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《东北林业大学》 2004年
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中承式肋拱桥动力特性分析及损伤识别的研究

江阿兰  
【摘要】:社会进步和土木工程技术的发展,使越来越多的大跨度桥梁得到了修建,虽然合理的设计是结构安全的根本保证,但是限于当前对大型复杂结构的认识程度,许多不定时的或不可确定、不可预知因素(超期服役、腐蚀、疲劳、突发性的地震、车或船的冲/碰撞等危险性事件),人们并不都能进行有效控制或预测。为了确保设计的使用安全性和耐久性达到预期的标准,特别是大跨度桥梁这种重要的大型结构,时时了解其“健康”状态是非常重要的。 大跨度桥梁损伤识别及状态评估涉及结构、计算机、通讯、试验量测等多个领域,目前所有的研究只是停留在提供各种方法及相互探讨的脚步上,真正能够实现损伤识别的还是不多,且大部分只局限于简单结构。桥梁结构损伤识别及状态评估的最终实现将有待于桥梁理论的进一步完善,以及深化对桥梁在工作环境、运营条件下结构特性的认识,这正是目前国际上的前沿热点研究领域。 本论文针对在目前的桥梁设计方案中,特别是城市桥梁中很有竞争力的桥型之一——中承式肋拱桥进行了动力特性分析,并对桥梁结构损伤识别问题的若干前沿理论及应用作了深入、系统的研究。文中主要通过桥梁结构的静、动载测试、模态分析及损伤识别来评价结构的完整度水平,量化结构完成设计服务的功能和期限的能力,合理评估既有桥梁的承载能力。 本文采用有限元法对大跨度中承式肋拱桥做模态分析,同时修正程序计算模态结果,进行大跨度中承式肋拱桥的动力特性分析,为该类桥型设计及健康监测、状态评估提供有用数据;通过静、动载试验,检验桥跨结构的实际承载能力、结构变形及动力性能是否满足设计要求,寻求桥梁整体结构的变形规律,了解结构的实际受力状况和工作状况,为日后运营、养护及管理提供科学依据;通过静、动载试验,建立该类桥梁有关的技术档案,为今后兴建同类桥梁完善设计、优化结构、改进工艺积累实测资料。 本文对基于振动损伤识别技术进行了研究,基于振动损伤识别技术主要是认为损伤将显著改变结构的刚度、质量或耗能能力,进而引起所测结构动力特征或响应的改变。通过从实测数据中提取全桥不同部位动力参数信息或衍生信息,并对比结构无损状态下的相应信息,来实现结构的损伤识别及状态评估。文中对一简单结构悬臂梁模型进行损伤识别仿真分析,研究其动力特性及其衍生信息与损伤位置及程度的关系,得出简单结构悬臂梁模型损伤动力特性的变化规律,并通过动力特性变化及曲率模态实现了对简单结构悬臂梁模型的损伤识别;对一座既有大跨度中承式肋拱桥进行损伤识别仿真分析。由于中承式拱桥的主要受力构件是拱肋及吊杆,所以本文分别分析了拱肋L/2截面、L/4截面及被撞的8~#吊杆不同损伤程 度下的动力特性,得出结构整体动力特性的变化规律,并通过动力特性变化规律及应变模态 实现了对拱肋的损伤识别;通过动力特性变化规律及曲率模态实现了对吊杆的损伤识别。 桥梁结构动力特性分析及损伤识别理论的研究和实践,对准确评估桥梁结构的实际承载 能力、尽量避免桥梁结构维修替换的高额费用和延长桥梁结构的使用寿命,都有明显的技术 上和经济上的意义。本论文的研究方法及成果可为中承式肋拱桥的设计、运营管理和状态评 估提供理论依据。
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