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基于小波分析的拱桥损伤识别研究
| 论文题名： | 基于小波分析的拱桥损伤识别研究 |
| 关键词： | 拱桥损伤识别;小波分析;应变模态;信号突变 |
| 摘要： | 拱桥在世界各国都有着悠久的历史,是最早广泛使用的桥型之一,它具有跨度大,耐久性好,外形美观等优点。实际工程应用中往往由于设计、施工、不恰当使用和自然灾害等一些原因,使拱桥出现局部刚度下降、老化、裂缝等损伤。这些损伤会给拱桥的安全性造成很大的威胁,同时也给人民的生命财产安全埋下隐患,因此及时获取拱桥的损伤信息尤为重要。近年来,国际上发展起来了一种时-频分析方法——小波分析法,它对结构损伤的敏感度很高,具有良好的时频局部化特征与多分辨率能力,可将实际结构中存在的非平稳、有局部断点的信号分解为不同尺度上的分量,在得到的小波系数图中直接显示结构的损伤位置。因此采用小波分析理论研究拱桥损伤识别的方法,具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文运用小波分析理论,建立了基于小波分析的拱桥损伤识别原理,通过对拱桥三维有限元动力特性的分析,采用Lanczos法得到不同的模态参数,并选取Haar小波作为母小波对损伤拱桥进行连续小波变换,从而得到小波系数图,通过小波系数图中的信号突变点来确定损伤位置,建立了一种利用小波分析理论识别拱桥损伤的方法。 本文以拱轴线为圆弧线的单拱为研究对象,采用八节点三维实体单元建立其有限元模型,分析了此单拱分别在转角模态、曲率模态、应变模态下含一处与多处损伤的识别问题。建立了一种基于模态参数识别单拱损伤的小波分析方法,并对比了三种不同模态的损伤识别效果。 本文以拱轴线为悬链线的双跨上承式拱桥为研究对象,有限元模型的单元类型采用梁单元。分析了上承式拱桥含一处损伤、多处损伤以及不同构件(拱圈、桥面等)同时损伤的识别问题,并在不同损伤工况下验证了基于转角、曲率、应变模态小波分析方法的有效性。 本文以含有损伤的中承式拱桥为研究对象,为了更好地反应拱桥的动力特性,在其有限元模型中,采用了不同类型的单元,包括梁单元、管单元、壳单元、杆单元。分析了中承式拱桥不同构件(拱圈、桥面、吊杆等)含一处与多处损伤的识别问题,通过数值分析验证了小波分析方法的有效性,并在不同损伤工况下比较了转角、曲率、应变模态的损伤识别能力。本文方法对拱桥结构损伤诊断的工程应用具有指导意义。 |
| 作者： | 钟晓林 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 管德清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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