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基于驱车间接测量方法的桥梁模态识别及状态评估研究
| 论文题名： | 基于驱车间接测量方法的桥梁模态识别及状态评估研究 |
| 关键词： | 桥梁模态识别;桥梁状态评估;驱车间接测量;数值模拟 |
| 摘要： | 桥梁是交通工程中非常重要的一环，与人民的生活和社会的发展息息相关。在其运营过程中，承受包括车辆荷载在内的多种荷载作用，结构性能逐渐产生一定程度的退化，与设计之初相比出现损伤，威胁到桥梁运营安全。目前桥梁检测技术主要有人工目视检测、无损检测技术、荷载试验以及健康监测系统等，代价较大且效率较低。而在车桥耦合振动系统中，车辆响应中将会包含桥梁结构信息。故本文以车辆响应信号为原始信息，通过信号处理方式滤除掉桥面不平度的影响，进而进行桥梁模态识别和桥梁状态评估，并通过数值模拟和模型试验对所提方法进行验证与分析。论文主要工作及相关结论可概括为： （1）总结间接测量法基本理论，从理论推导和数值模拟两个方面对比分析车体响应及车桥接触点响应，说明了车桥接触点响应在识别高阶桥梁频率方面更具优势。同时，以理论推导得到的考虑不平度条件下的车桥接触点响应近似解析解说明了桥面不平度在同一位置对前后两辆车的车桥接触点响应具有相同影响。通过数值模拟验证由车辆运动方程及中心差分法计算车桥接触点加速度响应的方法，并分析车辆阻尼对该估计算法的影响。 （2）提出两种滤除车桥接触点响应中不平度效应的方法，一种是通过盲源分离算法（SOBI）处理两辆车的车桥接触点响应，一种是对两辆车在同一位置的车桥接触点加速度做差。并对处理后的信号通过滤波和Hilbert变换识别桥梁振型；同时分析车辆间距、伴随车辆、不平度等级、车辆频率、车辆质量的影响，为检测车参数的选择提供参考。并通过模型试验验证所提信号处理方法及振型识别方法，试验通过采集到的检测车加速度响应成功识别到桥梁基频及第一阶振型。同时，提出采用三辆检测车，对车桥接触点加速度响应差值信号做小波变换，通过复小波系数迭代求解桥梁振型的方法；并对伴随车辆、不平度等级、车辆频率及车辆质量的影响进行讨论分析。 （3）对滤除不平度效应后的响应信号，构建评估指标累积绝对速度（CAV）、PCA指标1（基准状态与损伤状态下前n阶主成分欧氏距离平方之和）、PCA指标2（基准状态与损伤状态下第一阶主成分的夹角度数）、PCA指标3（最大特征值）；通过数值模拟分析各个指标在评价桥梁结构状态方面的可行性。将滤除不平度效应后的响应信号与其延时序列自相关函数随延时参数变化曲线绘制出来，通过曲线中零点位置的改变情况建立桥梁状态评估等级，结合所提出的指标构建桥梁状态评估方法。并通过模型试验对所提指标的可靠性进行了验证。针对桥面不平度、车辆刚度和损伤状况进行分析，讨论所提方法的适用范围。 |
| 作者： | 刘文 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李岩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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