响线的桥梁承载能力评估方法在大规模桥梁群承载能力快速普查方面有着广阔的推广应用前景。

参考文献：

[1]李玉红.基于准静态广义影响线的中小跨度梁桥承载能力评定方法初步研究[D].重庆交通大学硕士学位论文，2009.

[2]陈朝慰，夏樟华.基于靜态影响线的结构承载能力评估[J].公路交通科技，2013（07）：188-191.

[3]Yang Liu，Shaoyi Zhang.Da mage localization of bea m bridges using quasi-static strain influence lines based on the BOTDA technique [J].Sensors，2018，12（18）：4446.

[4]唐光武，廖敬波，张又进，等.基于准静态广义影响线的有限元模型修正方法在简支T梁桥中的运用研究[J].公路交通技术，2013（06）：42-46.

[5]夏禾.车辆与结构动力相互作用[M].北京：科学出版社，2002.