铁路桥梁损伤识别与状态评估技术研究

摘要

随着国民经济的发展，铁路运输量急剧增加，使得桥梁上的车辆动力作用加剧，从而将对桥梁承载力和使用寿命产生不利影响。本文对桥梁结构的损伤识别技术、损伤模型的选择和轨道连接、支座以及地基冲刷等桥梁病害对桥梁横向自振特性的影响问题进行了较系统的分析研究。 首先，本文介绍了桥梁检测和损伤识别基本方法和理论，接着应用曲率模态法对连续梁和单墩体系进行了损伤识别，并且比较了刚度下降模型和裂缝模型的区别。其次，研究了桥上轨道连接和桥梁支座等边界条件变化对桥梁自振特性的影响规律，为桥梁模态测试提供参考。最后，对扩大基础、桩基础和沉井基础三种基础形式桥墩的病害损伤进行了数值模拟，并分析了一些工程实例。 最终，本文得到了一些有价值的结论，总结了论文中有待改进的地方，并对今后桥梁损伤识别的发展方向进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

序

1 引言

1.1 课题研究意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文研究方向和主要工作

1.3.1 研究方向

1.3.2 本文主要工作

2 桥梁检测技术和损伤识别方法理论

2.1 桥梁检测方法

2.2 桥梁检测新技术

2.3 桥梁损伤识别方法

2.3.1 基于固有频率的损伤识别法

2.3.2 刚度和柔度矩阵法

2.3.3 基于灵敏度的结构损伤识别方法

2.3.4 小波变换法

2.3.5 残余力向量法

2.3.6 曲率模态法

2.4 模态分析理论

2.4.1 概述

2.4.2 模态分析理论

2.5 本章小结

3 桥梁损伤识别的数值研究

3.1 曲率模态法识别连续梁的损伤

3.1.1 连续梁模型

3.1.2 不同单元损伤时的频率变化

3.1.3 曲率模态法识别单元损伤

3.1.4 结论

3.2 两种损伤模型的对比

3.2.1 简支梁损伤模型

3.2.2 两种模型频率降低率比较

3.2.3 两种模型的损伤识别结果比较

3.2.4 结论

3.3 曲率模态法识别桥墩以及桩基础的损伤

3.3.1 桥梁模型及模态分析

3.3.2 不同单元损伤时的频率降低率

3.3.3 曲率模态法识别单元损伤

3.3.4 结论

3.4 本章小结

4 轨道和支座约束对于桥墩动力特性的影响分析

4.1 轨道约束对桥墩动力特性的影响

4.1.1 轨枕与梁体之间的连接模拟

4.1.2 建模和有限元分析

4.2 支座约束对桥墩动力特性的影响

4.2.1 支座简单介绍

4.2.2 建模和有限元分析

4.3 本章小结

5 基于动力特性的桥梁下部结构状态评估技术研究

5.1 桥墩病害类型

5.2 桥墩病害振动诊断概述

5.3 基于开挖的地基弹簧系数m法的计算基点研究

5.3.1 计算地基弹簧系数m法

5.3.2 基于开挖的m法计算基点研究

5.4 桥墩基础损伤病害的有限元模拟

5.4.1 基础部分的损伤模拟

5.4.2 土层冲刷病害的模拟

5.5 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