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桥梁结构损伤识别方法的相关问题研究

袁颖  
【摘要】:桥梁是交通运输系统的重要组成部分,桥梁结构的健康状态是交通运输系统正常运转的前提。由于设计、施工、管理、环境腐蚀、自然灾害等原因,目前已有不少桥梁发生老化、破损、裂缝等现象。如果桥梁结构一旦发生破坏,对国民经济、社会稳定和人民的生命财产具有直接的重大影响,因此对桥梁结构进行健康监测研究,有重要的理论意义和实用价值。 结构损伤识别方法是桥梁结构的健康监测系统的重要组成部分。基于振动测试的结构损伤识别方法是目前国内外研究的热点。尽管已经提出的损伤识别理论和方法很多,但是针对测试信息不完备和数据噪声条件下的结构损伤识别方法研究得还很不充分。针对目前结构损伤识别方法研究的现状,在现有结构识别方法的基础上,本论文重点开展了基于不完备测试信息和数据噪声条件下桥梁结构损伤识别方法的数值模拟研究。本文内容分为六章。 第一章为绪论。首先介绍了论文的选题背景和意义,其次对桥梁损伤识别和健康监测发展概况做了简介,然后对基于振动测试的结构损伤识别方法的国内外研究现状做了详细的综述和简单评述,最后阐明了本文的研究范围和主要研究内容。 第二章主要介绍了结构损伤识别的理论基础以及几个有特点的损伤识别方法。 第三章,提出了一种基于残余力向量法和改进遗传算法的桥梁结构损伤识别方法。在无噪声的情况下,使用任意一阶模态数据,残余力向量法都能够对损伤进行准确定位。但是,振动测试数据中往往包含噪声,导致运用残余力向量法进行损伤识别完全不可行。考虑到这个问题,在常规模态分析的基础上,以节点的残余力向量构造用于遗传搜索优化的新目标函数形式,然后利用改进的遗传算法重点进行了噪声条件下的结构损伤定位和定量研究。遗传算法的主要改进包括:采用浮点编码、采用基于标准化几何分布排名的选择策略、采用最优保存策略、采用算术交叉算子、采用自适应变异算子。最后,本章用一个混凝土连续梁桥模型和一个平面桁架桥模型进行了数值模拟,验证了所提出方法的有效性。尽管遗传算法在损伤识别中已经取得了一定的研究成果,但是还存在一些需要解决的问题,比如,编码方案大都是基于二进制的,如何选取初始参数,如何选取遗传算子等。本文对遗传算法应用中存在的这些问题进行了深入分析与研究,得出了一些有益的结论。 第四章,在有限元模型和不完整实测模态数据的基础上,利用模态参与因子构造出结构的完整振型,建立了适用于离散杆系和梁系结构损伤识别的非线性损伤控制方


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