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基于固有频率变化的桥梁损伤识别

王研  
【摘要】:基于固有频率的损伤识别技术很早以前就有学者开始了对其的研究,但只限于机械及航空航天领域中的细小部件方面[34]。近年来,随着我国交通事业的高速发展,兴建了大量的铁路、公路桥梁等大型土木工程结构,由于忽略了对这些结构的定期损伤检测,导致其中一部分桥梁结构由于自身损伤的积累而突然倒塌。这些事故引起了国内外学者的广泛关注。如何将测试简单,结果准确的基于固有频率变化的损伤识别技术引入到大型土木工程结构的检测中来,需要做进一步的研究。本文针对不同配筋率的混凝土简支梁模型,对其损伤与固有频率的变化之间的关系展开分析,主要就以下几个方面进行了研究。 针对现今工程中常用桥梁的简支形式,采用不同配筋率制作了10根混凝土简支梁模型,对其未损伤时状态进行模态分析,测得其固有频率的初始数据。采用分级加载的方式对梁体进行破坏,模拟不同程度的损伤。达到一定荷载等级后卸载并对损伤后结构进行模态分析,得到损伤后的固有频率并将其与损伤前的固有频率进行对比分析,发现结构的固有频率随损伤的增加而减小。将采用不同配筋率的两组梁得到的实验数据进行对比得到配筋率的增加将使结构的固有频率有一定程度的下降。通过分析可知,影响简支梁结构固有频率的主要有结构自身的刚度以及损伤的程度。根据实验所得到的数据分别用ANSYS有限元软件及理论算法对得到的规律进行验算,并证明了其规律的可靠性及准确性。 通过软件分析和实验研究证明,结构的固有频率变化主要与自身刚度变化有关。刚度越大则固有频率值越高。在刚度一定的结构中,固有频率随损伤的增加而减小,损伤程度越大,频率降低速度越快;一阶频率的变化对损伤最为敏感,对损伤的识别也最为有效;此外,在损伤识别的检测中,外界环境因素对测试结果的准确性也具有相当重要的影响。


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