Hvordan pågående trafikk kan forbedre brofrekvensmålinger under støyforhold

I studier som involverer vibrasjonssensorer og brofrekvenser er det ofte en utfordring å skille de ønskede signalene fra støy forårsaket av både overflatestruktur og trafikk. Når broen blir utsatt for ulike typer vibrasjoner, kan både kjøretøyenes bevegelser og støy fra underlaget bidra til støy i spektret. I et slikt scenario har pågående trafikk vist seg å spille en avgjørende rolle i å forbedre nøyaktigheten i målingene av brofrekvenser. Dette skjer ved at trafikken tilfører ekstra energi til broens vibrasjoner, og dermed forbedrer evnen til å identifisere brofrekvenser, spesielt når det er støy forårsaket av ujevnheter i overflaten.

En viktig observasjon fra simuleringene er at jo høyere dempingsforholdet for kjøretøyene er, desto mer reduseres broens respons på vibrasjoner. Dette er et resultat av dempingen som virker negativt på broens naturlige frekvenser. Samtidig kan ujevnheter i overflaten gjøre de høyfrekvente komponentene i spektrene vanskelige å identifisere, noe som kan redusere nøyaktigheten i målingene. Når trafikk er tilstede, spesielt med kjøretøy som har varierende masser og hastigheter, kan den pågående trafikken bidra til å "pumpe" mer energi inn i broens vibrasjoner, noe som gjør det lettere å skille de ønskede frekvensene fra støy.

I et eksperimentelt scenario hvor fire kjøretøy, med forskjellige masser og hastigheter, ble brukt for å skape en tilfeldig trafikkflyt, ble det funnet at brofrekvenser kunne identifiseres mer effektivt ved hjelp av kontaktresponsen enn med kjøretøyresponsen alene. Dette fenomenet blir mer uttalt i tilfeller hvor det er både pågående trafikk og overflatestruktur som kan skape støy. Når trafikken er til stede, og de riktige dempingsforholdene er valgt, kan man med større sikkerhet identifisere brofrekvenser og filtrere ut støyen fra høyfrekvente komponenter.

En annen fordel med pågående trafikk i slike målinger er at den ikke krever noen form for trafikkavvikling eller midlertidig stenging av broen. Dette gjør teknikken praktisk og anvendbar i feltmålinger, ettersom den kan utføres uten å påføre ulemper for de som bruker veien. Ved å bruke trafikkens naturlige bevegelse kan man både redusere støyen forårsaket av ujevnheter og samtidig oppnå en nøyaktig måling av broens respons, noe som gjør VSM (Vehicle Scanning Method) til en svært lovende teknikk i slike sammenhenger.

Hvordan redusere brodempingens effekt på modusanalyse ved bruk av kjøretøyrespons

I moderne infrastruktur er det essensielt å forstå hvordan brodemping påvirker analysen av broens moduser. Når et kjøretøy beveger seg over en bro, skapes en interaksjon mellom kjøretøyet og broen som genererer akselerasjoner og forskyvninger, noe som er avgjørende for å vurdere broens tilstand. Ved å bruke testkjøretøy og analysere de resulterende responser, kan man rekonstruere broens moduser. Imidlertid forvrenger broens egen demping disse resultatene, og det er nødvendig å bruke spesifikke metoder for å korrigere for denne forvrengningen.

Bruken av formler som tilbakefører de kontaktresponser som er påvirket av brodemping, er et viktig skritt i å forbedre presisjonen i broens modusanalyse. En nylig fremlagt metode for normalisering av disse responsene har vist seg å fjerne effekten av brodemping, og dermed gi mer nøyaktige bromoduser. Dette er spesielt viktig når man arbeider med kjøretøyer som beveger seg over broen, ettersom de gir en tids-avhengig respons som kan brukes til å identifisere broens modussvingninger.

I figurene som sammenligner de tidligere metodene med den nyeste normaliserte metoden, vises tydelig hvordan broens første og andre moduser kan gjenopprettes med høyere nøyaktighet ved å bruke den nye tilnærmingen. For eksempel, i de tidligere metodene, der broens demping ble inkludert i analysen, ble modussvingningene forvrengt og usymmetriske. Ved å bruke den normaliserte formelen (10.37), ble forvrengningen redusert betydelig, og gjenopprettede moduser hadde høyere verdi på Modal Assurance Criterion (MAC), som er et mål på nøyaktigheten i modusanalyse.

Bruken av forskjellige typer kjøretøyer, både stasjonære og bevegelige, gir forskjellig informasjon om hvordan broen responderer. I analysene ble både akselerasjonsdata fra stasjonære kjøretøy og fra de som er i bevegelse brukt for å rekonstruere broens moduser. Bevegelsens innvirkning på akselerasjonene er tydelig synlig, og den dynamiske interaksjonen mellom kjøretøy og bro gir et komplett bilde av broens respons.

Det er viktig å merke seg at brodemping ikke bare reduserer amplituden til de naturlige svingningene i broen, men også kan føre til en betydelig skjevhet i modusanalyse, spesielt i lavere moduser som er kritiske for strukturell integritet. Når brodempingens effekt ikke korrigeres, kan man ende opp med en feiltolkning av broens respons og dermed en mangelfull vurdering av dens tilstand. Ved å implementere metodene som eliminerer disse forvrengningene, får ingeniører en mye mer pålitelig analyse av broens vibrasjonsmoduser.

En videre diskusjon om effekten av forskjellige brodempingsforhold viser at en høyere dempingsgrad kan ha en betydelig innvirkning på hvor nøyaktig broens moduser kan gjenopprettes. I det presenterte materialet er det blitt undersøkt hvordan variasjoner i brodempingsforholdene, kjøretøyhastigheter, og til og med plasseringen av stasjonære kjøretøyer påvirker nøyaktigheten i de rekonstruerte modene. Den nye metoden er testet med flere varianter av brodempingsforhold, og resultatene har vist at selv ved høyere demping (opptil 2,5%), forblir metoden effektiv i å fjerne forvrengningene.

I praksis er denne metoden viktig for broinspektører og ingeniører som arbeider med å evaluere strukturelle tilstander på broer over tid. Ved å bruke den korrekte tilnærmingen kan man få bedre innsikt i de dynamiske egenskapene til broen, som er avgjørende for å forutsi livslengden og påliteligheten til infrastrukturen. Denne teknologien gjør det mulig å vurdere broens tilstand mer presist uten å måtte installere omfattende sensorer eller benytte seg av dyre teknologier som kan ha begrenset anvendelse på steder med vanskelig tilgang.