基于影响线的桥梁结构损伤识别研究

摘要

桥梁结构作为交通运输中的关键性枢纽，有着至关重要的作用，它的正常运行与人身安全、国家财产和社会的稳定息息相关，但由于内在（材料老化等）或外在因素（地震等）的影响会造成桥梁不同程度的损伤，及时检测出损伤状况并对损伤部位进行维修处理具有重要的现实意义和社会价值。
　　本研究主要内容包括：⑴对三跨连续梁桥在对称荷载作用和对称测点作用下挠度差值类（差值、一阶导和二阶导）影响线的理论公式进行了推导，从理论层面解释了对称荷载和对称测点作用下挠度差值类影响线损伤识别方法。⑵以三跨连续梁桥、三跨变截面连续梁桥、变截面箱型轨道梁和T型梁为模型，利用对称荷载和对称测点作用下挠度差值影响线、差值一阶导影响线和差值二阶导影响线来进行对称荷载和对称测点作用下挠度差值类影响线损伤识别模拟，比较了不同桥型在两种方法作用下，损伤识别效果的异同，对比表明对称荷载和对称测点方法在不同桥梁上损伤识别效果的优劣。⑶面向基于静力测试数据的结构损伤识别问题，发展一种基于应变差值类影响线损伤识别方法，考虑到应变较之于挠度对局部损伤具有更高的敏感性，该方法利用事先规定应变测量单元的桥梁结构在单位移动荷载作用下的应变影响线，通过差值、求导计算，提出以应变差值、一阶导和二阶导影响线作为损伤指标的损伤诊断方法，对桁架桥腹杆进行损伤模拟，研究该类指标对于斜杆或竖杆损伤的识别效果，同时分析不同杆件做测点带给识别效果的影响。⑷基于差值类影响线的损伤识别能快速定位和定性判断损伤程度，但无法识别具体损伤程度，不同于影响线损伤识别方法，共轭梯度法（CG）方法把损伤识别问题转化为求解目标函数的优化问题,能准确识别损伤程度且收敛速度快，故采用 CG方法来进行简单结构损伤识别，对于大跨复杂桥梁结构，在利用差值类影响线方法快速检测损伤区域的基础上，结合CG方法来精确识别损伤位置及损伤程度，将CG方法分别应用于悬臂梁和T型梁，证明了CG方法超快的收敛性和在损伤程度识别方面的有效性。⑸以星海跨海悬索大桥为模型，基于应变差值类影响线进行桁架结构部分的损伤识别，探究了不同的移动荷载路径对损伤识别效果的影响，证明了应变差值类影响线方法在大跨复杂桥梁上快速检测损伤的可行性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 桥梁损伤识别的研究概况

1.3 小结

2 对称作用下挠度差值类影响线理论

2.1 对称荷载作用下挠度差值类影响线

2.2 对称测点作用下挠度差值类影响线

2.3 小结

3 基于挠度差值类影响线的数值模拟

3.1 基于损伤前后挠度差值类影响线的损伤识别

3.2 对称作用下挠度差值类影响线的三跨连续梁损伤识别

3.3 对称作用下挠度差值类影响线的三跨变截面连续梁损伤识别

3.4 对称作用下挠度差值类影响线的箱型变截面梁损伤识别

3.5 挠度差值类影响线的桁架桥梁损伤识别

3.6 对称作用下挠度差值类影响线的T型梁损伤识别

3.7 小结

4.1 应变影响线理论

4.2 基于应变差值类影响线的钢桁梁损伤识别

4.3 基于应变共轭梯度法的损伤识别

4.4 小结

5 基于应变差值类影响线识别悬索大桥损伤

5.1 星海悬索大桥有限元模型

5.2 移动荷载作用在桥中梁（701-8701）

5.3 移动荷载作用在边跨梁（401-8401）

5.4 移动荷载作用在边跨梁（101-8101）

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢