基于柔度矩阵的简支梁桥评定及损伤识别方法

摘要

桥梁是交通运输中的关键工程，及时掌握桥梁结构的技术状况是保证交通畅通、减少损失的重要手段。现阶段识别桥梁承载能力的静载试验方法成本高、时间长，而动力试验方法理论上可以快速检测结构损伤，并节省试验经费。该方法具有较高的研究和应用价值。
　　现行的桥梁承载能力评定规程首先通过静载试验获得桥梁在荷载作用下的变形，进而根据规程中的方法计算桥梁的承载能力。本文使用柔度矩阵的方法计算得到桥梁在荷载作用下的模态挠度，再与现行的桥梁承载能力评定规程相结合，快速评定结构的承载能力，并能够识别结构的损伤位置。本文首先分别对模态柔度矩阵方法和基于附加质量的振型质量归一化方法进行了推导，并用有限元方法进行了影响因素分析;随后推导了基于柔度矩阵灵敏度的损伤因子计算方法，并用有限元进行了影响因素分析;最后通过试验梁的动力测试及损伤模拟试验，应用以上理论方法对测试数据进行了处理分析，验证了上述方法在实际应用中的可行性。
　　通过有限元计算分析及试验梁的试验结果分析可知，使用基于附加质量的振型质量归一化方法和模态柔度矩阵法可以较为准确的计算出桥梁在荷载作用下的模态挠度，进而可以与现行的桥梁承载能力评定规程相结合，得到桥梁的技术状况;使用基于柔度矩阵灵敏度和广义柔度矩阵灵敏度的损伤因子计算方法相结合，可以较好的识别出桥梁损伤的位置。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 结构损伤识别研究现状

1．2．1 局部无损检测损伤识别研究现状

1．2．2 基于动力特性的结构损伤识别研究现状

1．2．3 基于柔度矩阵的承载能力动力评定研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．4 本章小结

2 模态柔度矩阵方法推导及影响因素分析

2．1 模态柔度矩阵方法推导

2．2 模态柔度矩阵影响因素分析

2．2．1 有限元模型建立

2．2．2 振型参与质量比对计算结果的影响分析

2．2．3 外力作用方式对计算结果的影响分析

2．2．4 外力大小对计算结果的影响分析

2．2．5 有限元模型对计算结果的影响分析

2．3 本章小结

3 振型质量归一化方法推导及影响因素分析

3．1 基于附加质量的振型质量归一化方法推导

3．2 振型质量归一化影响因素分析

3．3．1 四种不同计算方法的结果对比

3．3．2 不同附加质量方式的结果对比

3．3 本章小结

4 基于柔度矩阵的损伤因子方法推导及影响因素分析

4．1 基于柔度矩阵的损伤因子方法推导

4．2 结构特性矩阵的计算及处理

4．3 基于柔度矩阵的损伤因子影响因素分析

4．3．1 结构损伤模拟

4．3．2 结构特性计算

4．3．3 结构损伤因子计算

4．4 本章小结

5 试验验证

5．1 试验对象

5．2 试验梁动力特性测试

5．2．1 动力特性测试方法及仪器选择

5．2．2 试验梁损伤模拟

5．2．3 试验梁及附加质量后动力特性测试

5．3 数据处理

5．3．1 损伤前实测频率和计算频率随附加质量的变化对比

5．3．2 损伤前试验梁模态柔度矩阵计算位移结果

5．3．3 损伤后实测频率和计算频率随附加质量的变化对比

5．3．4 损伤后试验梁模态柔度矩阵计算位移结果

5．3．5 损伤后损伤因子计算

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集