Hoe de Effecten van Wegdekruwheid de Dempingsratio van Boogbruggen Beïnvloeden

De dempingsratio speelt een cruciale rol in het begrijpen van de trillingsdynamica van bruggen, vooral als het gaat om gebogen bruggen. De dynamische eigenschappen van zulke bruggen kunnen worden beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de ruwe oppervlakken van het wegdek. Dit hoofdstuk onderzoekt de effecten van wegdekruwheid op de identificatie van de dempingsratio’s van een gebogen brug, waarbij zowel verticale als radiale dempingsratio’s aan bod komen.

In eerdere studies werden verschillende methoden geïdentificeerd voor het bepalen van de dempingsratio’s van bruggen, waarbij veel aandacht werd besteed aan de invloed van de demping van voertuigen die over de brug rijden. Het identificeren van deze dempingsratio’s is essentieel om de structurele gezondheid van een brug te monitoren, aangezien het helpt om de mate van energieverliezen door wrijving en andere krachten te begrijpen die optreden wanneer een brug in werking is.

Een belangrijk aspect dat de identificatie van de dempingsratio beïnvloedt, is de ruwe toestand van het wegdek. De ruwe oppervlakken kunnen leiden tot ongewenste bewegingen van het voertuiglichaam, wat op zijn beurt de modaliteiten van de brug kan verstoren. Dit maakt het moeilijk om de juiste dempingswaarden te bepalen. In deze context werd gekeken naar de effecten van wegdekruwheid op vier verschillende dempingsratio’s (1%, 2%, 3%, 4%), waarbij gebruik werd gemaakt van een model met twee verbonden voertuigen die over de brug reden.

Het gebruik van een middelzware vrachtwagen van 10 ton als rijdend voertuig over de brug hielp om de negatieve effecten van de wegdekruwheid te compenseren. Deze vrachtwagen fungeerde als een verzwaring van de belasting, wat de trilling van de brug versterkte en het mogelijk maakte om de dempingsratio’s beter te identificeren, zelfs in de aanwezigheid van oppervlakteruwheid. Dit blijkt een praktische benadering te zijn voor het succesvol identificeren van de dempingsratio’s van gebogen bruggen in realistische omstandigheden, waar verkeer en wegdekvariaties altijd aanwezig zullen zijn.

De resultaten uit de studie benadrukken het belang van de combinatie van voertuigbeweging en de juiste modeltechnieken om betrouwbare dempingsratio’s te verkrijgen, vooral wanneer variaties in het wegdek aanwezig zijn. Dit inzicht biedt waardevolle informatie voor ingenieurs die verantwoordelijk zijn voor het onderhoud en de beoordeling van bruggen, omdat het suggereert dat in praktijkomstandigheden, zoals een rijdende vrachtwagen, de identificatie van dempingsratio’s nog steeds nauwkeurig kan worden uitgevoerd ondanks storende factoren zoals wegdekruwheid.

Naast de praktische implicaties van deze bevindingen, is het belangrijk te begrijpen dat de effectiviteit van het identificeren van de dempingsratio’s afhangt van de nauwkeurigheid van de meetapparatuur en de gebruikte analysemethoden. De gesuggereerde benadering is niet alleen toepasbaar op gebogen bruggen, maar ook op andere typen bruggen en infrastructuren waar dynamische eigenschappen essentieel zijn voor de structurele gezondheid. Het gebruik van geavanceerde methoden zoals de Vehicle-Bridge Interaction (VBI) modellen en Signal Processing technieken, kan de precisie van het identificeren van dempingsratio’s verder verbeteren, zelfs onder uitdagende omstandigheden.

Hoe Kunnen de Instantane Frequencies van Bruggen Bepaald Worden? Technieken en Methoden

Het bepalen van de instantane frequenties van een brug is essentieel voor het begrijpen van de dynamische interacties tussen een brug en een voertuig tijdens het rijden. Deze frequenties veranderen voortdurend, afhankelijk van verschillende factoren zoals voertuigbewegingen, wegslechte staat en snelheid. Meerdere studies en experimenten hebben methoden ontwikkeld en verfijnd om deze variaties te identificeren en de structurele eigenschappen van bruggen beter te begrijpen.

Zhang en Tan (2021) stelden een semi-analytische benadering voor om de dynamische respons van een voertuig-brug-interactie (VBI) systeem te analyseren. Hierbij werd rekening gehouden met de traagheid van zware voertuigen en de daaruit voortvloeiende variaties van de instantane frequenties van zowel het voertuig als de brug. Door middel van frequentiemodulatietechnieken werden dynamische reacties gegenereerd die tijdsafhankelijke instantane frequenties omvatten. De gegenereerde reacties vertoonden een goede overeenkomst met numerieke simulaties en eerder gepubliceerde laboratoriummetingen.

Yang et al. (2022) breidden deze benadering uit door de gefilterde iteratieve referentie-gestuurde S-transformatie te gebruiken voor het identificeren van tijdsafhankelijke eigenschappen van een VBI-systeem. De numerieke en laboratoriumstudies bevestigden de succesvolle extractie van de instantane frequenties van het VBI-systeem uit de spectrogrammen die gegenereerd werden met behulp van deze techniek. Dit proces vertoonde minder interferentie in vergelijking met andere methoden voor tijd-frequentieanalyse gebaseerd op voertuigreacties.

Een andere significante benadering werd voorgesteld door Jin et al. (2022), die de multivariable output error state space (MOESP)-methode toepasten om de frequenties van een brug te schatten uit de dynamische respons van een voertuig dat de brug in twee fasen passeerde. Om de tijdsvariatie van het VBI-systeem te elimineren, werd de SVD-gebaseerde pseudo-inverse-algoritme toegepast voordat de MOESP-methode werd geïmplementeerd. Numerieke experimenten toonden de succesvolle identificatie van de structurele frequenties van de brug, zelfs bij hoge voertuigsnelheden en oneffenheden in het wegdek.

Daarnaast toonden studies van Tan et al. (2023) en Yang et al. (2024) aan hoe geavanceerde technieken zoals de tweede-orde synchrosqueezing-transformatie en semi-analytische oplossingen kunnen helpen bij het analyseren van frequentievariaties van bruggen in dynamische systemen. Dit toont aan hoe belangrijk het is om de impact van tijdsafhankelijke factoren te begrijpen bij het meten van de frequenties van bruggen. In feite kan de frequentievariatie van een plaatbrug tot wel 30% bereiken voor de eerste drie modi, wat een uniek fenomeen van golfpropagatie in plaatbruggen aantoont, iets wat niet vaak voorkomt in balkbruggen.

Naast deze methoden zijn er nog tal van technieken onderzocht voor het identificeren van de modaliteit van bruggen. Li et al. (2014) gebruikten bijvoorbeeld het gegeneraliseerde patroonzoekalgoritme (GPSA) om de identificatie van brugparameters te optimaliseren, waarbij werd aangetoond dat de eerste brugfrequentie en stijfheid indirect uit de reacties van een passerend voertuig konden worden geëxtraheerd. Dit suggereert dat dergelijke methoden potentieel hebben voor structureel gezondheidsmonitoring (SHM) en verkeersstructuurmonitoring (VSM) in civiele techniek.

Kortom, het vermogen om nauwkeurig de instantane frequenties van een brug te identificeren, heeft aanzienlijke implicaties voor het onderhoud en de veiligheid van bruggen. De voortdurende ontwikkeling van geavanceerde analysemethoden, zoals de S-transformatie, de synchrosqueezing-transformatie, en de multivariable state space methoden, biedt nieuwe perspectieven voor het effectief monitoren van bruggen, vooral in omstandigheden waar conventionele technieken mogelijk tekortschieten. De voortdurende verbetering van deze methoden belooft niet alleen de efficiëntie van inspecties te verhogen, maar ook de nauwkeurigheid van de voorspellingen van structurele gezondheid te verbeteren, wat uiteindelijk de levensduur van de bruggen kan verlengen.