基于动应变的梁式桥梁动挠度识别

摘要

在桥梁健康监测中桥梁挠度作为结构变形的一种描述形式，可以评价桥梁质量及运营状态，反映桥梁的刚度，特别是桥梁的动挠度，更是桥梁受力变形最为实时的体现，因此对桥梁的动挠度进行监测具有重要意义。近年来在桥梁挠度测量方法中，基于应变的方法受到了广泛关注和研究。目前基于应变测试识别桥梁挠度的方法主要有基于平均曲率方法，基于最小二乘曲线拟合方法和基于共轭梁法。这些方法在识别桥梁静挠度方面已经取得了一定的应用，但是对于桥梁动挠度识别来说，由于静挠度的识别原理仅考虑静力的应变-位移关系，并没有考虑桥梁振动的影响，因而难以实现基于动应变的桥梁动挠度精准识别。
　　针对梁式桥梁，本文提出了一种基于应变模态的桥梁动挠度识别方法，其特征是利用应变传感器对振动的梁结构进行应变测试获得动应变数据，由动应变数据的互相关函数求出应变模态振型，利用应变-位移转换关系求出位移模态振型，再由动应变数据和应变模态振型计算出位移模态坐标，最后根据计算出的位移模态坐标叠加位移模态振型得到梁结构的实时挠曲线，从而实现对动挠度的识别。为了验证方法的有效性和适用性，本文分别对简支梁、连续梁在脉冲激励、地震荷载以及移动荷载作用下的动挠度进行了数值模拟，并进行了简支梁力锤锤击实验。针对移动荷载作用下桥梁的动挠度，本文结合了解析模式分解理论，实现基于应变模态的实时识别。所有数值模拟及实验的结果表明，基于应变模态识别桥梁动挠度是可行的，并且具有较高的精度。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景及意义

1．2 桥梁挠度测量方法的研究现状

1．3 基于应变的桥梁挠度测量方法研究现状

1．4 本文的主要研究工作

第二章 基于应变测试识别梁式桥梁挠度方法研究

2．1 引言

2．2 应变、挠度、挠曲线及曲率之间的关系

2．3 基于平均曲率识别梁结构挠曲线

2．3．1 曲率的计算

2．3．2 曲率函数的求解

2．3．3 挠曲线方程的求解

2．4 基于最小二乘曲线拟合识别挠曲线

2．4．1 最小二乘曲线拟合原理

2．4．2 利用最小二乘曲线拟合求出曲率函数

2．4．3 分跨计算挠曲线

2．5 基于共轭梁法识别梁结构挠度

2．5．1 共轭梁法的原理

2．5．2 共轭梁法识别简支梁挠度

2．5．3 考虑支座沉降改进共轭梁法

2．5．4 共轭梁法识别连续梁挠度

2．6 基于动应变识别梁结构动挠度方法研究

2．7 本章小结

第三章 基于应变模态的梁式桥梁动挠度识别

3．1 应变模态理论分析

3．1．1 位移响应模态

3．1．2 应变响应模态

3．1．3 应变模态振型之间的正交性

3．2 基于应变模态识别梁结构动挠度原理和方法

3．2．1 互相关函数法求解应变模态振型

3．2．2 梁结构实时挠曲线的求取

3．3 数值算例

3．3．1 基于应变模态识别简支梁动挠度

3．3．2 基于应变模态识别连续梁动挠度

3．4 本章小结

第四章 简支梁动挠度识别实验验证

4．1 实验设计

4．2 实验梁模态振型的获取

4．3 实验梁单点锤击下动挠度的识别

4．4 实验梁多点随机锤击下动挠度的识别

4．5 本章小结

第五章 移动荷载作用下梁式桥梁动挠度识别

5．1 基于应变模态识别移动荷载作用下梁结构动挠度方法

5．2 响应信号的解析模式分解定理

5．3 数值模拟

5．3．1 应变响应信号的分解

5．3．2 静载引起的梁动挠度识别

5．3．3 结构振动引起的梁动挠度识别

5．3．4 移动荷载作用下的梁动挠度识别

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况