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《华南理工大学》 2003年
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基于振动的桥梁结构损伤识别方法研究

谢峻  
【摘要】:结构在使用过程中会因各种因素而产生性能的退化,特别是位于重要交通线上的桥梁结构,试图了解和评估结构的损伤状态,为其安全决策提供可靠依据,是当前结构工程研究的热点问题,其过程即所谓的结构损伤识别(Damage Detection)和结构健康监测(Structural Health Monitoring SHM)。近30年来,土木,宇航和机械工程界的学者一直在寻找能适用于结构整体探伤评估的方法。其基本思路是通过研究结构动力特征的改变来进行损伤的快速自动化全局性识别、定位和量化评估。 本文在对基于振动的结构损伤诊断方法所涉及的主要理论方法进行全面探讨的基础上,重点讨论了基于模型(FEM)修正的损伤诊断法以及动力指纹法。在深入了解不同方法的优缺点的基础上提出或改进了三种基于振动损伤识别方法,并通过不同的综合算例进行了验证。 基于模型修正的结构损伤识别方法,理论严密综合诊断潜力大,但对于大型结构存在自由度多,计算量过大等问题,显然对所有结构单元参数进行修正是不可能的。解决这个问题可以选择那些对结构动力特征影响大的和具有较大误差的参数和单元,即采用有机结合多种损伤识别方法的综合体,以发挥多种方法的优点来进行诊断。基于这一思想本文提出结构动力损伤诊断三步法流程,经算例证明,是一条行之有效的途径。该方法针对土木工程结构损伤识别的要求,即进行构件级或单元级诊断,建立了多阶段损伤识别的框架,该框架由损伤识别、损伤定位的单元筛选和搜索、单元损伤反演组成的三阶段结构损伤诊断流程组成。具体而言,首先用测试动力特征和结构模型计算残余模态力,然后利用单元的筛选和搜索准则选择出怀疑的损伤部位,最后利用不等约束优化算法对这些结构部分进行反演,获得最终的损伤部位及损伤量。同时,鉴于实际工程中存在的测试噪声干扰问题,本文进一步将该三步法方法与统计理论相结合,利用损伤识别特征的统计检验增强三步法在较高噪声干扰下的强健性。本文提出的三步法的优点在于只对受怀疑单元进行搜索,计算量大大减少,且利用统计的方法使得整个流程的抗噪声干扰能力大大增强。钢筋混凝土连续梁模拟算例和广东新会大跨度斜拉桥崖门桥的实际算例分析表明本文提出的三步法识别流程具有损伤识别各阶段结合紧密,计算量小,识别准确和抗噪性强等优点,适于在结构健康监测中应用。 对于实际工程中频率测试方便和精度较高的特点,本文剖析了频率用于结构损伤识别的机理并改进了Stubbs基于频率的整体损伤识别方法。该改进方法简化了计算,A阵计算一次即可保留作为结构固有信息,提供给以后结构损伤的识别
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:U441.3

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 郭健;基于小波分析的结构损伤识别方法研究[D];浙江大学;2004年
2 黄天立;结构系统和损伤识别的若干方法研究[D];同济大学;2007年
3 徐超;面向大型工程健康监测的无线传感器网络基本理论和关键技术研究[D];武汉理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 杨树高;基于不完备实测信息的结构损伤识别研究[D];河海大学;2007年
2 杜锐;基于光纤光栅传感的结构损伤远程监测系统研究[D];武汉理工大学;2007年
3 王俊杰;基于遗传优化—神经网络的钢桁架桥梁损伤识别研究[D];西安建筑科技大学;2008年
4 刘天怡;基于支持向量机和振动特性的结构损伤识别方法研究[D];武汉理工大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郭国会;桥梁结构动力损伤诊断方法研究[D];湖南大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李正农;李秋胜;郅伦海;陈伏彬;戴益民;吴玖荣;傅继阳;;多个地区风场和建筑结构风致响应的远程监控实测系统[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(上册)[C];2007年
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3 牟在根;张举兵;陈云周;;结构优化设计的遗传算法研究[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
4 袁旭东;周晶;;一种基于神经网络结构损伤识别组合参数法研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
5 杜思义;陈淮;殷学纲;;基于应变模态的连续梁桥损伤识别研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
6 秦庆华;雷建平;路国运;;基于正应变比能的结构损伤位置识别[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
7 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
8 程载斌;王志华;马宏伟;;结构损伤探测技术及研究进展[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
9 李华军;杨和振;;海洋平台结构参数识别和损伤诊断技术的研究进展[A];工程力学学术研讨会论文集[C];2004年
10 刘丽芬;赵均海;高中俊;田宏伟;;混凝土简支梁桥面部分连续新型构造研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋华;基于静力测试数据的桥梁结构损伤识别与评定理论研究[D];西南交通大学;2005年
2 杨则英;既有钢筋混凝土桥梁安全性耐久性综合评估方法研究[D];大连理工大学;2004年
3 施式亮;矿井安全非线性动力学评价模型及应用研究[D];中南大学;2000年
4 崔建军;复杂构造成像方法研究[D];中南大学;2001年
5 谷会岩;中国甘草资源生态学研究[D];东北林业大学;2001年
6 李永奎;农业工程信号计算机处理系统的研究[D];沈阳农业大学;2001年
7 郭国会;桥梁结构动力损伤诊断方法研究[D];湖南大学;2001年
8 周晓峰;巨型钢框架结构的静力、抗震和抗风分析[D];浙江大学;2001年
9 曹龙汉;柴油机智能化故障诊断技术研究[D];重庆大学;2001年
10 于永海;有压瞬变流反问题研究[D];河海大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘尧;公路桥梁在大件运输中的若干问题研究[D];浙江大学;2006年
2 陈志为;基于统计模式识别技术的结构异常检验[D];福州大学;2006年
3 王建萍;RBF神经网络在平面桁架损伤检测中的应用研究[D];河北农业大学;2005年
4 范进胜;神经网络在钢筋混凝土框架结构损伤检测中的应用研究[D];河北农业大学;2005年
5 朱宝训;大型桥梁健康诊断测量若干问题的研究[D];西南交通大学;2005年
6 徐威;既有铁路混凝土桥状态评定方法研究[D];西南交通大学;2005年
7 杨晓燕;钢管混凝土拱桥运营状况监测与报警系统软件研究[D];西南交通大学;2005年
8 陈钒;城市既有钢管混凝土拱桥实时监测及性能评估系统研发初探[D];西南交通大学;2005年
9 曾燕华;基于计算机视觉的桥梁表面缺陷检测技术研究[D];广东工业大学;2005年
10 邹大鹏;智能视频桥梁检测车工作臂避障系统的研究[D];广东工业大学;2005年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱凼凼,冯咬齐,宋海丰;一种基于加速度频响函数的动力学模型修正方法[J];固体力学学报;2005年03期
2 张德文;结构动力分析中的逐级近似缩聚法[J];固体力学学报;1994年04期
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4 徐张明,沈荣瀛,华宏星;基于频响函数相关性的灵敏度分析的有限元模型修正[J];机械强度;2003年01期
5 郭勤涛;张令弥;费庆国;;结构动力学有限元模型修正的发展——模型确认[J];力学进展;2006年01期
6 朱壮瑞,孙庆鸿,孙凌玉,陈南,张炳军;基于模态试验的客车白车身动力学模型修正研究[J];汽车工程;2001年02期
7 郭彤,李爱群,韩大章;基于灵敏度分析与优化设计原理的大跨桥梁动力模型修正[J];桥梁建设;2004年06期
8 郑惠强,陈鹏程,宓为建,石来德;大型桥吊结构动力有限元模型修正[J];同济大学学报(自然科学版);2001年12期
9 张少雄,杨永谦;惯性释放在油船结构强度直接计算中的应用[J];船海工程;2004年04期
10 朱安文,曲广吉,高耀南;航天器结构模型优化修正方法的研究[J];宇航学报;2003年01期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 蔡惟鑫;罗仁安;;城市重要建筑物在营运中结构安全的长期连续监控与损伤诊断评估[A];2007中国科协年会专题论坛暨第四届湖北科技论坛优秀论文集[C];2007年
2 程庆国;;我国桥梁工程的成就与展望[A];中国土木工程学会第八届年会论文集[C];1998年
3 刘正光;黄钊猷;;香港缆索桥结构健康监测系统[A];2004北京国际桥梁结构评估研讨会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蔡元奇;时域内动态载荷识别理论及实施技术研究[D];武汉大学;2004年
2 袁爱民;基于灵敏度分析的有限元模型修正技术若干关键问题研究[D];东南大学;2006年
3 张平;集成化声发射信号处理平台的研究[D];清华大学;2002年
4 赵晓燕;基于压电陶瓷的结构健康监测与损伤诊断[D];大连理工大学;2008年
5 阎石;结构振动智能控制的人工神经网络与模糊逻辑方法研究[D];大连理工大学;2000年
6 郭国会;桥梁结构动力损伤诊断方法研究[D];湖南大学;2001年
7 盖强;局域波时频分析方法的理论研究与应用[D];大连理工大学;2001年
8 淡丹辉;智能土木(桥梁)结构理论及其核心算法研究[D];西南交通大学;2002年
9 宋志刚;基于烦恼率模型的工程结构振动舒适度设计新理论[D];浙江大学;2003年
10 冯新;土木工程中结构识别方法的研究[D];大连理工大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王利永;船舶结构强度全船有限元计算研究[D];武汉理工大学;2006年
2 陈杰;桥梁维修加固计算机系统[D];武汉理工大学;2004年
3 罗宏;异型砌块挡土结构设计计算理论与试验研究[D];湖南大学;2005年
4 朱建华;服役桥梁耐久性评估方法及维修加固方案决策研究[D];长沙理工大学;2005年
5 杨大鹏;预应力桁式组合拱桥数值分析[D];武汉理工大学;2006年
6 张超;宏图大桥耐久性检测研究[D];东北大学;2005年
7 韩文学;基于AHP的模糊综合评价在混凝土桥梁评估中的应用[D];广西大学;2007年
8 韩劲龙;基于NDT的桥梁性能检测与评价研究[D];武汉理工大学;2007年
9 刘成强;RC空心板桥CFRP抗弯加固理论及应用研究[D];重庆大学;2007年
10 陶静;无粘结预应力混凝土梁的极限承载力分析[D];湘潭大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 闫维明;王卓;何浩祥;马华;张卫东;;基于小波包分解和模糊聚类的网格结构损伤诊断方法[J];地震工程与工程振动;2006年02期
2 郭健;孙炳楠;;桥梁健康监测中的关键性问题和损伤识别方法[J];公路;2006年04期
3 郭健;陈勇;孙炳楠;;桥梁健康监测中损伤特征提取的小波包方法[J];浙江大学学报(工学版);2006年10期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 蔡惟鑫;罗仁安;;城市重要建筑物在营运中结构安全的长期连续监控与损伤诊断评估[A];2007中国科协年会专题论坛暨第四届湖北科技论坛优秀论文集[C];2007年
2 蔡惟鑫;罗仁安;;城市重要建筑物在营运中结构安全的长期连续监控与损伤诊断评估[A];2007中国科协年会专题论坛暨第四届湖北科技论坛“湖北省防灾减灾与应急管理体系建设”分论坛论文集[C];2007年
3 郭健;陈勇;孙炳楠;楼文娟;;钱江四桥健康监测系统中的关键性问题及损伤识别方法研究[A];第十七届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2006年
4 郭健;;不同尺度上桥梁损伤识别的信息分布特征研究[A];第十八届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 袁颖;桥梁结构损伤识别方法的相关问题研究[D];大连理工大学;2006年
2 田森源;MJP决策融合算法及其在结构损伤检测中的应用[D];浙江大学;2006年
3 荆龙江;预应力混凝土斜拉桥损伤识别理论及应用研究[D];浙江大学;2007年
4 施洲;基于动力测试的桥梁结构损伤识别及性能评定理论与应用研究[D];西南交通大学;2007年
5 冉志红;桥梁结构损伤识别的动力指纹方法研究[D];西南交通大学;2007年
6 李守继;地铁引起环境振动及房屋浮置楼板隔振研究[D];同济大学;2008年
7 杨晓楠;基于贝叶斯统计推理的结构损伤识别方法研究[D];同济大学;2008年
8 赵晓燕;基于压电陶瓷的结构健康监测与损伤诊断[D];大连理工大学;2008年
9 王瑞杰;基于动态响应分析的点焊接头疲劳损伤与寿命预测[D];北京工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林宝龙;小波变换在结构损伤识别中的应用研究[D];浙江大学;2006年
2 迟利源;基于模态参数分析的井架结构损伤识别研究[D];大庆石油学院;2006年
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5 刘刚;基于小波分析的桥梁健康状态监测与损伤分析[D];交通部公路科学研究院;2006年
6 张斌;基于小波方法的结构损伤识别研究[D];南京理工大学;2006年
7 刘海兵;基于小波分析的梁桥结构损伤识别研究[D];大连理工大学;2006年
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9 赵丹;基于Hilbert-Huang变换的简支梁桥的损伤识别[D];大庆石油学院;2007年
10 宋廷苏;小波分析在结构损伤识别中的应用研究[D];中国地震局工程力学研究所;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 程庆国;;我国桥梁工程的成就与展望[A];中国土木工程学会第八届年会论文集[C];1998年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 杨舜龙;刘光万;;大跨度桥梁健康监测的研究现状及发展[J];广东建材;2010年07期
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7 林贤坤;覃柏英;梁兴华;;基于刚度矩阵的桥梁损伤识别研究[J];广西工学院学报(自然科学版);2010年03期
8 蒋志;;桥梁结构健康监测和损伤识别[J];广西城镇建设;2007年06期
9 江阿兰;;基于桥梁结构动力特性损伤识别方法的研究[J];林业科技情报;2005年04期
10 李新平;魏炜;;桥梁结构的损伤识别研究[J];交通标准化;2006年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 白玲;;基于曲率模态法的桥梁结构损伤识别的敏感参数研究[A];铁道科学技术新进展——铁道科学研究院五十五周年论文集[C];2005年
2 刘效尧;刘晖;;桥梁结构多处损伤的逐点竞争识别[A];计算机在土木工程中的应用——第十届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C];2000年
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4 赵启林;龚小波;陈浩森;;桥梁健康监测与损伤识别[A];中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集[C];2004年
5 刘蕾蕾;;基于曲率模态分析的梁桥损伤识别研究[A];全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议论文集[C];2008年
6 刘楠;;从普速到高铁析铁路混凝土桥梁如何应对“高碳”挑战[A];低碳陕西学术研讨会论文集[C];2010年
7 陈彦江;张春秋;张春鹏;;公路桥梁车辆荷载的动力作用[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)[C];1997年
8 鲍卫刚;郭修武;郑绍圭;李扬海;;公路桥梁结构承载能力极限状态可靠度研究[A];工程安全及耐久性——中国土木工程学会第九届年会论文集[C];2000年
9 俞亚南;;桥梁结构检测技术的现状与展望[A];第二届浙江省建设工程质量检测技术研讨会论文集[C];2005年
10 李卫民;项海帆;;桥梁结构的极限承载力分析[A];'95预应力混凝土连续梁和刚构桥学术会议论文集[C];1995年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 付丽;桥梁结构安全与健康省级重点实验室落户武汉桥科院[N];中国交通报;2009年
2 付丽;桥梁结构安全与健康重点实验室落户桥科院[N];中国建设报;2009年
3 本报驻加拿大记者 杜华斌;让“桥塌塌”不再有[N];科技日报;2009年
4 ;关于发布《桥梁结构用碳纤维片材》等34项交通行业标准的通知[N];中国交通报;2004年
5 本报见习记者 许琦敏;桥梁健康的守护者[N];文汇报;2003年
6 本报记者 杜一鸣;机场高速半年后通车[N];沈阳日报;2009年
7 记者 汪炜;长江隧桥月底建成通车[N];上海科技报;2009年
8 通讯员 吴永清 刘海明 本报记者 吴晋娜;打造桥梁工程结构动力学的创新平台[N];科技日报;2011年
9 燕文;市领导检查交通重点工程进展情况[N];宜兴日报;2010年
10 本报记者 曲飞;如何打造“桥坚强”[N];中国交通报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 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
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4 何伟;中、下承式钢管混凝土拱桥损伤识别关键问题研究[D];郑州大学;2010年
5 付春雨;基于车致振动响应的铁路桥梁损伤识别方法研究[D];西南交通大学;2011年
6 刘雨青;桥梁结构模态参数识别与应用研究[D];武汉理工大学;2005年
7 贺瑞;大跨桥结构监测系统的模态识别和误差分析及损伤识别[D];清华大学;2009年
8 段红霞;钢结构地震损伤分析与损伤识别方法研究[D];大连理工大学;2010年
9 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
10 吴大宏;基于遗传算法与神经网络的桥梁结构健康监测系统研究[D];西南交通大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周建荣;钢桁架拱桥结构基于神经网络的损伤识别法[D];重庆大学;2010年
2 李琦;基于环境激励的刚构—连续组合梁桥的模态分析与损伤识别[D];大连理工大学;2010年
3 张爱丽;模态曲率差值法在拱肋健康监测和损伤识别中的应用研究[D];兰州理工大学;2011年
4 王义远;简支梁损伤识别曲率模态方法分析[D];西南交通大学;2010年
5 刘利军;基于模态分析理论的桥梁结构损伤识别研究[D];武汉理工大学;2004年
6 范小军;梁桥的动力损伤诊断技术研究[D];重庆交通大学;2010年
7 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
8 黄文龙;模型拱桥模态识别及损伤诊断研究[D];北京交通大学;2011年
9 魏泽丽;基于Riccati传递矩阵法的桥梁结构概率损伤识别方法研究[D];郑州大学;2003年
10 余昆;基于神经网络和遗传算法结合的桥梁结构损伤识别研究[D];武汉理工大学;2005年
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