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基于车致桥梁响应的中小跨径桥梁快速损伤识别方法研究
| 论文题名： | 基于车致桥梁响应的中小跨径桥梁快速损伤识别方法研究 |
| 关键词： | 跨径桥梁;车桥耦合;损伤定位;路面不平顺;横向连接损伤 |
| 摘要： | 桥梁是交通基础设施的重要组成部分，我国的桥梁具有总量大，寿命短，建设时期集中和老龄化趋势严重等特点，其运营和维护面临诸多问题与挑战。尤其是对于量大面广难以普及健康监测系统的中小跨径桥梁，目前仍高度依赖传统的以人工评测为主的桥梁检测手段。通过快速有效的方法对中小跨径桥梁进行损伤初筛与定位，进而制定相应的养护或加固改造计划具有重要意义。本文针对中小跨径桥梁，开展基于车致桥梁响应的快速损伤初筛和定位方法研究，主要内容如下： （1）基于车辆荷载作用下呼吸裂缝所引起的短时间内桥梁频率变化提出了一种不依赖参考状态数据的损伤快速初筛方法。分析了桥梁频率的影响因素，通过公式推导研究了车桥耦合系统中车辆对桥梁频率影响的规律。提出了基于呼吸裂缝所致频率变化的损伤指标和损伤检测流程并进行了数值模拟和试验验证，研究了测点位置、桥梁损伤程度、路面不平顺度、车辆车重和车速对损伤识别结果的影响。 （2）基于对车致桥梁响应非线性程度的定量评估，从另一角度提出了一种不依赖参考状态数据的桥梁损伤快速初筛方法。分析了车-桥耦合系统非线性的来源，将量化延时矢量方差算法应用于桥梁损伤检测，通过设定经验损伤阈值实现损伤初筛。分析了车桥耦合系统中车速和车重对桥梁非线性程度的影响，通过不同车辆参数的数值模拟和试验验证了方法的有效性。 （3）在实现桥梁结构快速损伤初筛后，提出了一种基于车致桥梁响应相关性的桥梁损伤定位方法。对比分析了Pearson相关系数、Spearman秩相关系数、Kendall相关系数、最大信息系数和互相关函数幅值对桥梁不同程度损伤的定位能力，讨论了路面不平顺对损伤定位的影响。通过数值模拟和钢-混凝土组合梁模型车桥耦合试验对所提出的损伤定位方法进行了验证。 （4）为减少损伤定位所需测点数量，基于车辆荷载作用下桥梁测点响应移动窗口相关性，提出了一种采用少量测点的桥梁损伤定位方法。利用损伤向量峰值散点图判断损伤位置，采用数值模拟和试验进行了验证。讨论了不同响应类型、路面不平顺、测点数量和分布、移动窗口长度和移动步长、测量车辆参数偏差对损伤定位精度的影响。 （5）为解决宽桥横向损伤定位问题，基于各测点车致桥梁响应在二维平面的相关关系，提出了一种桥梁横向连接损伤定位方法。采用数值模拟进行验证并分析了车辆荷载在桥梁不同横向位置时对损伤定位效果的影响。在实验室条件下开展具有横向联系的装配式钢-混凝土组合梁模型车桥耦合试验，验证了方法在定位桥梁横向联系损伤时的有效性。 |
| 作者： | 张一峰 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 朱劲松 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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