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基于车辆荷载和功率谱灵敏度的铰缝损伤识别方法研究
| 论文题名： | 基于车辆荷载和功率谱灵敏度的铰缝损伤识别方法研究 |
| 关键词： | 铰缝损伤;功率谱;灵敏度分析;损伤识别;随机车辆荷载谱 |
| 摘要： | 随着我国桥梁工程和交通运输业的迅猛发展，桥梁病害愈发严重。预应力混凝土空心板桥在桥梁施工技术中是最常用、最发达的结构形式之一，铰缝是该类结构整体协同性能的关键，也是服役期内最易受损伤的部位。桥梁在运行几年后，铰缝会出现不同程度的进水、开裂甚至混凝土剥落，导致桥面板之间的横向连接减弱，桥面纵向开裂，甚至发生单板受力等情况。为了对不同程度的桥梁铰缝损伤进行定性和定量的评价，提出一种基于车辆荷载和功率谱灵敏度的铰缝损伤识别方法，具体研究内容和结论如下： （1）对随机车辆荷载的分布情况按车辆类型进行拟合，并根据分布情况模拟了混合随机车辆荷载反应谱。 （2）推导了以铰缝的位置和长度为损伤参数的响应功率谱灵敏度矩阵；并将模拟的随机车辆荷载反应谱作用到空心板桥上，得到其响应功率谱，结合灵敏度方法，以铰缝损伤的位置和程度作为待识别变量，选取特定频率值下的少数测点响应构造关于待识别变量的超静定方程组，用阻尼最小平方法求解方程组即可得到铰缝损伤的位置和程度。 （3）对由5块板组成的空心板桥进行数值模拟，验证了该方法的可行性、准确性和抗噪性。研究结果表明：根据空心板桥的结构特性选择合适的频率值范围和响应测点，在随机车辆荷载谱作用下基于功率谱灵敏度分析的方法不仅可以较为精确的识别空心板桥模型铰缝不同损伤工况下的位置及程度，还可以实现多铰缝损伤的同步识别，迭代次数少计算效率高；对该结构添加不同水平噪声，运用提出的方法仍能准确地识别出铰缝损伤的位置和程度。 （4）对黄花沟桥进行了有限元模拟、模态实验和长期健康监测，得到桥梁结构的前2阶自振频率相差不大，并用模态置信准则（MAC）验证了结果的置信度。对已有监测数据进行响应功率谱分析，发现环境温度对响应功率谱产生一定的影响，为下一步研究剔除温度作用的铰缝损伤识别提供了一定的基础。 |
| 作者： | 王晶晶 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 方有亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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