移动荷载作用下基于HHT和相空间重构法的桥梁损伤识别

摘要

随着我国经济的快速发展,各类现代化的大型、复杂桥梁结构发展迅速。然而,复杂的服役环境使结构的运行安全日益遭受潜在的威胁,大型复杂结构一旦发生事故,所带来的损失和影响都是惊人的。因此对结构的健康状况进行适时的评估变得尤为重要。
　　传统的基于模态的损伤检测方法存在着许多缺点和不足,如需要较密集的测点,较低的识别精度等。本文就目前桥梁结构健康监测和损伤检测所面临的问题和挑战进行讨论和研究,对Hilbert-Huang变换(HHT)和相空间重构方法单测点损伤识别进行深入的研究。通过结合理论推导和数值模拟分析,HHT和相空间重构方法在桥梁损伤识别中的优越性得到证实。文中主要以下从三方面着手讨论:
　　1.首先介绍了桥梁结构损伤检测的重要意义。通过介绍该领域的发展现状,概括性叙述了传统方法在应用中遇到的问题及不足之处。针对这些不足之处,本文引入移动荷载作用下HHT和相空间重构的损伤检测方法,并详细叙述了这两种方法的发展状况。
　　2.理论部分:介绍了 HHT方法的计算过程,并将该过程应用于欧拉-贝努利简支梁模型的振动解析表达式中,以讨论该方法损伤识别原理。同时也介绍了相空间重构方法的参数(延迟时间和嵌入维数)的选取,以及相空间重构方法的损伤识别原理。研究表明,这两种方法通过单测点能够识别出梁结构的损伤位置。
　　3.模拟和实验部分:首先将简支梁模型用于验证方法的可行性,并给出数值模拟中各种参数(荷载速度,损伤位置,程度等)对识别结果的影响,以初步研究这两种方法在损伤识别中的应用。进而通过海珠桥模型进行荷载参数和不同工况的研究,以进一步研究文中方法在复杂结构损伤检测中的适用性。结果表明,文中方法在这两种模型中都能很好的定位损伤,而且对损伤都具有较高的敏感性;两种方法的定性比较看出,相空间重构方法能更高效、更稳定的识别损伤状态。在海珠桥模型的初步实验研究表明,两种方法都能通过指标的最大值识别出损伤,同时对损伤的灵敏度都有所下降;荷载大小、速度等因素对识别结果的影响规律和模拟结果一致。

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第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3损伤检测领域存在的问题和挑战

1.4本文所提方法的国内外研究现状

1.5本文主要工作

第2章 HHT理论及其简支梁模拟验证

2.1 Hilbert-Huang变换方法介绍

2.2 HHT方法的简支梁数值模拟验证

2.3本章小结

第3章 相空间重构方法及其简支梁模拟验证

3.1相空间重构识别方法介绍

3.2相空间重构法的简支梁模拟验证

3.3 HHT和相空间重构识别结果比较

3.4本章小结

第4章 海珠桥模型损伤识别的数值模拟研究

4.1海珠桥模型介绍

4.2海珠桥模型结构响应分析

4.3 HHT方法的损伤识别

4.4相空间重构方法的损伤识别

4.5 HHT和相空间重构识别结果比较

4.6本章小结

第5章 海珠桥模型损伤识别的实验研究

5.1实验介绍

5.2 HHT方法识别结果

5.3相空间重构的损伤识别

5.4 HHT和相空间重构识别结果比较

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢