本發(fā)明屬于橋梁健康監(jiān)測，尤其涉及一種深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國高速鐵路網(wǎng)的飛速發(fā)展，跨海橋梁的數(shù)量在不斷增長，相比基礎(chǔ)在陸地或是普通水域中的橋梁，跨海橋梁基礎(chǔ)會面臨更加復(fù)雜的水文環(huán)境，跨海橋梁基礎(chǔ)在強風(fēng)、巨浪、急流共同作用下被持續(xù)沖刷。由于沖刷發(fā)生于水面以下，跨海橋梁基礎(chǔ)被沖刷破壞通常沒有任何征兆，嚴(yán)重危及橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能，高速鐵路跨海橋梁作為重要的交通樞紐，其上有高速列車運行的時段占比很高，高速鐵路跨海橋梁由于基礎(chǔ)沖刷而發(fā)生破壞將帶來災(zāi)難性后果。沖刷深度可以體現(xiàn)橋梁基礎(chǔ)沖刷的程度，對高速鐵路跨海橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的預(yù)測與監(jiān)測成為眾多學(xué)者的研究重點。近年來，新出現(xiàn)了許多水下監(jiān)測設(shè)備，諸如聲吶、tdr技術(shù)、多波束探測系統(tǒng)、水下機器人，但利用以上設(shè)備監(jiān)測基礎(chǔ)沖刷深度有許多缺陷，例如，受地形因素限制、單次監(jiān)測費用高昂、無法實現(xiàn)長期動態(tài)的水下監(jiān)測、后續(xù)維護難度大。在此背景下，探索更為高效、經(jīng)濟的橋梁基礎(chǔ)沖刷識別方法尤為重要，特別是針對高速列車-軌道-跨海橋梁這一復(fù)雜耦合系統(tǒng)，現(xiàn)有的動力識別方法大多聚焦于沖刷對橋梁結(jié)構(gòu)自身特性的影響，忽視了其對運營階段列車、軌道與橋梁三者間相互作用的影響。因此，需要進一步研究高速列車-軌道-橋梁耦合系統(tǒng)的基礎(chǔ)沖刷識別方法，以實現(xiàn)對高速鐵路跨海橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的精準(zhǔn)、高效、經(jīng)濟識別，為高速鐵路的安全運營提供技術(shù)支撐。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，包括：

3、獲取高速列車-軌道-跨海橋梁動力學(xué)模型和沖刷模擬數(shù)據(jù)，根據(jù)沖刷模擬數(shù)據(jù)對所述高速列車-軌道-跨海橋梁動力學(xué)模型進行求解，獲得列車、軌道、橋梁各個子系統(tǒng)的動力響應(yīng)；

4、基于沖刷深度變化對各個子系統(tǒng)的動力響應(yīng)進行參數(shù)敏感性分析，篩選滿足預(yù)設(shè)條件的特征指標(biāo)；

5、將所述特征指標(biāo)與沖刷深度進行擬合，獲得擬合函數(shù)關(guān)系式；

6、獲取實時特征指標(biāo)值，基于所述擬合函數(shù)關(guān)系式與實時特征指標(biāo)值獲得基礎(chǔ)沖刷深度。

7、可選的，獲取高速列車-軌道-跨海橋梁動力學(xué)模型的過程包括：

8、分別構(gòu)建列車模型、軌道模型與橋梁模型，基于列車模型、軌道模型、橋梁模型與車橋相互作用構(gòu)建高速列車-軌道-跨海橋梁動力學(xué)模型，其中，建立質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)作為所述列車模型，所述軌道模型釆用三層彈性點支撐梁模型來模擬軌道結(jié)構(gòu)，采用有限元法構(gòu)建所述橋梁模型。

9、可選的，所述高速列車-軌道-跨海橋梁動力學(xué)模型表示為：

10、

11、其中，下標(biāo)v、t、b分別代表列車、軌道和橋梁子系統(tǒng)；m、c、k分別代表質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣；u、u分別代表位移、速度和加速度列向量；ptv和pvt為輪軌相互作用力，pbt和ptb為橋軌相互作用力；pft和pfb分別為地基作用于軌道和橋梁基礎(chǔ)的作用力。

12、可選的，獲取沖刷模擬數(shù)據(jù)的過程包括：

13、基礎(chǔ)沖刷發(fā)生時，通過移除沖刷發(fā)生土層位置處的樁側(cè)彈簧，依據(jù)沖刷后的標(biāo)高計算其余位置的樁側(cè)土彈簧剛度，獲得沖刷模擬數(shù)據(jù)。

14、可選的，獲得列車、軌道、橋梁各個子系統(tǒng)的動力響應(yīng)的過程包括：基于沖刷模擬數(shù)據(jù)，采用土彈簧剛度計算方法獲得基礎(chǔ)沖刷后基礎(chǔ)周圍剩余土體對橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的作用力，將所述作用力代入高速列車-軌道-跨海橋梁動力學(xué)模型，采用顯式-隱式混合積分法求解，獲得列車、軌道、橋梁各個子系統(tǒng)的動力響應(yīng)。

15、可選的，所述動力響應(yīng)包括跨中列車脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力、跨中鋼軌位移、橋梁跨中位移及加速度多個指標(biāo)。

16、可選的，基于沖刷深度變化對各個子系統(tǒng)的動力響應(yīng)進行參數(shù)敏感性分析，篩選滿足預(yù)設(shè)條件的特征指標(biāo)的過程包括：

17、構(gòu)建沖刷深度與各個子系統(tǒng)在沖刷作用下的動力響應(yīng)關(guān)系，計算動力響應(yīng)各個指標(biāo)在不同沖刷深度下的變化率，選取變化率符合預(yù)設(shè)條件的指標(biāo)作為特征指標(biāo)。

18、可選的，獲得擬合函數(shù)關(guān)系式的過程包括：將特征指標(biāo)在不同沖刷深度下的所有響應(yīng)數(shù)據(jù)與沖刷深度進行擬合，獲得所述擬合函數(shù)關(guān)系式。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：

20、本發(fā)明提出一種深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，明確了基礎(chǔ)沖刷深度與高速列車-軌道-跨海橋梁系統(tǒng)動力響應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)，找到基礎(chǔ)沖刷深度與高速列車-軌道-跨海橋梁系統(tǒng)動力響應(yīng)特征的關(guān)系式，實現(xiàn)了輸入動力響應(yīng)特征值就可以確定高速列車-軌道-跨海橋梁系統(tǒng)基礎(chǔ)沖刷深度的目的，該方法避免了水下安裝監(jiān)測設(shè)備、實施簡單，結(jié)果精度高、過程簡便易行等優(yōu)點，可以較好的實現(xiàn)在運營階段對高速鐵路列車-軌道-跨海橋梁系統(tǒng)的基礎(chǔ)沖刷深度的識別，具有很好的工程應(yīng)用潛力和實用價值，為解決工程領(lǐng)域中列車-軌道-橋梁耦合系統(tǒng)所面臨的基礎(chǔ)沖刷問題提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

技術(shù)特征：

1.一種深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種深水橋梁基礎(chǔ)沖刷深度的間接識別方法，包括：獲取高速列車?軌道?跨海橋梁動力學(xué)模型和沖刷模擬數(shù)據(jù)，根據(jù)沖刷模擬數(shù)據(jù)對高速列車?軌道?跨海橋梁動力學(xué)模型進行求解，獲得列車、軌道、橋梁各個子系統(tǒng)的動力響應(yīng)；基于沖刷深度變化對各個子系統(tǒng)的動力響應(yīng)進行參數(shù)敏感性分析，篩選滿足預(yù)設(shè)條件的特征指標(biāo)；將特征指標(biāo)與沖刷深度進行擬合，獲得擬合函數(shù)關(guān)系式；獲取實時特征指標(biāo)值，基于擬合函數(shù)關(guān)系式與實時特征指標(biāo)值獲得基礎(chǔ)沖刷深度。本發(fā)明可以較好的實現(xiàn)在運營階段對高速鐵路列車?軌道?跨海橋梁系統(tǒng)的基礎(chǔ)沖刷深度的識別，具有很好的工程應(yīng)用潛力和實用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：翟垚成,雷虎軍,楊航,江家寶,黃壽南,陳希茂,張宏閩,張玉萍
受保護的技術(shù)使用者：中鐵二十四局集團福建鐵路建設(shè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9