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《西南交通大学》 2005年
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基于静力测试数据的桥梁结构损伤识别与评定理论研究

蒋华  
【摘要】:如何评价受损结构的残存能力和可靠性,以便对结构能否继续使用或是否需加固做出正确的决策,是当今土木工程研究的新课题。显然,解决这一新课题的前提是对受损结构的实际性态做出正确的判断。结构损伤诊断研究的主要目的,就是确定结构的实际性态,进而评定结构的可靠性。本论文受西南交通大学科技发展项目(2003A14)“基于静力测试数据的桥梁结构损伤识别研究”的资助,针对静力测试数据下的结构损伤检测及评估理论进行了系统研究,并根据高等学校博士学科点专项基金项目(98061307)“体外部分预应力高强混凝土连续梁结构行为研究”试验的静力测试数据进行了损伤诊断与评定,主要包括四个部分: 在论文的第一部分,笔者对损伤诊断的基准模型选择、损伤参数选择以及参数识别算法进行了研究。首先阐述了结构损伤识别基准参数模型选择的基本依据。考虑到桥梁结构的特殊性,笔者明确提出三维杆系有限元能够满足基准模型的选择条件,特别适于控制测试数据和损伤识别参数,应是桥梁结构损伤识别基准参数模型的较好选择。笔者从力学反问题入手,将损伤识别归结为系统参数识别问题,首次采用静力位移的相对残差矢量来构筑最小二乘估计准则函数,并采用约束极值算法来识别损伤参数。从结构损伤识别的角度讲,对于模型的每一个单元,只需一个参数就能够判别出该单元是否损伤及损伤程度如何,因此,笔者提出应选取刚度的折减系数作为待识别的唯一损伤参数。 在论文的第二部分,笔者对稀少测试数据条件下以及测试误差条件下的结构损伤识别理论进行了研究。对复杂结构而言,稀少的测试数据与大量待识别参数形成了矛盾,如何解决该矛盾是损伤识别中的一个关键问题。参数分组是目前条件下的一种较好解决方法。笔者在参考已有文献的基础上根据参数分组概念,提出了一种桥梁结构的损伤区域推断理论并对其进行了详细推导,且通过算例分析验证了其可靠性。考虑不确定性因素下的大型复杂结构的损伤检测,是当前国内外学术与工程界普遍关注和亟需解决的课题。笔者在概率统计理论的基础上,首先建立了结构的随机有限元参数模型以研究测试误差对损伤识别结果的影响;并基于假设检验理论,系统地研究了先验参数分布已知与未知条件下的结构损伤定位准则,并据此提出了结构损伤的定位指标;然后基于损伤参数的正态分布假设,提出结构损伤程度指标的概念,并建立了损伤程度指标
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