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基于振动信息的钢管混凝土拱桥吊杆损伤识别研究
| 论文题名： | 基于振动信息的钢管混凝土拱桥吊杆损伤识别研究 |
| 关键词： | 拱式桥梁;拱桥吊杆;桥梁检定;损伤识别 |
| 摘要： | 近年来，钢管混凝土拱桥由于一系列优点得到了广泛的应用。但其安全事故时有发生，且大多与吊杆的健康状态有关。若能对拱桥吊杆的健康状态进行及时地或实时地在线监测与诊断，对避免拱桥的重大事故是有利的。然而，对于钢管混凝土拱桥这种复杂结构，其损伤识别方法尚鲜有研究。本文结合钢管混凝土拱桥吊杆的构造特点，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，系统地研究了吊杆损伤识别的若干问题。主要研究内容及结果包括： ⑴总结了吊杆的几种主要损伤形式，并利用一阶摄动理论推导出吊杆锚头松动（由锈蚀或机械振动引起）及吊索损伤（钢丝断裂）引起的吊杆刚度变化的有限元公式。锚头松动是吊杆的主要损伤，结合对吊杆损伤动力有限元公式的推导，本文建立了吊杆的组合有限单元计算模型来模拟锚头松动，从分析中发现锚头松动是吊杆损伤状况的敏感指标。在此基础上，以损伤前后频响函数的形状相关系数构造遗传算法的目标函数。对平面拱进行了仿真分析，探讨了该方法对结构损伤识别的可行性。 ⑵以钢管混凝土拱桥为研究对象，应用大型有限元分析软件ANSYS 建立了三维有限元模型，进行结构动力特性的计算和分析。模拟了吊杆的多种损伤状况，即单一损伤、多处损伤、不同位置损伤、不同程度损伤等工况。利用固有频率、曲率模态差以及柔度矩阵差这几种常用的结构损伤识别方法对这些工况进行了诊断。计算结果表明，曲率模态差和柔度矩阵差是钢管混凝土拱桥吊杆损伤的敏感标识量，而固有频率则不太适用于钢管混凝土拱桥吊杆的损伤识别。 ⑶提出了一种改进的传动函数的结构损伤识别算法。以传动函数的基本原理为起点，应用数值分析方法求得结构的曲率传动函数矩阵，结合函数幅值相关系数构造损伤指标对结构进行损伤识别。然后，将在随机白噪音激励下所得的钢管混凝土拱桥模型动态仿真数据应用于上述算法中，分析了该方法的优点和不足，以及需要进一步发展和改进的方向。 |
| 作者： | 阮学兴 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 谢慧才 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 汕头大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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