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原文传递梁式结构基于间接测量法的损伤识别方法研究

论文题名：	梁式结构基于间接测量法的损伤识别方法研究
关键词：	简支梁;两跨连续梁;损伤识别;间接测量;车桥耦合
摘要：	随着工程结构垮塌问题的频发，加上地震、滑坡等引起的灾害问题越来越受到人们的关注，结构检测和监测的研究也受到了更加广泛的关注。本文以目前的一个研究热点—桥梁间接测量法为出发点，针对梁式结构，以简支梁和一个两跨连续梁为例，首先基于VBI单元（Vehicle-Bridge Interaction,VBI）建立车桥耦合模型，提取测试车辆的动力响应。接着使用傅里叶变换、基于带通滤波的奇异谱分析方法、希尔伯特变换等信号处理技术，从车辆加速度响应中提取出桥梁振动的模态振型。最后，提出使用改进的直接刚度法（频域方法）对桥梁刚度进行识别，通过损伤前后刚度的变化对损伤位置和损伤程度进行初步判定；进一步基于统计矩理论，将桥梁划分为若干测试单元，提出了基于测试车辆位移四阶矩指标（时域方法），通过模型修正进行损伤诊断的方法。　　本文完成的主要工作以及研究结果概括如下：　　①分别基于简支梁和两跨连续梁，对间接测量法进行了理论推导。基于车桥相互作用单元（VBI）分别建立简支梁和两跨连续梁的车桥耦合模型，提取车辆动力响应。同时也使用Abaqus有限元软件实现了间接测量法的模型建立，为未来针对复杂桥型的研究奠定了基础。　　②对使用间接测量法提取桥梁模态振型的理论进行了研究。使用基于带通滤波的奇异谱分析方法和希尔伯特变换等信号处理技术，考虑测试噪音、测试车辆的动力参数、滤波窗口长度、测试车辆速度、随机车流等因素，对第一阶振动模态地提取进行研究。简支梁和两跨连续梁算例分析表明，当测试噪音小于20％或者信噪比（SNR）大于20db时，可以取得准确的模态振型；测试车辆的速度越大，模态提取的准确性越小，分析结果表明当车速与桥跨长之比小于0.25时，模态振型提取结果较好；测试车辆地选取，不应使得车辆和桥梁产生共振，此时提取模态振型误差较大；在桥上有随机车行驶的情况下，可以通过间接测量法在线提取模态振型；为取得准确的模态振型，滤波的窗口长度选取应尽量保证轨迹矩阵在行列方向的平衡性。　　③提出使用改进直接刚度法，将提取出的模态振型导入嵌入该方法的OpenSeesNavigator系统识别工具箱，对桥梁刚度进行识别，通过节点刚度的变化对损伤位置和损伤程度进行初步判定。简支梁和两跨连续梁算例分析表明：测试车辆的速度与桥跨长比小于0.2时，可以识别出比较准确的刚度值；不同位置和不同程度的损伤工况下，该方法可以初步诊断出结构的损伤位置及损伤程度。在噪音的影响下，损伤范围会扩大，但识别出的损伤还是集中在实际损伤位置；频域识别方法在不阻断交通通行的情况下，可以一定程度上进行在线诊断，模拟结果表明，刚度的识别结果与真实损伤虽有一定误差，但识别出的损伤集中在设置位置处，在一定程度上可以指导实际检测，缩减人工检测范围。　　④将待测桥梁划分为若干待测单元，提出基于测试车辆位移的四阶矩指标，通过有限元模型修正，对各测试单元的刚度进行识别，由单元刚度变化来进行损伤定位和损伤定量。简支梁和两跨连续梁算例表明：在不同桥梁阻尼比情况下，该方法均可以准确地识别出桥梁的损伤位置和损伤程度。但随着噪音程度的增加，可能会在支座单元产生损伤误判。
作者：	贾宝玉龙
专业：	建筑与土木工程
导师：	阳洋;张蜀泸
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文