基于振动的大跨度桥梁结构损伤识别研究

摘要

随着科学技术和社会经济的发展，大跨度桥梁结构健康监测(SHM)已成为近年来的研究热点。SHM主要是通过布置在结构上的传感器，对结构工作状况进行长期的在线监测，获得桥梁在运营状态下的结构真实响应，并有效利用监测信息反演结构的状态，进而进行桥梁结构安全可靠性评估。大跨度桥梁健康监测系统的研究涉及测试、分析及决策等多个学科，其理论核心为基于振动的损伤识别技术。本文以润扬长江大桥斜拉桥为工程背景，以数值仿真和试验为基础，重点探讨了结构损伤识别的动力指纹类方法。 详细介绍了利用频率、振型、模态保证准则、柔度差阵、应变模态和曲率模态、模态应变能等方法进行结构损伤识别的理论基础，以一简支梁模型为算例，介绍了这几种方法的识别过程与步骤，并对各种方法的识别效果、适用范围和抗噪能力进行了探讨。 对润扬斜拉桥进行了数值仿真，模拟桥面损伤和斜拉索损伤，选取有代表性的若干种单损伤工况和多损伤工况，利用柔度差阵对角元指标、曲率模态改变指标和单元模态应变能改变指标三种指标进行损伤识别。着重考虑损伤定位和加噪声后的识别效果，并比较了各种方法的适用范围，给出了识别中需要注意的问题。 在模型桥拉索损伤试验和钢筋混凝土板损伤试验的基础上，针对典型的损伤工况，采集损伤前后的模态试验数据。利用柔度差阵对角元指标、单元模态应变能改变指标对结构损伤进行识别，验证了这两种损伤识别方法运用于实际损伤结构的可行性。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1桥梁结构健康监测的发展概况

1.2桥梁结构损伤识别的意义与研究概况

1.3本文的研究思路与主要内容

第二章模态分析与参数识别

2.1引言

2.2模态参数识别的基本理论

2.3模态参数识别的方法

第三章结构损伤识别的动力指纹类方法探讨

3.1引言

3.2基于频率改变的识别结构损伤

3.3基于模态保证标准识别结构损伤

3.4基于柔度差阵识别结构损伤

3.5基于应变模态与曲率模态识别结构损伤

3.6基于模态应变能识别结构损伤

3.7本章总结

第四章基于润扬斜拉桥有限元模型的损伤识别研究

4.1引言

4.2有限元模型的建立

4.3有限元模型桥面损伤

4.3.1桥面损伤模拟

4.3.2桥面损伤识别

4.4有限元模型拉索损伤

4.4.1拉索损伤模拟

4.4.2拉索损伤识别

4.5本章总结

第五章基于试验的损伤识别研究

5.1引言

5.2润扬斜拉桥模型试验

5.2.1模型桥概况

5.2.2模型桥的动力特性

5.2.3模型桥拉索损伤试验

5.2.4模型桥拉索损伤识别

5.3钢筋混凝土板损伤试验

5.3.1板试验概况

5.3.2板的损伤识别

5.4本章总结

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2今后工作的展望

参考文献

致谢