Hur påverkar bilens dämpning och andra parametrar resultatet vid inspektion av brofrekvenser?

Resultaten för kontaktresponsen visas i Figur 2.5, tillsammans med de analytiskt och numeriskt bakåtrekalkulerade resultaten från karossens respons via kontaktresponsformeln i Eq. (2.28). Den kontaktrespons som erhålls direkt från bron kan anses vara exakt, men det är nästintill omöjligt att mäta den fältmässigt. Det är uppenbart att de kontaktresponser som bakåtrekalkulerats från fordonets respons med hjälp av Eq. (2.28) stämmer väldigt bra överens med den respons som direkt beräknats från bron, både i tids- och frekvensdomänerna, som visas i Figur 2.5(a) och (b). Brofrekvenserna för de första lägena framträder tydligt i kontaktspektrumet, vilket är en fördel i förhållande till spektrumet för fordonet som visas ovan. En sådan egenskap förklarades tidigare med hjälp av FRF:erna som ges i Eq. (2.31) för fallet där fb > 2fv, vilket framgår av Figur 2.2. En alternativ tolkning av detta är att fordonets frekvens har eliminerats från kontaktresponsen, vilket därigenom tar bort effekten av fordonets frekvens. Denna egenskap kommer att studeras vidare i närvaro av ytytor i avsnitt 2.5.4 och genom fälttester i avsnitt 2.6.

Bilens dämpning är en effekt som inte kan undvikas helt vid konstruktionen av testfordonet, och den undersöks här. Fyra dämpningsförhållanden för fordonet, nämligen 0,05, 0,1, 0,15 och 0,2, beaktas. Övriga egenskaper för testfordonet och bron är desamma som de som användes i avsnitt 2.4.2. Accelerationerna och de motsvarande fast Fourier-transformerade (FFT) spektrumen för testfordonet visas i Figur 2.6(a) och (b). Från spektrumen i Figur 2.6(b) kan man observera att endast den första brofrekvensen kan identifieras tydligt, men inte de andra frekvenserna för alla dämpningsförhållanden som beaktas. Vidare minskar amplituden för den första brofrekvensen när dämpningsförhållandet ökar från 0,05 till 0,2, medan motsatsen gäller för de högre brofrekvenserna, vilket överensstämmer med det som visas i Eq. (2.31) och Figur 2.2, även om amplitudökningen är ganska liten. Detta beror på att fordonets frekvens uppfyller villkoret fb,1 < 2fv, som nämnts ovan.

Fordonets hastighet spelar en viktig roll i provtagning, effektivitet och excitation av bron under fälttester. För detta syfte får testfordonet med ett dämpningsförhållande på 𝜉v = 0,05 korsa bron vid tre hastigheter: 2, 5 och 10 m/s (7,2, 18 och 36 km/h). Alla de andra egenskaperna för testfordonet och bron är identiska med de som diskuterades i avsnitt 2.4.2. Fordonsresponsen visas i Figur 2.8, från vilken man observerar att amplituden ökar när fordonets hastighet ökar, på grund av den större energimängd som testfordonet tillför vid högre hastigheter. Detta hjälper dock inte till att identifiera brofrekvenserna för de högre lägena på grund av den inneboende begränsningen hos fordonets respons. I kontrast visas kontaktresponserna i Figur 2.9, från vilken man observerar att alla brofrekvenser som listas i Tabell 2.2 (och fler) kan identifieras vid de tre hastigheterna. När hastigheten ökar blir skiftet (n𝜋v/L) tydligare, vilket delar varje frekvens i två grenar (dvs. f bl,n och f br,n). Dessutom har toppamplituderna för alla lägen ökat drastiskt. Jämfört med Figur 2.8 är fördelarna med kontaktresponsen för att identifiera brofrekvenserna uppenbara.

Miljöbuller kan vara en störande faktor vid insamling av vibrationsdata genom sensorer installerade på testfordonet. För att bedöma tillförlitligheten hos den föreslagna metoden mot sådan störning kommer vitt brus av olika nivåer att undersökas. Den förorenade fordonseffekten, ÿp, kan hypotetiskt erhållas genom att överlagra bullret på fordonets acceleration ÿv, det vill säga ÿp = ÿv + EpNs𝜎ÿ. Fyra nivåer av omgivningsbuller, Ep = 2, 5, 10 och 20%, övervägs.

För att säkerställa att resultaten är så tillförlitliga som möjligt är det viktigt att vid inspektion av brofrekvenser att man tar hänsyn till dämpningseffekter, fordonets hastighet samt den potentiella störningen från omgivningsbuller. Det är också avgörande att förstå hur bilens respons och den bakåtrekalkylerade kontaktresponsen fungerar i förhållande till brofrekvenser för att korrekt kunna identifiera alla relevanta resonanslägen för bron.

Hur kan ett testfordons rörelser hjälpa till att identifiera brofrekvenser?

Vid genomförandet av tester på en tvåspannig balkbro, där ett fordon kör över brobanan, analyserades testfordonets vertikala rörelse genom att beräkna genomsnittet av vibrationerna från sensorerna vid vänster och höger hjul. Dessa analyser visade att de första två brofrekvenserna och fordonets vertikala frekvens kunde identifieras, men att de vaggande frekvenserna försvann från spektrumet. För att bättre identifiera dessa brofrekvenser gjordes en beräkning av den vaggande rörelsen genom att subtrahera svaren från vänster- och högerhjulens sensorer, vilket gav ett tydligare resultat.

Ytterligare analyser visade att genom att använda kontaktresponsen från de två hjulen, istället för de ursprungliga hjulens svar, kunde brofrekvenserna bli mer framträdande. Detta berodde på att de vertikala och vaggande frekvenserna hos fordonet eliminerades från spektrumet, vilket möjliggjorde en tydligare identifiering av de första tre brofrekvenserna. En annan viktig observation var att när testfordonet tillfälligt stannade på bron under mätningen, stärktes spektralförstärkningen av de första brofrekvenserna, vilket gjorde det möjligt att identifiera högre ordningens brofrekvenser som normalt skulle ha förlorat sig i de dominerande fordonets frekvenser.

Det är också viktigt att förstå att denna metod möjliggör en mer realistisk modell av hur fordon interagerar med ojämna ytor, vilket skiljer sig från traditionella enkelfrekventa modeller som antar en jämn fördelning av rörelser mellan hjulen. Genom att beakta den faktiska ojämnheten i vägytan kan man få en mer exakt bild av både fordonets och broens dynamik under belastning.

Hur bestäms dämpningskvoten för en bro genom användning av ett tvåaxligt fordon?

I denna metod presenteras ett tillvägagångssätt för att bestämma dämpningskvoten för en bro genom att analysera kontaktreaktionerna från ett tvåaxligt fordon. Genom att använda både analytiska lösningar och finita elementmetoder (FEM) kan man noggrant identifiera dämpningskvoten för broar baserat på svar från kontaktpunkterna mellan fordonet och bron. Denna teknik har blivit allt viktigare för att utvärdera och förstå dynamiken hos broar under last, särskilt vid hastigheter där dämpningen spelar en betydande roll för strukturell integritet och hållbarhet.

En viktig aspekt som undersöks är sambandet mellan de första responskomponenterna från fordonets främre och bakre kontaktpunkter. Genom att analysera dessa kan man återskapa de första dämpningssvaren och identifiera dämpningskvoten för bron. Resultaten, som visas i figurerna i den aktuella studien, bekräftar att de bakre och främre kontaktpunkternas svar är starkt korrelerade och överensstämmer väl med både analytiska och FEM-modeller i både tids- och frekvensdomänerna. Den identifierade dämpningskvoten för bron, som i detta fall uppgick till 1,92%, var mycket nära det teoretiska värdet på 2%, vilket indikerar att metoden är pålitlig för att uppskatta denna parameter.

Det är också viktigt att förstå att dämpningen i sig reducerar amplituderna av broresponsen, vilket gör det svårare att identifiera dämpningskvoter för högre vibrerande moduler utöver den första. För att kunna tillämpa metoden effektivt måste man också beakta vägförhållandena, särskilt vägarnas grovhet. Om vägförhållandena är ogynnsamma och orsakar stor vibration från ojämnheter i vägen, kan det vara svårt att isolera broens respons från dessa störningar. I sådana fall kan ytterligare tekniska åtgärder vidtas för att förbättra precisionen, såsom användning av ytterligare fordon för att simulera slumpmässig trafik, eller implementering av specifika filtreringsmetoder för att minska brus.

Det är även värt att påpeka att förhållandena på bron, såsom de första frekvenserna av vibrationer (t.ex. 2,67 Hz och 10,50 Hz), kan påverkas av faktorer som lastens storlek och fordonshastighet. När fordonen rör sig över bron kan deras påverkan variera beroende på hastigheten och vägens egenskaper, vilket gör att man bör vara försiktig med att extrapolera resultaten till förhållanden som avviker för mycket från de testade scenarierna.