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模态曲率差值法在拱肋健康监测和损伤识别中的应用研究

张爱丽  
【摘要】:拱结构可以将竖向荷载转变成应力分布均匀的截面推力,能充分发挥出材料的作用,因而被广泛地应用在桥梁,房屋屋架和隧道衬砌等结构中,因而对拱结构进行损伤检测和准确定位尤为重要。 针对目前拱桥损伤识别研究较少的状况,制作了一下承式系杆拱桥模型。论述和研究了基于动力参数进行结构损伤诊断的理论与方法,并对该系杆拱桥模型进行了有限元数值模拟分析与试验研究,应用模态曲率差和柔度曲率差对结构进行损伤识别。具体研究研究内容如下: (1)介绍了结构健康监测和损伤识别的意义,以及现阶段国内外在损伤识别领域的研究现状和研究成果;阐述了目前结构损伤检测研究中存在的问题,提出了本文的主要研究内容。 (2)论述了参数识别的方法和准则以及参数识别的应用。 (3)论述了曲率模态法应用于承弯直梁结构损伤识别的理论基础,在此基础上,探讨了曲率模态差应用于曲梁结构的依据;阐述了柔度矩阵和柔度曲率差原理,为模态曲率差方法的应用提供了依据。 (4)利用Midas/Civil有限元分析程序对下承式系杆拱桥拱肋进行数值仿真,分析了各阶频率以及相应的模态振型向量与损伤识别之间的关系,运用模态曲率差和柔度曲率差进行损伤识别,结果验证了模态曲率差值指标对拱肋局部损伤识别的可行性、有效性和适用性;采用柔度曲率差指标时低阶模态可以很好的识别结构损伤的位置以及程度。并研究了拱桥结构损伤前后固有频率的变化情况。 (5)阐述了随机子空间模态参数识别的方法;通过对下承式系杆拱桥模型在环境激励下的动力测试试验,验证了模态曲率差在现实测试中的有效性。 (6)总结了本文的研究内容和成果,并指出运用模态曲率差损伤识别指标在桥梁结构损伤识别和健康监测中存在的问题。


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