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原文传递基于动力特性的高桩码头基桩损伤识别方法及承载力检测技术研究

论文题名：	基于动力特性的高桩码头基桩损伤识别方法及承载力检测技术研究
关键词：	高桩码头基桩;环境荷载激励;模态参数识别;损伤诊断;承载力检测技术;原型试验;动力特性
摘要：	高桩码头是应用广泛的码头结构型式之一,我国港口工程领域存在大量的使用了几十年的老旧高桩码头。这些老码头在船舶撞击、使用荷载、环境侵蚀作用下,基桩普遍存在损伤破坏的问题;同时对高桩码头现役基桩进行承载力检测是进行老码头检测评估、升级改造等的必要前提条件。高桩码头基桩上部存在复杂的结构型式,对于桩顶为非自由端这样的结构,现阶段没有有效可行的基桩损伤诊断和承载力检测方法。因此,如何对现役的高桩码头基桩进行损伤识别和承载力检测是亟需研究解决的课题。　　本文采用理论分析、数值模拟、物理模型试验、现场实测相结合的方法研究基于动力特性的高桩码头基桩损伤诊断方法及现役高桩码头基桩承载力检测方法。涉及的主要科学技术问题包括:环境激励下高桩码头模态参数识别方法、高桩码头基桩损伤识别方法、高桩码头现役基桩承载力检测方法等。　　(一)环境激励下高桩码头模态参数识别方法研究。针对高桩码头原型动力试验激励难的问题,研究根据正常工作时通过环境荷载激励下的动力响应去识别高桩码头模态参数的方法。(1)提出了一种适用于环境激励下高桩码头模态参数识别的ERA方法。依据自然激励技术和系统最小实现的基本原理,详细推导ERA算法,编制了NExT-ERA高桩码头模态识别程序。(2)制作了考虑桩-土作用的大比尺高桩码头物理模型(1:10),并将本文提出的基于环境激励的模态参数识别理论方法应用到物理模型模态试验中,结合动力特性的数值计算分析,揭示了高桩码头模型在环境荷载激励下的模态阶次和模态特性。　　(二)高桩码头基桩损伤识别方法。针对高桩码头基桩本身的结构特点,首次提出了基于模态应变能的高桩码头基桩损伤诊断方法。依据振动微分方程,详细推导了模态应变能表达式,并对模态应变能损伤定位原理进行证明。给出MSE损伤定位的实施步骤,编制了基于模态应变能的高桩码头基桩损伤识别程序。以高桩码头一个排架为研究对象,通过数值算例分析,对不同工况下高桩码头基桩的损伤进行诊断。研究显示,模态应变能变化率对损伤单元有较强的敏感性,能够识别出高桩码头基桩不同工况下的损伤。研究结果可为基于动力特性的高桩码头动力无损检测提供有益参考。　　(三)高桩码头现役基桩承载力检测方法。首次提出区域堆载法检测高桩码头现役基桩承载力技术,解决了堆载区域、测试内容、加载卸载终止条件等关键技术问题。首次实施高桩码头基桩承载力原型试验,测试在分级荷载作用下码头整体变形变位、基桩沉降、结构构件应变等,结合数值计算分析,确定了基桩的竖向承载力。依据原型试验检测结果,对依托工程提出灌注桩加纵梁的改造方案,提高了码头整体竖向承载力,同时保持结构整体性、受力合理及变形协调。
作者：	孙熙平
专业：	水利工程、港口、海岸及近海工程
导师：	王元战;赵冲久
授予学位：	博士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文