碾压混凝土结构流激振动特性及损伤识别研究

摘要

泄流诱发水工结构振动是一种复杂的流固相互作用现象，在复杂的泄流荷载作用下可能引起结构的剧烈振动，甚至破坏。碾压混凝土结构在泄流激励条件下结构的振动特性更加复杂，开展泄流条件下结构的振动机理及损伤识别研究，对碾压混凝土泄流结构的设计及安全运行具有重要的指导意义。
　　本文通过开展泄流结构水弹性模型试验以及数值分析，结合泄流结构的流激振动特性，对碾压混凝土分层结构的流激振动特性进行了研究，分析了水流荷载、泄流结构自身特性以及流激振动响应三者之间的关系。对应变模态与结构损伤之间的敏感性以及应变模态的正交性进行了理论分析和总结，并汇总了现有的基于应变模态的结构损伤识别指标，主要内容如下：
　　（1）开展了一系列泄流条件下结构振动模型试验，应用谱分析、波形分析以及时频分析等方法对试验数据进行分析。通过分析不同结构形式的导墙模型在泄流荷载激励下的振动响应特征，来研究整体及分层结构在泄流条件下的随机共振特性；
　　（2）结合水力拍振的概念，对不同结构形式的泄流结构在不同荷载作用下开展有限元数值计算，对比分析整体与成层结构的振动响应特性，并对成层结构在泄流条件下出现的流激振动现象进行合理解释，为高碾压混凝土坝的设计、施工以及后期的运行管理提供依据；
　　（3）对导墙结构进行数值模拟分析，得出整体和损伤结构应变模态的三维分布，分析了在不同损伤类型及损伤位置条件下导墙结构应变模态的变化特性；
　　（4）针对裂缝及软弱带等损伤形式提出了基于应变指标的动应变时程识别方法，分别根据结构各测点动应变时程的偏态系数和均方差分布可以实现对结构损伤的准确识别；提出了光纤传感和应变指标相结合的损伤识别方法。

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第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究主要内容

第二章 成层导墙结构流激振动特性研究

2.1 泄流条件下结构的响应特性

2.2 成层导墙结构流激振动试验分析

2.3 成层导墙结构流激振动响应特性

2.4 本章小结

第三章 碾压混凝土拱坝流激振动特性研究

3.1 简化碾压混凝土拱坝流激振动特性

3.2 完整碾压混凝土拱坝泄流振动分析

3.3 本章小结

第四章 基于应变指标的损伤识别

4.1 基于应变指标的损伤识别理论

4.2 应变模态的测取及基于偏态系数的定位方法

4.3 混凝土导墙的应变模态特性研究

4.4 基于应变时程数据的损伤识别

4.5 光纤传感技术与偏态系数相结合的结构损伤识别方法

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢