Hur man tar bort effekten av brodämpning i identifieringen av bromodformer

Att extrahera brofrekvenser från kontaktens spektrum är en central uppgift inom strukturell övervakning, men direkt mätning av accelerationen hos kontaktpunkterna (CPs) på broar är ofta praktiskt taget omöjlig. Detta beror på att kontaktpunkterna rör sig tillsammans med fordonet över bron. För att förstå dessa rörelser används accelerationsdata ücj(t) som en analytisk referens för efterföljande back-beräkningar av kontaktens svar. Dessa accelerationsdata kan härledas från en balansformel för testfordonet, som validerats i fälttester, vilket gör att man kan beräkna svaren retroaktivt utifrån fordonets rörelser. Det är viktigt att förstå att dessa beräkningar är beroende av noggrant uppmätta parametrar för testfordonet. För att säkerställa dessa parametrar används ofta tester på plana vägar eller skakbordstester.

Vid identifiering av broens modformer genomförs ofta användning av tekniker som Hilbert Transform (HT) och Wavelet Transform (WT), som har visat sig vara användbara för att återvinna broens modformer från fordonets respons. Dessa metoder kan dock påverkas av brodämpning, vilket kan leda till förvrängda resultat. Problemet med brodämpning är att den kan förvränga de återvunna modformerna, vilket gör det svårt att få exakta representationer av broens dynamik.

För att effektivt återvinna broens modformer krävs en metod för att isolera den komponent som är relevant för analysen från både den främre och bakre kontaktens respons. Här kan tekniker som BPF-, EMD- och VMD-baserade metoder användas för att extrahera de önskade svaren. Eftersom den drivande frekvensen nπv/L är mycket lägre än broens frekvens ωbD, kan svaren för den nth-komponenten av broen härledas genom att använda den givna ekvationen för situationer där båda fordonets hjul samtidigt påverkar bron.

I ekvationen som återger broens nth-komponent kan denna komponent isoleras för att extrahera broens respons. De så kallade förskjutna frekvenserna ωbl,n och ωbr,n för broen spelar en viktig roll för att separera effekten av dämpning från den egentliga modformen. Denna separation gör det möjligt att fånga broens dynamik utan att förlora information om dess modform på grund av dämpning.

En av de mest centrala teknikerna för att ta bort dämpningseffekten är Hilbert-transformen (HT), som används för att analysera den momentana amplituden av nth-komponenten av broens svar. HT tillåter oss att beräkna hur amplituden förändras över tid och att identifiera eventuella förvrängningar orsakade av brodämpning. Genom att tillämpa HT kan vi få en mer exakt representation av broens modform och identifiera dess egenskaper utan att påverkas av dämpningseffekter.

För att ytterligare förbättra denna process används en rekursiv formel som bygger på den spatiala korrelationen mellan de främre och bakre kontaktpunkterna (CPs). Genom att eliminera dämpningseffekten baserat på tidsförskjutningen mellan de två hjulen på fordonet, kan den verkliga modformen återvinnas mer exakt. Denna metod innebär att förhållandet mellan amplituderna för de främre och bakre hjulens svar, som mäts vid olika tidpunkter, uppdateras kontinuerligt för att ge en mer exakt bild av broens dynamiska egenskaper.

Det är avgörande att förstå att brodämpningens effekt på modformsidentifieringen inte bara påverkar de direkta mätningarna av amplitud, utan också kan distorsionera själva formen på modformen. Genom att använda den rekursiva formeln för att korrigera dessa distorsioner kan man få en mer precis identifiering av broens modformer. Det är viktigt att säkerställa att både de främre och bakre kontaktpunkterna behandlas korrekt för att kunna extrahera den verkliga modformen för bron.

Endtext

Hur pågående trafik påverkar skanning av brofrekvenser i närvaro av ojämn väg

I studier av broers responser på vibrationer orsakade av fordon har ytener ojämnheter en betydande inverkan på mätningarna. Ytterligare effekter, som dämpning från fordon och trafikflöde, introducerar komplexitet i hur brofrekvenser kan extraheras från dessa mätningar. Följaktligen är det avgörande att förstå hur dessa olika faktorer samverkar för att förbättra precisionen vid analysen av brostrukturers beteende, särskilt i relation till specifika testmetoder som används i fält.

När brofrekvenser skannas i närvaro av pågående trafik, kan vi observera att medan de högre frekvenserna påverkas av vägslitage, förbättras synligheten för vissa brofrekvenser. Detta är en viktig observation, eftersom det innebär att brofrekvenser kan extraheras på ett mer tillförlitligt sätt trots närvaron av vägslitage. De testade scenarierna som simulerades med olika dämpningsförhållanden för fordon visar att det är möjligt att identifiera två av bronens resonansfrekvenser, även om det inte är möjligt att identifiera alla höga frekvenser i spektrumet. Det innebär att pågående trafik spelar en avgörande roll i att förbättra precisionen i frekvensextraktion, särskilt för brofrekvenser.

I tester där pågående trafik beaktades, kunde samtliga tre brofrekvenser i spektrumet tydligt identifieras. Vid dessa mätningar filtrerades fordonets frekvens helt bort, vilket bekräftar att trafiken bidrar till att dämpa höga frekvenser som annars skulle orsakas av ojämnheter i vägbanan. Detta ger ytterligare stöd för användningen av pågående trafik som en naturlig dämpning av oönskade höga frekvenser när man använder tekniker som Vehicle Scanning Method (VSM).

Därför är det också viktigt att beakta broens materialegenskaper och de interna dimensionerna i designen av experimentella uppställningar för att säkerställa att de insamlade data är tillförlitliga. I avsaknad av sådan information kan experimenten endast ge en uppskattning av frekvensernas respons utan att ge en exakt modell för broens dynamiska beteende.

Att identifiera och förstå dessa interaktioner mellan trafikflöde, vägslitage och broens naturliga frekvenser är avgörande för utvecklingen av tekniker som kan användas i praktiska tillämpningar för att övervaka broars hälsa i realtid. Dessa tekniker kan hjälpa till att förhindra broskador genom att möjliggöra snabbare och mer effektiva inspektioner, vilket i sin tur kan spara både tid och resurser i brounderhåll och reparationer.