基于频率变化的张弦结构损伤识别

摘要

张弦结构被广泛应用到桥梁、航站楼、体育馆等大跨度工程中，对关键工程的安全使用有重要影响，因此确保张弦结构正常使用尤为重要，当前针对张弦结构的损伤识别研究较少，对于如何检测在役张弦结构的使用状态有待研究，本文依照基于频率变化的结构损伤识别理论，对张弦结构的损伤识别方法展开研究，通过设置不同的损伤工况，研究了张弦结构的损伤定位与损伤程度识别方法，并分析了张弦结构的频率变化与极限承载力之间的联系。本文的主要内容及相关结论如下:
　　首先介绍了频率变化比、频率变化平方比、频率变化率的比、正则化频率变化率四种基于频率变化的损伤识别指标，对一个T型简支梁进行计算分析，对比了几种损伤指标的适用性。与其他三种指标相比，正则化频率变化率在结构探伤中表现出良好的单调性，并且峰值变化凸显，对损伤的敏感性较强，将其作为损伤定位指标具有很好的稳定性。其次根据某一实际工程建立张弦结构模型，设置了下弦索截面损伤、下弦索预应力损失、撑杆损伤、桁架下弦损伤四种工况，分析每一种工况状态下正则化频率变化率随损伤位置不同而变化的规律;建议了采用正则化频率变化率损伤指标对张弦结构进行损伤定位，采用固有频率变化的平方损伤指标进行损伤程度识别。
　　最后计算分析了张弦结构频率变化与极限承载力的关系，给出了张弦结构不同部分发生不同程度的损伤时，结构的频率变化量与残余极限承载力之间的关系式。本文的研究可为张弦结构的损伤检测提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．1．1 钢结构的发展与应用

1．1．2 预应力钢结构在工程中的应用

1．1．3 张弦结构体系

1．1．4 张弦结构在桥梁工程中的应用

1．1．5 预应力钢结构的损伤病害

1．2 结构损伤检测基本方法

1．2．1 结构健康检测概念及国内外研究现状

1．2．2 结构损伤识别方法

1．3 基于系统动力特性的结构损伤识别理论

1．3．1 动力参数的选取

1．3．2 基于频率变化的结构损伤识别

1．3．3 基于柔度曲率模态分析的损伤识别理论

1．3．4 基于刚度变化的结构损伤识别方法

1．3．5 基于振型变化的结构损伤识别理论

1．3．6 基于小波分析的结构损伤识别方法

1．3．7 各损伤识别方法对比

1．4 本文的研究意义

1．5 本文的研究内容

2 基于频率变化的损伤指标选择

2．1 概述

2．2 基于频率变化的结构损伤识别理论

2．2．1 基于频率变化比的损伤识别理论

2．2．2 基于频率变化平方比的损伤识别

2．2．3 基于频率变化率的损伤识别

2．2．4 基于正则化频率变化率的损伤识别

2．3 频率损伤指标在损伤识别中的有效性与可靠性

2．3．1 建立简支梁模型

2．3．2 简支梁损伤模拟及频率变化特征

2．4 本章小结

3 张弦结构的损伤识别及定位

3．1 概述

3．2 建立模型

3．3 模型前五阶振型

3．4 不同损伤形式的频率变化率特征

3．4．1 下弦拉索损伤频率变化

3．4．2 下弦拉索预应力损失频率变化规律

3．4．3 撑杆损伤频率变化规律

3．4．4 桁架下弦杆损伤频率变化规律

3．5 构件损伤定位

3．6 结构损伤程度识别

3．7 本章小结

4 张弦结构频率变化与极限承载力的关系

4．1 概述

4．2 无损状况下张弦结构极限承载力

4．2．1 荷载的选取

4．2．2 极限承载力计算

4．3 桁架下弦损伤对极限承载力的影响

4．3．1 桁架下弦支座处损伤

4．3．2 桁架下弦1／4处损伤

4．3．3 桁架下弦跨中处损伤

4．4 拉索损伤对极限承载力的影响

4．5 本章小结

5．结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集