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基于小波包分析的大跨桥梁结构损伤预警方法
| 论文题名： | 基于小波包分析的大跨桥梁结构损伤预警方法 |
| 关键词： | 小波包分析;损伤预警;小波包能量谱;有限元模拟;桥梁结构 |
| 摘要： | 结构损伤预警是大跨桥梁结构健康监测系统的重要组成部分。小波包分析具有优良的时一频域特性，能够通过检查不同放大倍数下的变化来研究信号的特征，对细微的结构损伤具有较好的敏感性，因此可以用于大跨桥梁结构损伤预警。 本文在基于小波包分析的大跨桥梁结构损伤预警基本原理的基础上，以润扬长江大桥为例，通过大量数值算例模拟，分析了典型损伤下大跨桥梁结构自振频率和小波包能量谱的变化规律，得出了如下结论： 1．对于大跨斜拉桥拉索和主梁、大跨悬索桥主缆和主梁的早期损伤，基于小波包分析的结构损伤预警指标——能量比变化ERV和能量比偏差ERVD——能够进行有效预警，并且对测量噪声具有良好的鲁棒性。相对于其他损伤位置，损伤预警指标对大跨斜拉桥跨中拉索和主梁、大跨悬索桥靠近主塔的主缆段和跨中主梁的早期损伤尤其敏感。文中还给出了损伤预警指标随损伤位置和构件不同的变化规律。由于吊杆损伤造成的大跨悬索桥动力特性的变化非常小，基于小波包分析的结构损伤预警指标无法识别其早期损伤。 2．测点不同时，损伤预警指标的报警效果不同。一般来说，靠近损伤位置处的测点得到的响应包含的损伤信息更丰富，中跨跨中处的测点得到的响应所包含的损伤信息也比较丰富。在实桥实时监测中，宜通过布置多个测点同时采集响应以避免损伤信息遗漏。 3．采用加速度时程响应和位移时程响应作为输入建立小波包能量谱，最终都得到较为满意的预警效果。可见，基于小波包分析的大跨桥梁结构损伤预警方法具有广泛的适用性。考虑到量测的简便性，建议在实际结构预警操作中采用加速度响应作为输入进行实时监测，并可将其他响应作为校验，保障实时报警的准确性。 4．典型损伤下润扬斜拉桥和悬索桥的自振频率变化均非常小，前80阶自振频率相对变化一般小于1﹪，相对变化大于1﹪的主要是30阶以后的高阶频率，在实际中难以测准。因此，单纯利用频率变化来对大跨斜拉桥和悬索桥的早期损伤进行预警是非常困难的。 5．面向结构损伤预警的大跨桥梁结构有限元建模目标是动力特性与实桥相符。本文以此为指导，建立并修正了润扬悬索桥有限元模型。模型验证结果表明，本文建立的有限元模型能够较为准确地反映结构动力特性，可以作为结构损伤预警的基准有限元模型。 |
| 作者： | 刘涛 |
| 专业： | 防灾减灾工程及防护工程 |
| 导师： | 李爱群 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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