详情

原文传递基于模态衍生量的中小跨简支梁桥损伤识别研究

论文题名：	基于模态衍生量的中小跨简支梁桥损伤识别研究
关键词：	中小跨梁桥;铰缝损伤;模态衍生量;振动特性
摘要：	中小跨桥梁量大面广，随着服役时间以及交通压力的增加，桥梁病害也在逐渐增多，并发展成为灾害性事故。识别现役中小跨桥梁结构性损伤，保证其安全运营，具有重要的现实意义。模态参数反映结构动力特性，基于模态参数的损伤指标可反映结构动力特性的变化，可用于桥梁结构损伤识别。本文以中小跨径桥梁为研究对象，面向其横向联系损伤应用损伤指标进行了识别研究，并对各损伤指标进行了量化对比。由于空心板梁桥占比较高，故重点关注了空心板梁桥铰缝损伤，并对其进行了初步的理论研究。本文主要工作如下：　　（1）梳理总结了现有文献中基于不同模态参数的损伤指标。对不同类别模态参数的损伤识别机理进行了推导与阐述，将所梳理的55个损伤指标进行了系统的分类以及识别原理的推导，并通过MATLAB对每个损伤指标进行编程实现，实现各损伤指标的独立以及同步运行。由于以模态参数构成的损伤指标众多，每个损伤指标通过对自身的变化来识别损伤，但难以用统一标准对不同损伤指标的识别效果进行量化对比，提出应用一致性量化指标来量化各损伤指标，便于不同损伤指标的对比和选择。对空心板梁桥铰缝损伤的分析表明，一致性量化指标能够在不同工况下定量描述不同损伤指标的识别效果。　　（2）针对空心板梁桥的铰缝损伤，应用一致性量化指标从数据层面定量描述损伤指标的损伤指示效果，便于各类损伤指标的对比和应用。建立空心板梁桥及其铰缝损伤的有限元实体模型，模拟3种不同铰缝位置处的损伤工况，对每处损伤分别设置6种不同损伤程度；最后应用一致性量化指标对比各损伤指标的识别性能，总结不同工况下各损伤指标的识别效果变化规律。分析表明，不同损伤指标一定程度上能够识别空心板梁桥的铰缝损伤位置，并通过一致性量化指标，可以发现振型类损伤指标的量化值远小于曲率类损伤指标；另一方面，损伤程度较小时，曲率类损伤指标并不能区分空心板梁的空心部分与铰缝损伤。　　（3）基于模态参数的损伤识别方法用于铰缝损伤识别，通常使用有限元方法得到结构的模态振型，但数值方法仅能从现象解释损伤规律，但无法从机理上解释铰缝损伤对其振动特性的影响。本文提出了一种基于等效正交异性板的空心板梁桥铰缝损伤的横向模态振型分析计算方法。该方法通过一个空心板梁桥的有限元模型得到验证。结果表明，具有铰缝损伤的空心板梁桥的模态参数可以通过等效正交异性板精确获得。不同开裂高度的空心板梁桥的解析振型与受损桥梁的有限元模型的振型相吻合。　　（4）通过板梁桥，从理论上初步揭示了横向联系损伤对横向振动特性的影响机理，进一步地，对T形梁桥与小箱梁桥的横隔板损伤进行了有限元模拟，将损伤指标的应用拓展到T形梁桥与小箱梁桥，用于进一步地验证。通过有限元模拟，结果表明基于模态参数及其衍生量的损伤识别指标在识别横隔梁损伤时具有较好的可移植性，能够识别横隔板损伤及其位置；并通过一致性量化指标给出两种桥型识别不同位置横隔梁损伤的指标推荐顺序，便于指标的选择。
作者：	宫亚超
专业：	结构工程
导师：	曲春绪
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2022