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基于动力响应的位移影响线识别及桥梁损伤识别研究
| 论文题名： | 基于动力响应的位移影响线识别及桥梁损伤识别研究 |
| 关键词： | 桥梁损伤;动力响应;变分模态分解;Tikhonov正则化;位移影响线识别 |
| 摘要： | 桥梁在交通运输系统中扮演着重要的角色，随着我国在桥梁建设方面取得举世瞩目的成就，桥梁的病害也越来越多。对其管理运营变得越来越重要，其安全性、耐久性和使用性能逐渐受到人们的重视，要想到达让桥梁长期健康的运行下去，对其结构的健康监测是必不可少的项目。在这过程中，利用好监测数据是工程师面临的挑战，对于易得的、能反映出结构整体状态信息的位移影响线来说，成为对桥梁状态快速评定的一种指标，并发展出相应的研究。这其中何如准确识别位移影响线是利用位移影响线检测桥梁状态和进行识别损伤的前提。本文主要研究内容如下： （1）为了从实时的移动车辆荷载激励出的桥梁响应信息中提取准确的影响线数据，提出一种基于变分模态分解（VariationalModeDecomposition）与Tikhonov正则化方法相结合的桥梁影响线识别方法。该方法对桥梁在行驶的车辆荷载激励下产生的位移时程响应进行VMD分解，用其消除桥梁动力响应中的动态波动部分，在得到的准静态影响线基础上进行数学理论推导，引入Tikhonov正则化与三次B样条基函数对这类反问题进行处理，以减小识别误差。通过建立1/2车辆简支梁桥耦合模型，做出四种不同的高速车辆荷载激励，用得到的响应数据来验证该方法的有效性。 （2）对基于位移影响线的损伤指标进行理论推导和结果验证，总结四种指标对损伤定位效果的优缺点；基于位移影响线提出一种损伤程度量化方法，该方法受到柔度矩阵的物理意义启发，通过刚度与柔度的关系以及损伤状态可视为刚度下降状态作为切入点，推导损伤程度与位移影响线的关联方程。通过提取单位刚度矩阵，并对其进行特征分解，将位移影响线差值作为矩阵输入数据，用反问题解法计算出损伤程度。建立简支梁数值模型进行了不同工况的损伤模拟，最终得到较好的量化效果。 （3）通过制作铝制箱型截面简支梁及小车模型，验证本文所提方法的可行性与效果。试验研究结果表明：基于VMD消除桥梁动力响应的动态波动部分，得到的与准静态响应基本一致影响线，且在此基础上识别出的单位力挠度影响线整体趋势和峰值都与基准解吻合较好，为从实际监测数据中识别影响线提供了可靠的新方法。基于位移影响线的损伤识别研究主要验证了量化损伤的效果，在自然环境中，对噪声不敏感，对损伤程度量化效果较好。 |
| 作者： | 林肯 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 项长生;陈红亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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