悬索桥健康诊断数值与模型试验研究

【摘要】： 近几十年来,随着科学技术的不断进步,大型桥梁结构无论在数量上还是规模上,都在迅速增长。在特大跨径的桥梁中,悬索桥已成为目前的主打桥型。由于结构上的复杂性和工作环境上的复杂性,使得悬索桥结构在实际运行中,极易发生各种损伤和损伤积累。有时还要经受超载和突发灾害的破坏。如果这些损伤不能及时处理,可能导致重大安全事故,造成重大损失。 本文基于整桥模型试验,对悬索桥结构的健康监测与诊断所涉及的几个重要问题进行了初步研究。 面向健康监测与诊断,设计制作了10米长的悬索桥整桥试验模型。基于该模型进行了静动态特性试验和损伤模拟试验。对各种损伤状态下,悬索桥结构的静动态响应特性、变化规律和灵敏度进行了分析。 提出了将频率改变比、模态曲率差、静态应变差指标组成的综合指标体系来识别悬索桥的损伤的方法。利用经试验结果校正的有限元数值模型,对该伤识别指标体系进行了研究。分析了指标体系对吊索、主梁、和主缆三种常见损伤类型的识别效果。 面向上述损伤识别指标体系提出了针对悬索桥的简单易行的传感器布设方法和悬索桥检测时应变、频率、模态曲率的测点布置原则。应变测点根据应变分布图来进行布置,频率测点则依据动能最大原理和有效独立法来布设,模态曲率测量则采用逐步累加法,并利用MAC矩阵来评价测点形成的振型的正交性。 针对悬索桥结构的吊索沿全桥空间广泛分布的特点,提出了基于吊索振动测量和神经网络相结合的一种新的悬索桥损伤定位方法。 大型悬索桥结构具有显著的几何非线性特性。尤其在损伤状态下,响应信号呈现较大的非线性非稳态特征。传统的信号分析处理技术和方法存在较大的局限。本文初步探讨了HHT信号处理理论与方法在非稳态信号处理分析上的应用。