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《郑州大学》 2002年
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桥梁结构损伤识别的应变模态方法研究

杜思义  
【摘要】: 交通是社会的经济命脉,桥梁是交通畅通的咽喉,交通的不畅会制约社会经济发展。所以保障桥梁的功能性,尤其是安全性至关重要,这就需要经常对桥梁进行安全性检测和监测,以确保桥梁的正常使用。我国桥梁目前现状是桥梁数量极大,一方面,许多既有桥梁已接近设计寿命,桥梁的老化、损坏现象比较严重,另一方面,又有许多新的、大型桥梁结构陆续建成,为保证这些桥梁安全运行、避免严重事故发生,需要对新建桥梁进行健康监测、对既有桥梁进行损伤识别和可靠性鉴定。传统的桥梁静力检测方法不能快速确定桥梁损伤位置和剩余寿命,而且工作面大,加载时间长,通常要中断交通。因此研究一种简便、快捷的桥梁损伤识别的方法具有重要的现实意义。本文研究的目的就是探索一种合适的识别桥梁损伤的方法。 利用结构动力学原理和现代检测技术相结合对桥梁的健康状态进行识别的方法研究已成为相关科技工作者关注的热点。结构模态参数(振动频率、振型和模态阻尼等)是结构物理特性参数(质量、刚度、阻尼)的函数,结构损伤必然导致结构物理特性的变化,即结构参数发生改变,利用现代的测试技术准确地测出这些参数变化,就可对桥梁损伤状况进行评估,应变模态方法识别桥梁损伤就是基于这种理论提出的,本文所做的主要工作为: 1.论文通过对国内外桥梁损伤检测方面的文献资料研究,探讨了识别桥梁损伤的基本理论,比较了多种结构损伤敏感参数识别桥梁损伤的优缺点,最后确定用应变模态参数识别桥梁结构损伤较为合适,应变模态是对损伤敏感的参数,满足四个基本条件:①对局部损伤敏感,且为结构损伤的单调函数;②具有明确的位置坐标;③在损伤位置,应变模态差曲线出现明显的峰值变化;④在非损伤位置,应变模态差曲线的变化幅度小于预先设定的阈值。在结构损伤识别问题上应变类型的损伤识别指标优于位移、固有频率等类型的损伤识别指标。 2.论文综合结构动力学、材料力学、弹性力学等知识推导出桥梁结构应变响应模态模型的数学公式,指出了该方法的适用范围,基于FORTRAN POWER STATION 4.0计算机工作平台,用Fortran语言编制了 能H算桥梁结构特征值及特征向帛羽小于变模态的*哭小m[序。程序人计 讣应变模态时采川州邻单元的模态位移,卅抑桥梁介动载作川十人勺应变 棋忐公式,从一定程度_卜解决了应变模态方法应川:J“结构损伤检测受到 传统应变测量手段制约的难题。论义具体通过应变模态差曲线识别桥梁 _结构的损伤位置和程度。 。3.论文中分别对简支梁桥、预应力混涨十连续梁桥* 架桥的损伤 以别进行了数值仿真计算。计算中桥梁损伤采用。V元抗弯刚度M的降 低壮模拟,不同损伤程度用抗弯1训度折减的百分比1〕表示。每fi。桥梁 的损伤识别都采用多种工况模拟,具体__Ich况为:--个单元的不同损伤私1 度、多个单元同时有相冈损伤、多个单元口时有损伤但损伤程度不同。 桥梁划分不同的有限单元等。 本文通过数值仿真分析,得出采用应变模态艺lH线识别桥梁结构损 伤的结论如下:①采用应变模态方法能准确识别(【5桥梁结构的损伤位 皆。②桥梁损伤位置不一定正对应变模态差曲线的跳跃峰值,有时会相 针卜-个单元。③简支梁桥中有一个单元或两个单元的损伤程度大于*% 时,其损伤位置都能通过应变模态差曲线进行识别;简支梁中一个单元 损伤对应的应变模态差曲线仅有一个单元跳跃峰,虽然反映简支梁损伤 的应变模态差阶数不固定,但每个损伤在梁的低阶应变模态差曲线中都 能得到反映;简支梁应变模态差曲线中对应损伤的单元跳跃幅值随单元 姊伤程度的增加而加大,且同一损伤程度单元跳跃幅值一般随模态阶数 的增加而加大。④对于连续梁桥,在一命V损伤工况下,并非每阶模态都 能反映出损伤存在,但总存在某阶模态能反映出损伤的存在:应变模态 差峰值虽随损伤程度的增加而增大,但并非每阶模态对损伤都有反映, 故仅用一阶模态不能反映损伤发生的程度,需用多阶模态对比分析才能 判别损伤的程度。⑤对于刚架桥的损伤识别,识别能力随损伤单元的增 加而降低,多单元损伤会降低应变模态差对损伤的敏感程度;应变模态 差峰值随损伤程度的增加而增大;山于刚架桥振动模态中有以桥墩横向 振动为主的模态,而桥梁主梁损伤识别要用桥梁主梁的以竖向振动为主 的模态,所以对于刚架桥的损伤检测,应检测主梁以竖向振动为主的多 个低阶模态,这样才能讹确识别刚架桥的损伤。③采用应变模态方法可 A 以丫性地确定出桥梁结构的损
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:U446

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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【参考文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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8 王志华;张向东;马宏伟;;基于应变曲率法的悬臂梁多位置损伤识别实验研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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7 记者 汪炜;长江隧桥月底建成通车[N];上海科技报;2009年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 郭国会;桥梁结构动力损伤诊断方法研究[D];湖南大学;2001年
3 谢峻;基于振动的桥梁结构损伤识别方法研究[D];华南理工大学;2003年
4 徐丽;基于模态参数的混凝土框架结构损伤诊断研究[D];湖南大学;2004年
5 秦文科;钢管输电塔法兰联结节点螺栓脱落损伤诊断的研究[D];武汉理工大学;2008年
6 张明亮;基于贝叶斯理论的材料非线性桥梁结构模型修正与损伤识别[D];吉林大学;2011年
7 马辉;基于计算智能方法的简支梁桥损伤识别研究[D];吉林大学;2010年
8 张开鹏;结构损伤识别方法研究[D];武汉理工大学;2004年
9 宋彦君;梁式桥监测中的应变—位移转换技术及裂缝损伤识别方法研究[D];吉林大学;2012年
10 王艺霖;基于影响线二次差值的桥梁损伤识别方法[D];上海交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭宗江;基于应变模态的桁架结构损伤识别[D];兰州理工大学;2010年
2 杜思义;桥梁结构损伤识别的应变模态方法研究[D];郑州大学;2002年
3 刘水华;环境因素下空间结构的应变模态分析[D];广州大学;2012年
4 李秀芬;基于改进遗传—神经网络的结构损伤识别研究[D];北京工业大学;2005年
5 顾津申;基于结构模态参数的损伤识别技术[D];武汉理工大学;2009年
6 戴恩彬;应变模态分析及参数识别[D];中南大学;2010年
7 王锋;应变模态分析在机械结构损伤检测中的应用[D];太原理工大学;2011年
8 郭翔;大尺度钢结构梁的应变模态数值仿真和实验研究[D];昆明理工大学;2012年
9 章灵燕;桁架结构的损伤识别方法[D];中国农业大学;2005年
10 郭巍;基于应变及应变模态变化率的薄板损伤数值分析[D];大庆石油学院;2006年
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