Hur man verifierar och tillämpar beräkningsprocedurer för kontaktrespons och hjulreaktioner vid vägbroar

Vid undersökning av fordonets respons på vägbroar är en viktig aspekt att förstå hur hjulens rörelser interagerar med brostrukturens frekvenser. Detta innebär att man noggrant måste analysera både hjulens acceleration och kontaktpunktens respons för att få en exakt bild av hur fordonet påverkar och påverkas av brobyggnaden. En detaljerad förståelse av dessa interaktioner kan ge insikter i hur broar fungerar under trafikbelastning och hur de kan optimeras för att förbättra hållbarhet och komfort.

Vid verifiering av återberäknade hjulrespons är det viktigt att jämföra dessa med lösningarna från både den analytiska modellen och den Finita Elementen-metoden (FEM), som kan anses som en exakt lösning. Detta gör det möjligt att säkerställa att den formel som används för att beräkna hjulens respons ger ett resultat som är lika exakt som de mer avancerade modellerna. Enligt resultaten från både tids- och frekvensdomänerna stämmer de återberäknade hjulresponsen väl överens med FEM-lösningarna.

När man övergår till att beräkna kontaktresponsen är det också viktigt att säkerställa att den formel som används för detta ändamål – t.ex. den som beskrivs i ekvation (4.28) – ger samma resultat som både den analytiska lösningen och FEM. Det är just kontaktpunkten som spelar en avgörande roll för att identifiera de högre frekvenserna hos bron, eftersom fordonets egna frekvenser inte påverkar denna respons i samma grad som de påverkar hjulens. Detta gör att kontaktresponsen är mer effektiv för att identifiera broens första tre frekvenser än de spektra som härrör från fordonets kropp.

Modellerna som beskrivs ovan är också tillämpliga för andra typer av broar, inte bara enkla balkbroar. Genom att applicera dessa formler på flerfackiga broar, som t.ex. en tvåspanns- eller trespannsbro, kan man se att de återberäknade hjul- och kontaktresponsen fortfarande stämmer överens med FEM-lösningarna, vilket gör att dessa formler kan anses vara universella. Detta innebär att modellerna har stor potential för att tillämpas på olika brotyper med varierande geometri och strukturella egenskaper.

För att ytterligare förstå hur de föreslagna modellerna fungerar under mer realistiska förhållanden, är det också viktigt att genomföra parametriska studier. En sådan studie kan inkludera faktorer som fordonsdämpning, hastighet, vägbanans ojämnheter och pågående trafik. Dessa parametrar påverkar hur vibrationsöverföringen från bron till hjulen och vidare till fordonets kropp sker. För att säkerställa tillförlitligheten hos de föreslagna beräkningsformlerna är det nödvändigt att undersöka hur olika dämpningskoefficienter för fjädring och hjul påverkar resultatet. Följande diagram visar tydligt hur resultaten för hjul- och kontaktrespons beräknade med dessa formler matchar mycket bra med FEM-lösningarna för olika dämpningskoefficienter, vilket bekräftar formlernas tillförlitlighet.

Det är dessutom av vikt att förstå att dessa beräkningsmodeller inte bara tillämpas på specifika scenarier utan också är användbara för att förutsäga hur broar kommer att bete sig under olika trafikbelastningar. Genom att integrera faktorer som vägbanans ojämnhet och trafikens variationer kan ingenjörerna få en mer realistisk bild av broens prestanda och därigenom vidta åtgärder för att förbättra deras hållbarhet och säkerhet.

Hur pålitliga resultat kan uppnås vid identifiering av dämpningsförhållanden i broar?

I analysen av brodämpningsförhållanden, särskilt vid användning av metoder som Wavelet Transform (WT), är resultaten beroende av olika faktorer, bland annat broens geometri och de specifika egenskaperna hos de testfordon som används. För att exakt identifiera dämpningsförhållanden i broar är det avgörande att hantera data från såväl testfordon som broens svar på rörelser från dessa fordon. En viktig observation i detta sammanhang är att när antalet spann i en bro ökar, minskar robustheten i identifieringsresultaten, särskilt när broarna har stora dämpningskoefficienter. Därför rekommenderas det att använda data från de första spann av broar med två eller tre spann för att förbättra identifieringen av dämpningskoefficienter.

För att belysa detta, har Fig. 9.20 visat att genom att använda endast data från de första spann i en tvåspanns- eller trespannsbro, kan man få betydligt mer pålitliga resultat. Detta framgår tydligt genom att jämföra identifieringsresultaten i Fig. 9.19 och Tabell 9.8 med motsvarande figurer och tabeller i Fig. 9.20 och Tabell 9.9. I dessa fall är dämpningskoefficienten som identifierades för broar med två och tre spann i mycket bättre överensstämmelse med de teoretiska värdena.

När det gäller mer realistiska scenarier, som exemplifieras av Da–Wu–Lun bron, en sexspannig förspänd betongbro, blev det tydligt att även små förändringar i broens geometriska eller materialegenskaper kan ha en stor inverkan på identifieringen av dämpningsegenskaperna. Detta specifika exempel, där en tung lastbil (21,05 ton) som rör sig vid en hastighet av 5 m/s användes för att simulera trafikens effekt på brovibrationer, visade att även om dämpningskoefficienten för denna bro var uppskattad till 3%, så fanns det en betydande felmarginal (8,67%) i de identifierade resultaten för dämpningskoefficienten.

För att tackla dessa utmaningar har forskare föreslagit metoder som andra ordningens blindidentifiering (SOBI), filtreringstekniker och dubbla pass-metoder som kan förbättra resultaten. Dessa metoder syftar till att isolera och förstärka de relevanta signalerna som påverkas av fordonets rörelse och vägbanans ojämnheter. Det är viktigt att förstå att dessa tekniker inte endast är användbara för broar med enspann, utan även för mer komplexa strukturtyper som flerspannsbroar.

Den föreslagna metoden för identifiering av dämpningskoefficienter är robust, men den får sitt mest tillförlitliga resultat om man fokuserar på de första spannen av en bro, där störningar från interna stödstrukturer är minimala. Detta gör det möjligt att undvika större avvikelser i de insamlade data, särskilt för broar med fler än två spann. Det är också värt att notera att för att upprätthålla en hög kvalitet på data, rekommenderas det att undvika att använda för höga fordonshastigheter. För höga hastigheter kan leda till att de dämpningsrelaterade effekterna blir för svaga för att korrekt observeras under mätningarna.

Det är också avgörande att förstå att den metod som föreslås inte är begränsad till enbart det specifika exemplet av en tvåaxlig testbil. Den kan appliceras på en rad olika typer av broar och strukturtyper, förutsatt att tillräcklig data samlas in för att möjliggöra korrekt identifiering av dämpningsegenskaperna. För att uppnå noggrannare resultat krävs det en noggrann analys av vibrationernas amplituder och deras samband med både fordonets rörelse och vägbanans yta.