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基于模态变异的桥梁损伤识别软件的开发及应用

张庚  
【摘要】:为确保桥梁结构在服役期间可以安全运营,及时对损伤做出预警,评估结构的安全性与使用寿命,并采取合适的养护和维修方案尤为重要,因此损伤识别技术被视为桥梁结构健康监测系统的核心。其中,基于结构模态变异的损伤识别方法理论清晰,直接反映结构的动力特性,得到了学者们的广泛关注,并提出了多种损伤识别方法。但由于实际桥梁结构的模态参数往往十分复杂,利用单一某种损伤识别方法已不足以满足实际工程的需求,迫切需要一套完善全面的损伤识别体系。由于各方法在应用条件与损伤识别机理上存在较大差异,识别效果不尽相同,工程人员在实际应用中往往难以抉择最合适的识别方法,且对工程人员的专业素养有着较高的要求。本课题对损伤识别方法进行了详细的梳理与分类,系统归纳现有基于模态变异的损伤识别方法,整理其发展进程,详细阐述各方法的损伤识别机理。利用ANSYS软件建立双跨连续梁作为标准算例模型并模拟不同损伤工况,对比各方法对标准模型的识别效果,分析各自的优缺点与应用上的限制。利用MATLAB软件将各方法编程实现,保存为可独立运行的函数脚本。依托MATLAB软件的APP设计工具,从软件交互界面与功能编程行为两方面设计桥梁结构损伤识别软件的界面布局与专业功能。软件共集成7个交互界面,作为结构物理模型重构、模态参数与敏感模态计算、损伤判断、损伤定位与可视化输出等功能的载体。搭建了MIDAS、ANSYS、ABAQUS有限元软件以及办公软件Word的接口,实现物理模型的一键重构与识别报告的一键导出。软件集成了2种敏感模态计算方法、4种损伤判断方法与32种损伤定位方法,支持一种或多种方法同时计算。并以ANSYS建成的双跨连续梁模型,对软件的功能模块与操作流程进行验证,证实软件的便捷、友好、高效。以浙江省健跳大桥为工程背景,验证软件的实际应用效果。利用MIDAS CIVIL建立健跳大桥的有限元模型,模拟两处损伤同时存在的损伤工况,选择损伤识别软件包含的全部识别方法检测结构的损伤情况。进一步验证本课题开发的损伤识别软件的实用性与工程应用价值。


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