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基于分形理论的桥梁结构损伤诊断方法研究
| 论文题名： | 基于分形理论的桥梁结构损伤诊断方法研究 |
| 关键词： | 桥梁结构;损伤诊断;分形理论;振型位移;加速度 |
| 摘要： | 桥梁在长期使用过程中不可避免的会产生损伤，用最合适有效的方法及时的诊断出桥梁的损伤并找出损伤发生的位置具有重要的意义。探索简便有效适用性强的桥梁诊断方法及方案，对桥梁损伤诊断技术的发展有着积极的作用。 分形理论作为近年来发展起来的新兴学科，可以通过独特的分形维数来对于自然界中规则或不规则的各种事物进行描述，通过数字的方式告诉我们看到的各种事物间的维数区别，有极大的发展前景。本文通过将分形理论和桥梁的损伤诊断结合起来，从最常用梁的振型和加速度两方面入手，在以往分形理论对桥梁诊断方法的基础上进行分析改进，并探究更加适合的诊断方法和方案。主要内容包括如下: ①分析了基于Katz维数损伤桥梁的模态识别方法，推出了测量的振型位移放大倍数对计算维数参数d/L的影响公式，通过图像反映了线性归一化对d/L的影响。通过有限元软件和编程软件的结合分析了损伤长度和最佳采样距离间的关系。同时将波形曲率差法应用于桥梁的模态维数当中，得出了良好的损伤诊断效果，并具有数量级小的特点，通过模拟简支梁实际测点间距远大于损伤长度的情况，得出单损伤工况下，Katz维数曲率差法更加适用的结论。而后利用了Katz维数、维数差、波形曲率差对悬臂梁模型进行了单损伤和多损伤的损伤定位，并得出了Katz维数差和波形曲率差定位效果均较优以及损伤定位难度随损伤离梁端的距离变远而变大的结论，最后提出了归一化振型差的Katz维数并对大测点距离小损伤的工况进行了损伤诊断，对比盒维数差得出了各自的优劣。 ②引入了盒维数通过桥梁振动时的竖向加速度对简支梁进行损伤诊断，通过改变激励的位置，得出简支梁跨中作用相比其他激励位置作用效果更好，用实验验证了盒维数波形曲率差法在损伤诊断中的不足。提出了针对薄弱点寻找对损伤程度更加敏感的盒维数曲率差五测点分布方案，通过试验找到了对定义的薄弱位置敏感性较高的测点。探究了桥梁自身特性和激励时间对加速度以及位移盒维数损伤诊断指标影响，发现当外加冲击激励的频率接近结构的1阶固有频率时，对之前各节不能利用盒维数曲率差诊断的损伤均可以进行损伤诊断，加上之前激励于跨中的效果更好，因此推出施加外加激励的位置与频率是得到的时间序列盒维数曲率差诊断损伤的关键。最后基于时间序列信号的频谱图提出关于频率位移和频率加速度信号的盒维数损伤诊断方法，并对有限元模型损伤工况进行了诊断。 |
| 作者： | 李炳鑫 |
| 专业： | 土木工程；结构工程 |
| 导师： | 韩西 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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