基于动力响应峰值的结构碰撞荷载峰值识别

作     者：朱亚飞 任伟新 

作者机构：合肥工业大学土木与水利工程学院 深圳大学土木与交通工程学院 

出 版 物：《计算力学学报》 (Chinese Journal of Computational Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：深圳市科创委项目(JSGG20210802093207022 KQTD20180412181337494 ZDSYS20201020162400001) 

主　　题：结构碰撞 结构响应 碰撞荷载 荷载识别 峰值 

摘      要：船舶或车辆等与桥梁结构的碰撞是一个复杂的动态过程，结构发生碰撞的冲击荷载模式一般呈现半正弦分布。鉴于长期健康监测系统在重大结构中的广泛应用，如何仅利用结构的动力响应来识别突发碰撞荷载成为一个亟需解决的问题，其关键在于找到动力响应与碰撞荷载之间的关系。论文以梁受半正弦碰撞冲击作用为力学模型，基于模态叠加法和杜哈姆积分求解梁的动力响应，构造结构动力响应峰值和碰撞荷载峰值之间的相关关系。结果表明响应峰值与碰撞荷载峰值之间存在线性关系，且该线性关系不受碰撞持续时间和结构响应位置的影响，梁在不同碰撞冲击力试验进一步验证了该线性关系。因此，如果知道结构两个或以上不同位置动力响应峰值，利用响应峰值与碰撞荷载峰值之间的线性关系，便可确定冲击荷载峰值的大小。该方法不涉及动力学逆问题复杂的理论计算，依据此线性关系便可由结构的动力响应峰值估算碰撞荷载的峰值，实现结构意外碰撞时碰撞荷载峰值的识别。