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基于虚拟变形的桥梁结构损伤识别方法研究
| 论文题名： | 基于虚拟变形的桥梁结构损伤识别方法研究 |
| 关键词： | 结构健康监测;损伤识别;虚拟变形;序列二次规划;遗传算法;桥梁结构 |
| 摘要： | 结构健康监测是保证桥梁服役安全的重要手段。它通过传感器测量环境信息和结构响应，来监测结构的安全状况。桥梁结构损伤识别则是结构健康监测的核心问题之一。本文引入虚拟变形法(VDM)来提高桥梁结构损伤识别的计算效率，通过对其进行改进，实现了快速准确的损伤定位和损伤定量，并对某实际大桥的监测数据进行了初步分析，主要工作内容及结论如下: (1)研究了基于静力虚拟变形的桥梁结构损伤识别方法。首先基于VDM的基本原理，推导了损伤因子与虚拟变形的关系;其次，建立模拟损伤应变与实际损伤应变的目标函数，并利用序列二次规划(SQP)算法优化目标函数，在平面桁架桥梁模型算例中实现了结构损伤识别的快速计算;最后以某实际大桥有限元模型为例，对其吊杆的损伤识别进行了数值模拟研究。通过基于恒荷载的实时监测和基于车辆静荷载的定期检测两种工况，验证了该方法能够大大提高计算效率，并快速准确地识别出损伤发生的位置和程度。 (2)研究了基于动力虚拟变形的桥梁结构损伤识别方法。和静力VDM不同，动力VDM比较复杂，损伤因子、影响矩阵、虚拟变形等都需要重新推导和建立。首先基于动力VDM的理论，构造以损伤因子为变量的模拟损伤应变的函数;其次，为实现损伤识别，建立模拟损伤应变和实测损伤应变的目标函数，并使用序列二次规划算法和遗传算法对目标函数进行优化;最后利用平面桁架模型算例进行数值模拟，模拟分为单损伤和多损伤，无噪声和有噪声的不同工况。结果表明:SQP算法在抗噪性较差，不能识别有噪声情况下的结构损伤。而遗传算法抗噪性较好，即使在噪声环境下也能准确地实现损伤定位和定量。 (3)根据设计方案和工程实际，建立了伯官大桥监测系统。并对大桥监测数据进行了初步的统计分析。将结构实测模态和理论模态进行了对比分析，得出大桥刚度较好，而有限元模型需要进行修正的结论;对桥梁重要的控制荷载-风荷载进行了统计分析，将风速数据转换为桥梁设计规范的十分钟最大平均风速;研究了温度应变的变化规律以及其对结构应变的影响;推导了GPS桥梁坐标的转换关系，分析了GPS测点的位移变化。通过统计分析可知，目前大桥整体结构安全且稳定，但因其复杂的结构形式，还需要长期的监测。 |
| 作者： | 林世伟 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 李宏男;伊廷华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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