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基于功率谱灵敏度分析的斜拉桥损伤识别方法研究
| 论文题名： | 基于功率谱灵敏度分析的斜拉桥损伤识别方法研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;功率谱;灵敏度分析;损伤识别 |
| 摘要： | 桥梁的健康状态受复杂多变的环境激励、材料老化等因素的影响，严重威胁人民生命和国家财产安全。现如今针对大型桥梁进行损伤识别仍存在局限性，研究出高效的结构损伤识别方法，并应用到实际桥梁工程中，具有非常重要的研究意义和工程应用价值。本文以斜拉桥结构为研究对象，提出了基于响应功率谱和灵敏度分析相结合的斜拉索损伤识别方法，主要研究工作如下： （1）根据斜拉桥结构形式，以及结构的非线性问题，建立有限元模型。采用瞬态分析的方法得到车辆荷载作用下的结构响应，进而得到对应的功率谱。 （2）考虑斜拉索损伤导致斜拉桥体系出现内力重分布的现象，确定损伤参数。当某根斜拉索发生损伤后，结构的受力体系出现失衡，导致整个斜拉索体系内力发生变化，以达到新的平衡状态。基于此现象，将斜拉桥体系中所有索的轴向应变组成矩阵，以此作为损伤参数。 （3）基于灵敏度分析方法，研究基于响应功率谱与灵敏度分析相结合的损伤识别方法。针对功率谱，从结构动力学和信号处理两个方面对其进行求解，结合灵敏度分析方法，建立基于响应功率谱对损伤参数的灵敏度方程，采用有限差分法求解此方程，得到损伤参数，从而实现对斜拉索的损伤识别。以斜拉桥的有限元模型为研究对象，对单索损伤工况和组合损伤工况进行损伤识别，结果表明此方法能够准确识别出斜拉索损伤位置，而且可以基本确定其损伤的程度。 （4）针对功率谱灵敏度方程的求解方法，自编了一套程序实现与有限元分析软件的交互设计。求解灵敏度方程是一个迭代的过程，每次迭代都需要重新定义斜拉索体系的轴向应变参数，并重新计算功率谱灵敏度方程。因此设计开发了一套程序，利用程序调用和数据传输的方法，实现方程求解的迭代过程，提高了计算效率。 （5）结合保定市巨力大桥的实际工程，建立有限元模型，通过成桥索力和模态实验对其进行模型修正，并分析斜拉索损伤对结构响应功率谱的影响，进一步说明了本文提出的响应功率谱在斜拉桥结构的损伤识别应用中的有效性。 |
| 作者： | 李肖磊 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 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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