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钢管混凝土系杆拱桥动力分析及损伤识别
| 论文题名： | 钢管混凝土系杆拱桥动力分析及损伤识别 |
| 关键词： | 钢管混凝土系杆拱桥;柔度曲率;小波变换;曲率模态;损伤识别;动力分析 |
| 摘要： | 钢管混凝土拱桥具有较强的跨越能力和便于施工的优点，使得钢管混凝土拱桥日益向大跨度方向迈进。随着跨度的增大，许多问题随之而来，其中安全性问题尤为突出。工程结构在复杂的服役环境中常会遭受各种损伤，这些损伤的积累容易引发结构灾难性事故的发生，因此研究结构的早期损伤识别问题，对结构的安全性具有重要的实际意义。 本文以曲率模态为识别参数，针对具有多损伤区域的悬臂梁结构进行了损伤仿真分析。曲率模态是一种能够反映结构局部特征变化的模态参数，它可以通过结构的各阶振型得到，对局部结构变化的敏感性高于振型和频率。首先通过模态分析得到结构振型，再运用差分就可以得到曲率模态。从理论上讲，结构的局部裂缝或损伤必然会导致结构局部刚度降低，使得损伤处的曲率斜度增大，从而引起曲率模态振型数值发生突变。根据这一原理运用曲率模态可以检出结构存在的损伤。 梁结构损伤位置识别的柔度曲率法，既有高的灵敏度，又避免了使用原结构的模态参数，对于没有原始结构模态参数的损伤识别技术显得尤为重要。算法具有计算量小和简便易行的优点，而且仅需要低阶模态信息即可获得较好的识别效果。 小波变换具有在时域和频域内表征信号局部特性的能力，能够在不同尺度下对结构响应中的突变信号进行放大和识别。本文在曲率模态基础上，改进了一种基于小波变换的梁式结构损伤识别方法。利用双正交小波函数对损伤前后结构的曲率模态进行小波变换，通过小波变换系数的变化和分布情况建立了结构损伤指标，可判定损伤存在，确定损伤位置和估计损伤程度，并通过悬臂梁的数值模拟对该方法的可行性进行了验证。 利用ANSYS有限元通用软件，对一座下承式钢管混凝上拱桥进行了有限元模拟研究，求出了自振频率、振型等动力参数，对其振型特征进行了分析。由于主要受力构件是拱肋及吊杆，所以本文分别分析了拱肋L／2截面、L／4截面及8＃吊杆不同损伤程度下的动力特性，得出结构整体动力特性的变化规律，并通过该动力特性变化规律实现了对拱肋及吊杆的损伤识别。桥梁实例分析说明采用有限元计算的自振特性数值和实测值较相近，能够基本反映结构的实际状况，还可为桥梁使用过程中的健康检测和维护提供基础性数据。 |
| 作者： | 左文安 |
| 专业： | 海洋工程结构 |
| 导师： | 沈成武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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