Inom området bro- och järnvägsteknik har forskare utvecklat metoder för att identifiera brodämpning, skador och andra strukturella egenskaper hos broar och järnvägsspår genom att använda svar från rörliga testfordon. Dessa metoder bygger på att analysera den respons som ett fordon genererar när det färdas över en bro eller ett spår, vilket ger värdefull information om strukturella egenskaper som kan användas för att både utvärdera broars tillstånd och förutsäga möjliga framtida problem.

En metod som har visat sig vara effektiv för att hantera effekterna av brodämpning på modeformer är den trestegs korrigeringstekniken för modeformer (MSCM) som föreslogs av Yang et al. (2023). I denna metod används en nollfasfilterteknik för att extrahera komponentresponsen från fordonsrörelsen, vilket tar bort kantpåverkan och därmed gör det möjligt att noggrant identifiera modeformer utan att påverkas av brodämpningens effekter. Vidare utvecklades en trial-and-error-metod för att objektivt beräkna brodämpningskvoten, vilket bekräftades genom både teoretiska studier och fältförsök.

En annan innovativ metod för att eliminera dämpningseffekter är den normaliserade formeln som lanserades av Yang et al. (2024). Genom att använda både rörliga och stationära testfordon, där det rörliga fordonet skannar den globala modalresponsen på bron och det stationära fordonet fungerar som referens, kan dämpningseffekten tas bort. Detta innebär att inga förkunskaper om brodämpningskvoter krävs, vilket gör tekniken användbar i en mängd olika praktiska tillämpningar.

För att bättre förstå brodämpning och dess inverkan på strukturella analyser har Yang et al. (2019) utvecklat en teoretisk ram för att extrahera brodämpningskvoten med hjälp av ett tvåaxligt testfordon utrustat med accelerometrar och lasersensorer. Genom att mäta de relativa förskjutningarna mellan testpunkterna på bron och använda en teknik för att hantera vägytans ojämnheter, kan forskarna noggrant beräkna dämpningskvoten. Detta är en grundläggande metod för att identifiera brodämpning utan att behöva känna till alla detaljer om brostrukturen i förväg.

Därutöver har det blivit allt mer uppenbart att brodämpning inte bara påverkar de extraherade modeformerna utan även själva kontaktresponsen. Genom att använda avancerade signalbehandlingstekniker som Höga transformeringar (HT) eller Wavelettransformeringar (WT), kan forskare extrahera de exakta komponenterna från kontaktresponsen och identifiera brodämpningskvoten mer exakt.

Bro- och järnvägsskador är också ett viktigt forskningsområde. För att upptäcka och identifiera skador på broar har Yau et al. (2017) använt våglängdskarakteristik som en indikator för att bedöma broarnas tillstånd, särskilt för att upptäcka sprickor eller skador på balkar. Genom att analysera våglängden från responsen av ett rörligt testfordon, kan forskare indirekt uppskatta var skadorna kan finnas.

Zhang et al. (2018) föreslog att den omedelbara amplitudkvadraten (IAS) från kontaktresponsen kan användas som ett skadeindex. IAS är känslig för även små skador, flertalet skador eller förväxling med mätbrus och ojämnheter på vägen. Det är en metod som inte kräver några baslinjemätningar innan skadorna inträffar, vilket gör den mycket användbar i fältförhållanden där det inte alltid är möjligt att få tillgång till historiska mätdata.

För att lokalisera skador i plattbroar föreslog Yang och He (2022) en metod som använder en enhetlig translational respons (UTR). Genom att använda de första flexurala modeformerna och beräkna UTR-kurvorna för både vänster och höger hjul på ett testfordon, kan forskarna identifiera skadornas longitudinella och laterala positioner. Detta är en effektiv metod för att lokalisera skador i plattbroar baserat på korrelationer mellan de kurvor som genereras vid två olika hjulpositioner.

Användningen av dessa tekniker har också expanderat till järnvägsspår. Yang et al. (2020) utvecklade en metod för att detektera spårmodulen genom att analysera svaret från ett rörligt testfordon över spåret. Genom att härleda slutna lösningar från en mekanisk modell för ett enkelt balksystem som vilar på en elastisk grund, kunde de teoretiskt verifiera metodens förmåga att detektera spårmodulens variationer.

Vidare har tekniker för att identifiera skador på järnvägsspår också inkluderat användningen av IAS-algoritmen, som visat sig vara användbar även för att upptäcka förlust av styvhet i järnvägsspår med elastisk grund.

Det är värt att förstå att dessa metoder inte bara är teoretiska utan också har visat sig vara effektiva i praktiska tillämpningar, både för broar och järnvägsspår. Genom att använda rörliga testfordon som en nyckelkomponent för att samla in data i realtid, kan ingenjörerna bättre övervaka broarnas och spårens tillstånd, vilket möjliggör mer precisa och tidsbesparande underhållsstrategier. Det viktiga att tänka på är att dessa tekniker är starkt beroende av korrekt datahantering och att de är känsliga för exogena faktorer som vägförhållanden, fordonets hastighet och själva testfordonets utformning.

Hur kan testfordon användas för att extrahera brofrekvenser?

I det experimentella studiet som beskrivs, undersöks användningen av ett specialbyggt testfordon för att extrahera brofrekvenser, både i rörligt och stillastående tillstånd. Genom att analysera accelerationerna och frekvenserna som testfordonet upplever under dessa tester, kan man på ett effektivt sätt identifiera de frekvenser som är karakteristiska för bron. Det är viktigt att förstå att det inte handlar om att enbart mäta vibrationer från själva testfordonet, utan även om att skilja ut specifika frekvenser som är relaterade till bron och dess dynamik.

I det första scenariot, där testfordonet rör sig längs mitten av bron, observeras accelerationerna och deras spektrum. Genom att applicera ett filter för att ta bort fordonsfrekvenserna blir bronfrekvenserna mer framträdande. När testfordonet får stå stilla under 30 sekunder, vilket är fallet i det andra scenariot, samlas mer data, vilket ytterligare förbättrar förmågan att extrahera och identifiera dessa frekvenser. Denna metod för att samla data utan att stoppa trafiken på bron gör det möjligt att genomföra tester i fält utan att orsaka störningar för den vanliga trafiken.

De accelerationsrespons och frekvensspektra som samlas in från testfordonets rörelse, både i rörligt och stillastående tillstånd, jämförs och analyseras. Resultaten visar att de första tre brofrekvenserna kan extraheras framgångsrikt i båda tillstånden, men att kontaktresponsen, det vill säga responsen mellan testfordonet och bron, ger bättre resultat än svaren från själva fordonskarossen. I det rörliga tillståndet får man en renare och mer identifierbar signal för brofrekvenser, där även högre frekvenser än de första två eller tre kan bli synliga. Detta tyder på att användningen av en sådan metod gör det möjligt att identifiera brofrekvenser med högre precision än vad som annars vore möjligt med traditionella mätmetoder.

I sammanhanget av denna typ av experiment är det också viktigt att notera att själva uppställningen av testfordonet spelar en avgörande roll. För att minimera potentiella fel som kan uppstå på grund av felaktig rörelse eller riktningsförskjutningar måste testfordonet vara exakt justerat, så att rörelsen sker i en strikt rak linje utan någon vridning eller snedvridning.

Frekvenser som extraheras genom både direkt mätning och genom testfordonets svar jämförs, och resultaten är mycket nära varandra. Detta innebär att metoden för att använda ett rörligt testfordon är både praktisk och exakt. Dessutom minskar metoden behovet av att stoppa trafiken för att utföra testet, vilket kan vara en stor fördel i praktiska fälttester.

Utöver det är det också värt att överväga att pågående trafik på bron faktiskt kan ha en positiv effekt på identifieringen av brofrekvenser. Trafiken tillför energi till bron, vilket kan förstärka de frekvenser som är typiska för bron och göra dem lättare att upptäcka. Detta innebär att det i många fall är mer effektivt att utföra mätningar med trafik på bron än att försöka mäta vid en tidpunkt då ingen trafik rör sig.

För testfordonet i stillastående tillstånd är dess förmåga att fånga upp torsionsfrekvenser också av stor betydelse. När fordonsdämpning beaktas förbättras förmågan att dämpa bakgrundsbrus och andra miljöeffekter, vilket ger en mer noggrann och tillförlitlig signal.

En annan kritisk aspekt är hur själva anslutningen mellan traktor och släp fungerar i rörelse. Om traktorn inte är korrekt justerad i förhållande till testfordonet kan detta orsaka problem med testresultaten, särskilt i form av yawing (vridning) som kan påverka mätningarna. Detta problem kan minimeras genom att säkerställa en perfekt justering av testfordonets rörelse i enlighet med riktningen för rörelsen.

Genom att använda den här metoden för att extrahera brofrekvenser från ett rörligt testfordon och analysera både kontaktrespons och fordonsrespons kan man förbättra noggrannheten och pålitligheten i broövervakning och skadebedömning. Det handlar inte bara om att samla in frekvenser, utan om att använda innovativa metoder för att säkerställa att dessa frekvenser kan identifieras utan att störa den normala verksamheten på bron.

Hur påverkar stokastiska randvillkor den dynamiken i atmosfärens och oceanens gränsskikt?
Hur man konstruerar brygglägeformer genom VMD-SWT-teknik för kurvade broar
Hur påverkar aerodynamiska lägesförändringar och flödesparametrar strukturen hos koherenta vorticer i isbelagda flöden?