基于振动测试的简支梁损伤检测研究

论文摘要

目前,随着公路荷载和交通量的增大,加上养护不足,桥梁长期处于超负荷工作状态。近年来,国内外公路桥梁事故频发给人们的生命财产和国民经济造成了重大损失,也引起了人们对桥梁健康状况的普遍关注。因此,结构的损伤识别和实时监测成为桥梁工程领域研究的热点。基于振动测试的结构损伤检测方法因其便于操作,可以实现实时、远程操控等优点受到了广泛关注。本文在国内外研究现状广泛调研的基础之上,以钢筋混凝土简支梁为研究对象,对基于振动测试的损伤检测的动力指纹方法进行了应用研究和探讨。本文主要进行了以下几个方面的研究工作:1.查阅国内外基于振动测试的简支梁损伤检测方法相关研究文献,总结损伤识别的主要的识别方法和研究现状。2.利用结构动力学理论分析简支梁结构振动情况,并给出简支梁频率和振型的理论计算方法和实用振动分析方法。以一钢筋混凝土简支梁为计算模型,对比分析理论计算与实用计算结果。随后,介绍了随机振动的一些基本理论和动力测试方法,为动力法损伤识别提供了有效的先验知识。3.采用矩阵摄动理论分析多自由度结构振动方程,推导结构自振频率和截面刚度的函数关系,建立结构动力指纹。4.分析简支梁结构的损伤,通过折减截面刚度模拟损伤情况。利用有限元分析软件ANSYS10.0进行简支梁损伤数值模拟,分析跨中、支座附近的典型损伤对简支梁结构固有振动特性(基频)的影响。5.对钢筋混凝土简支梁构件进行室内锤击试验,利用MATLAB平台编制的功率谱识别模态参数的程序,分析构件各工况下的一阶固有频率的变化,通过基频的变化检测简支梁的损伤。随后对基于振动测试的简支梁损伤检测的一些关键问题进行探索。6.以三跨32m的钢筋混凝土简支梁桥——沧州市刘庄北桥为工程实例,对其在环境激励和车辆激振下的动力测试结果和桥梁实体模型的数值模拟分析结果进行对比分析,验证了功率谱识别结构模态参数的方法能够应用于工程实践。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1-1 课题的研究背景
• 1-2 结构损伤识别研究现状
• 1-2-1 结构损伤和损伤识别
• 1-2-2 历史发展及研究现状
• 1-3 本课题研究的主要工作
• 第二章 结构损伤识别方法的研究
• 2-1 基于静力响应的识别方法
• 2-1-1 静力识别法
• 2-1-2 存在的问题
• 2-2 基于动力指纹的损伤识别技术
• 2-2-1 基于固有频率的损伤识别
• 2-2-2 基于曲率模态的损伤识别
• 2-2-3 基于应变模态的损伤识别
• 2-2-4 基于柔度矩阵的损伤识别
• 2-2-5 总结
• 2-4 本章小结
• 第三章 简支梁振动分析
• 3-1 引言
• 3-2 振动分析
• 3-2-1 简支梁的振动方程
• 3-2-2 固有频率和振型
• 3-2-3 实用振动分析
• 3-2-4 算例分析
• 3-2-5 随机振动分析
• 3-3 动力指纹
• 3-4 本章小结
• 第四章 简支梁损伤数值模拟分析
• 4-1 有限元模型
• 4-1-1 模型的建立
• 4-1-2 模态分析
• 4-2 损伤识别
• 4-2-1 跨中损伤
• 4-2-2 支座附近损伤
• 4-2-3 跨中、支座存在损伤
• 4-2-4 数值分析结论
• 4-3 本章小结
• 第五章 结构损伤识别试验研究
• 5-1 模型试验
• 5-1-1 试验模型
• 5-1-2 试验系统
• 5-1-3 仪器安装和测点布置
• 5-1-4 试验步骤
• 5-1-5 静态数据分析
• 5-1-6 振动试验分析
• 5-1-7 试验结论
• 5-2 刘庄北桥振动测试试验
• 5-2-1 工程概况
• 5-2-2 动载试验概况
• 5-2-3 数据采集和处理
• 5-2-4 有限元分析
• 5-2-5 试验结论
• 5-3 本章小结
• 第六章 结论
• 6-1 结论
• 6-2 建议
• 参考文献
• 致谢