基于挠度影响线差值和移动主成分法的桥梁损伤识别研究

摘要

在桥梁结构服役期间，材料老化、极端环境以及荷载效应等种种不利因素将使其发生损伤，如不及时分析和排除，它将严重威胁结构安全，造成巨大人员伤亡和经济损失。
　　本文在总结现有损伤识别方法的基础上，提出了挠度影响线差值和移动主成分法两种识别方法。前者克服了传统识别方法中需要大量传感器的缺陷，测试简单；后者结合现代计算机技术能够实现桥梁损伤的在线监测和评估。本文主要进行了如下几个方面的工作：
　　介绍了桥梁损伤识别的意义及该领域研究现状，概括性阐述了几种较为成熟的识别方法，总结了现有识别方法遇到的问题及挑战。针对现有方法部分不足之处，引入挠度影响线差值和移动主成分两种方法。
　　理论部分：结合虚功原理分别推导了简支梁和拱的挠度影响线解析式，就挠度影响线差值和差值曲率的识别方法进行理论上的解释。在现有主成分分析的基础上，选择合适的移动窗口和移动间隔，提出移动主成分分析方法，并对此方法几个主要的参数进行了阐述和选取。
　　数值模拟部分：运用BEAM3单元模拟拱中点的挠度影响线，分析了影响线差值和差值曲率识别损伤的可行性。在移动主成分法中，分别模拟了简支梁及海珠桥模型不同工况下的识别结果，证明了此方法在复杂结构中的可行性。
　　实验部分：分别对简支梁及海珠桥模型进行现场实验研究，分析移动力大小、移动速度、损伤程度等因素对本文所提方法的影响规律。结果表明本文所提方法能够成功识别结构损伤，且能进行很好的损伤定位。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究方法及现状

1.3 损伤检测存在的问题及挑战

1.4 本文主要工作

第2章 挠度影响线理论及实验验证

2.1 挠度影响线理论的提出依据

2.2 挠度影响线表达式

2.3 挠度影响线差值的损伤识别

2.4 挠度影响线差值曲率的损伤识别

2.5 简支梁实验研究

2.6 本章小结

第3章 基于移动主成分分析法（MPCA）的损伤识别

3.1 移动荷载作用下桥梁动力响应模型

3.2 主成分分析（PCA）的基本思想和方法

3.3 移动主成分分析方法（MPCA）

3.4 本章小结

第4章 MPCA的损伤识别数值模拟

4.1 简支梁模型数值模拟研究

4.2 海珠桥模型数值模拟研究

4.3 本章小结

第5章 基于MPCA的海珠桥模型实验研究

5.1 实验介绍

5.2 MPCA识别结果

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

硕士期间发表论文

致谢