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基于振动分析的模数式伸缩装置损伤识别研究
| 论文题名： | 基于振动分析的模数式伸缩装置损伤识别研究 |
| 关键词： | 公路桥梁;模数式伸缩缝;损伤识别;振动分析 |
| 摘要： | 随着公路桥梁的发展，公路桥梁伸缩缝的健康状况逐渐被人们所重视，越来越多的学者对其进行研究分析。基于振动信号的结构损伤识别方法凭借着系统简单、造价低、精度高等特点受到越来越多的学者关注，并成为国内外研究热点。本文在健康监测背景下选取模数式伸缩装置制作伸缩缝构件，通过试验研究基于振动信号的模数式伸缩缝损伤识别方法： （1）选用模数式伸缩装置设计并制备模数式伸缩缝，试验采用4个伸缩缝构件分别模拟伸缩缝温度变化作用和中梁断裂、伸缩缝锚固区混凝土破碎、伸缩缝横梁断裂三种损伤情况，并分多个阶段对构件进行破坏。通过锤击对构件进行激励，将锤击引起的振动定义为随机振动，采用动态数据采集仪与加速度传感器采集振动信号，温度传感器与多通路温度巡检仪记录实时温度。通过峰值法获取结构固有频率，希尔伯特黄变换获取结构的瞬时相位和希尔伯特谱。 （2）通过分析伸缩缝中梁、边梁、横梁上频率分布特征研究传感器最佳点位布设。试验所得最优传感器布设点位为中梁跨中底部、边梁跨中侧边、横梁跨中底部。试验分析了伸缩缝各个部位固有频率，并探究伸缩缝制备过程中固有频率变化规律，结果表明，浇筑后的伸缩缝固有频率整体向高频偏移，且在混凝土养护期间，固有频率随着混凝土强度增加而增加，具体为0.66Hz/MPa。 （3）试验研究了温度变化对结构固有频率的影响，得出伸缩缝各结构上各阶固有频率的温度补偿系数：中梁二阶为0.36Hz/℃，边梁一阶为0.62Hz/℃、二阶为0.83Hz/℃、三阶为1.14Hz/℃，横梁一阶为0.30Hz/℃、二阶为1.60Hz/℃。将温度补偿系数代入伸缩缝损伤识别研究当中，试验结果表明中梁完全断裂后一阶固有频率下降0.40Hz、二阶下降185.40Hz、三阶下降77Hz。锚固区混凝土损伤900mm后边梁的一阶固有频率下降11.24Hz，二阶下降64.62Hz，三阶下降16.02Hz。横梁完全断裂后一阶固有频率下降11.60Hz、二阶下降105.80Hz、三阶下降88.20Hz。通过分析伸缩缝的固有频率能有效监测伸缩缝各部分损伤情况。（4）通过希尔伯特黄变换得出结构瞬时相位和希尔伯特谱，分析损伤过程中瞬时相位和希尔伯特谱变化。结果表明，相比无损状态下，锚固区混凝土瞬时相位发生微小变化，希尔伯特谱的能量分布没有明显改变；中梁彻底断裂时瞬时相位斜率降低50%，希尔伯特谱的高能量密度在频段的分布降低了的分布降低了300Hz左右；横梁彻底断裂时，瞬时相位斜率降低30%左右，希尔伯特谱的高能量密度在频段的分布整体降低350Hz左右，对损伤较为敏感。 |
| 作者： | 文峰 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 杨才千 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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