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原文传递基于固有频率变化率的桥梁支座病害识别技术的研究

论文题名：	基于固有频率变化率的桥梁支座病害识别技术的研究
关键词：	桥梁支座;病害检测;固有频率变化率;数值计算
摘要：	支座作为桥梁结构中重要的组成部分，它的造价虽然在桥梁建设费用中占得比例相对较低，但是支座在桥梁结构中起着重要的作用。它将上部结构的荷载传递到墩台上的同时，满足了桥梁上部结构在荷载、温度、混凝土收缩徐变等作用下的自由变形。由于各种原因，支座存在着各式各样的支座病害，直接影响桥梁的使用寿命和使用安全。现在桥梁支座的检测方法还比较原始，主要靠人工的尺量、观察进行，还停留在表观检测的阶段，对桥梁支座安装后的实际工作性能的检测研究还较少。由于支座的高度小、所处的部位光线较暗，而且支座的检测是高空作业，这给桥梁支座的检测带来了一定的困难，而桥台上的支座在胸墙的一面检测就更加的困难。现在支座检测的仪器还很简陋，仅靠肉眼观察、尺量的局限性很大，难以准确反映支座的实际工作状态，只有对支座作出定性、定量的分析，才能鉴定其使用情况。　　基于桥梁振动理论的检测技术具有操作简便、效率高、经济成本较低、不需要阻断交通且不对结构造成损伤等优点，而且能够从全局对结构进行把握。桥梁支座作为连接桥梁梁体和桥墩的传力构件，在结构分析中作为桥梁的边界条件，对桥梁的振动特性的影响贡献较大。基于此本文分别以实验和数值计算的方法，讨论了运用频率变化率检测桥梁支座病害的方法。　　首先本文通过分析结构的运动方程，以及桥梁的结构体系，提出支座可以看成整个桥梁结构体系的一部分，它可以简化为连接桥墩与其桥梁的一根弹簧，支座对于结构的振动的贡献仅取决于支座的刚度，桥梁的各种病害对桥梁振动特性的影响是由于弹簧的刚度的变化造成的。　　其次，在理论分析的基础上本文以16米钢筋混凝土空心板式简支梁桥为基础，按1:5的比例，制作了三片钢筋混凝土试验梁，将支座的刚度变化转化为支座接触面积的变化。应用实验的方法，使用DHDAS5922振动采集系统，采用跳梁法采集了在支座正常布置情况下的自振频率以及在各支座刚度下降情况下自振频率，探索了桥梁支座刚度对桥梁的自振频率的影响。通过研究自振频率的变化率，得出桥梁支座刚度的变化对桥梁的自振频率变化率的影响趋势。通过实验发现：支座刚度的降低会影响结构的自振频率，且结构自身的固有频率会随着支座刚度的降低而降低。支座刚度变化对结构自振频率的影响随支座位置的不同而不同，靠近桥梁两侧的边梁支座对自振频率的影响要大于靠近桥梁中央的支座的影响。由多支座共同发生病害时，结构频率的总变化率高于单个支座分别发生病害时频率变化率的和，由于各支座单独发生病害时频率变化率处于同一量级，所以随着病害支座数量的增加，结构的自振频率降低率呈阶梯变化。由此可以对病害支座的病害程度、病害位置、病害数量进行诊断。　　在实验得出结论后，应用midas FEA有限元软件按1:1的比例建立了两座桥的实体模型，应用特征值计算的方法，调整各支座到病害状态，对16米空心板式简支梁桥和一个主跨52米的预应力钢筋混凝土连续梁桥进行了模拟。将实验得出的结论推广到实际大小的桥梁模型中进行验证。　　通过本文的研究，认为可以应用测试桥梁自振频率的方法对病害支座的病害程度、位置、病害支座数量进行诊断。
作者：	乔振
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	程海根
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文