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间接测量法在盾构隧道模态和损伤识别中的应用研究
| 论文题名： | 间接测量法在盾构隧道模态和损伤识别中的应用研究 |
| 关键词： | 地铁盾构隧道;模态识别;损伤识别;间接测量法 |
| 摘要： | 随着城市轨道交通的发展，地铁正逐渐成为城市交通运输的中坚力量，地铁隧道结构的健康服役对城市的正常运转至关重要。地铁盾构隧道作为超长线状结构，采用传统的健康监测方法面临着传感器需求量过大、监测点布设复杂、经济成本高、全覆盖监测困难等局限性，因此本文将桥梁健康监测领域的研究热点——间接测量法引入到盾构隧道结构中，从理论推导、数值模拟和试验验证等方面，研究基于间接测量法的盾构隧道结构模态和损伤识别，主要研究内容如下： （1）通过理论推导验证了间接测量法识别盾构隧道频率的可行性。建立了车辆和盾构隧道耦合振动的有限元模型，采用交叉迭代算法进行求解，提取车辆的动力响应。通过数值算例和实验室试验验证了基于间接测量法的盾构隧道频率识别方法。 （2）推导了考虑阻尼影响的间接测量法理论公式，在间接测量法的基础上提出了考虑阻尼影响的盾构隧道振型间接识别方法，通过修正系数改善阻尼引起的振型偏移现象，提出了两种方法识别修正系数中的未知阻尼比。通过数值算例验证了所提出的盾构隧道振型间接识别方法的正确性，分析了车速、车辆阻尼、盾构隧道阻尼等因素对振型识别结果的影响。 （3）研究了基于小波能量谱的盾构隧道损伤间接识别方法，通过车辆加速度响应连续小波变换计算得到的小波能量谱来识别损伤工况，并分析了车速、测量噪声、粗糙度等因素对损伤识别结果的影响。分析结果表明，采用较低的车速可以获得更好的损伤识别效果，车速过大时无法判别损伤；噪声对损伤识别结果的影响较小。 针对粗糙度因素，提出了基于损伤前后小波能量差的损伤识别方法，分析结果表明，在考虑粗糙度影响时，基于小波能量差的方法在低噪声水平下可以获得较好的损伤识别效果。 （4）结合双车系统和有限元模型修正技术，提出了基于双车加速度响应差灵敏度分析的盾构隧道损伤间接识别方法，该方法的优势在于无需在基准有限元模型中输入粗糙度数据。数值算例结果表明所提方法可以有效识别不同位置、不同损伤程度的单损伤和多损伤工况，实现盾构隧道损伤的定位和定量。分析了车速、噪声等因素对损伤识别结果的影响，结果表明，采用较低的车速可以获得更好的损伤识别结果，所提方法具有较好的噪声鲁棒性。 |
| 作者： | 周剑锋 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 罗辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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