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百米全焊钢栈桥的损伤识别研究

杨开荣  
【摘要】:随着我国港口物流的飞速发展,作为港口配套设施的海上栈桥结构也迎来了巨大的发展空间,新旧栈桥数量日益增多。虽然目前国内外对桥梁结构的健康监测进行了大量研究,但是其研究多集中于连接陆地交通,承受车辆荷载的常见桥梁。对于像大连港新港原油码头栈桥这样的有特殊作用的海上钢栈桥来说,所见研究不多。因此,对此类桥梁进行损伤识别和健康监测研究不仅能弥补学术界对钢栈桥研究的空白,更重要的是可以保证钢栈桥的安全使用和运行,从而保障国家和人民生命财产安全。 本文以大连港新港原油码头栈桥为工程背景,建立了钢栈桥的有限元数值模型。通过降低单元材料抗弯刚度的方法,对钢栈桥两侧下弦梁在各种损伤工况下的损伤识别展开研究。具体研究内容如下: (1)根据以往模态曲率研究成果,提出了归一平均化模态曲率绝对差损伤指标。利用数值模拟得到的钢栈桥下弦梁在损伤前后的振型数据,本文开展了下弦梁在单位置损伤、多位置损伤和钢栈桥两根下弦梁都有损伤三类损伤工况下的损伤识别研究,证明了该损伤指标对损伤定位的有效性。 (2)研究了模态柔度差曲率和模态柔度曲率差这两种基于柔度矩阵法的损伤识别指标在钢栈桥下弦梁中的损伤检测效果,证明了这两种损伤识别指标在下弦梁多位置损伤和两根下弦梁都有损伤情况下具有损伤识别独立性,可以根据单位置损伤时的指标值判定其他损伤工况下单元的损伤程度。 (3)对钢栈桥下弦梁在激励荷载下的加速度时程响应信号进行小波包分解,运用信号分量能量曲率差作为损伤指标对钢栈桥下弦梁进行损伤识别研究。验证了该损伤指标对多位置损伤和两根下弦梁的损伤定位和损伤程度判定具有独立性。 研究结果表明,本文提出的三种损伤识别指标对钢栈桥下弦梁的损伤具有很好的定位效果;同一下弦梁不同单元的损伤定位互不影响;一根下弦梁的损伤也不会对另一根下弦梁的损伤定位产生影响。模态柔度差曲率、模态柔度曲率差和小波包信号分量能量曲率差三个损伤指标甚至可以进行各种损伤工况的损伤程度识别。这些结论可为实际工程检测提供参考。


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