基于曲率模态相关性的桥梁结构损伤识别研究

论文摘要

交通是一个国家经济发展的命脉,而桥梁在整个国家交通体系中起着枢纽以及咽喉的作用,所以保障桥梁的正常使用以及安全性能就显得至关重要,这就需要经常对桥梁进行安全性检测和长期的健康监测,以确保桥梁的正常使用。因此在对桥梁进行安全性检测和健康监测过程中,对结构的损伤识别技术成为工程技术人员面临的一个新的课题。桥梁的损伤识别技术的研究已经有几十年的历史,在这个过程中,基于静态以及动态的损伤识别技术研究已经取得了丰硕的成果。但其中一个重要的问题在于进行损伤识别的动力参数的种类繁多,如何保证参数的变化正确的反应结构真实的损伤状况是一个亟待解决的问题,这就需要采用科学合理的计算方法与损伤识别参数相结合,通过计算方法降低动力参数的随机性,充分体现出其中的规律性,从而提高数据对于结构损伤的敏感性并做出正确的判断。首先,在本文论述过程中,提出了以结构振动时的模态曲率为损伤识别参数,将灰色相关联理论与模态曲率相结合,通过利用结构损伤前后结构各节点曲率模态相关性系数的变化规律进行结构损伤的理论方法。其次,介绍了模态曲率在桥梁损伤识别的运用及曲率模态进行桥梁损伤识别的理论依据,并详细介绍了如何将灰色相关性理论与曲率模态相结合进行桥梁结构的损伤识别。最后分别以简支梁和连续梁为算例,利用大型空间有限元程序ANSYS10.0计算出简支梁和连续梁在各个工况下结构振动时的竖向位移,并计算出结构各节点的振动模态曲率,同时,根据本文提出的基于曲率模态相关性的损伤识别理论,利用大型数学计算程序MATLAB 7.0编写出计算程序,计算出结构损伤前后的相关性系数,对结构的损伤位置进行了损伤定位评估,并与基于曲率差的损伤识别方法的计算结果进行了对比。根据对算例结果的分析可以发现,基于曲率模态相关性的损伤识别技术使得动力损伤识别从以前的“一步法”提高到“多步法”,从而大大提高了结构振动参数对于损伤的敏感程度,使得损伤识别结果更具可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究桥梁结构损伤识别的意义
• 1.2 桥梁损伤识别国内外研究现状
• 1.2.1 基于固有频率变化的损伤识别技术
• 1.2.2 基于振型变化的损伤识别技术
• 1.2.3 基于柔度变化的损伤识别技术
• 1.2.4 基于柔度曲率法的损伤识别
• 1.3 桥梁结构的传统动力测试方法
• 1.3.1 损伤诊断的模型修正法
• 1.3.2 动力指纹识别法
• 1.3.3 神经网络法
• 1.3.4 应力波理论法
• 1.4 结构损伤识别目前存在的主要问题及未来研究方向
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 基于动力特性的桥梁结构损伤识别理论
• 2.1 概述
• 2.2 基于曲率模态分析的理论基础
• 2.3 基于振型变化的损伤识别技术
• 2.4 基于频率改变的损伤识别技术
• 2.5 基于柔度矩阵的损伤识别理论
• 2.6 基于刚度变化的结构损伤识别
• 2.7 基于应变模态的结构损伤识别方法
• 2.8 本章小结
• 第三章 基于灰色相关性的结构损伤定位理论
• 3.1 灰色理论的产生和发展
• 3.2 灰色关联分析理论
• 3.2.1 邓氏关联系数及关联度
• 3.2.2 绝对关联系数及关联度
• 3.2.3 T 型关联系数及关联度
• 3.2.4 斜率关联系数及关联度
• 3.2.5 改进的关联度
• 3.2.6 B 型关联系数及关联度
• 3.2.7 C 型关联系数及关联度
• 3.3 灰色模态曲率关联系数在结构损伤评估中的应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于曲率模态相关性的桥梁结构损伤评估分析
• 4.1 概述
• 4.2 曲率模态相关性系数的计算及在损伤识别中的应用
• 4.3 曲率模态的测量与计算
• 4.4 梁的损伤模型分析
• 4.4.1 简支梁的损伤分析
• 4.4.2 连续梁的损伤分析
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 附录1：各工况模态曲率数值表
• 附录2：简支梁的灰色相关性系数计算程序
• 附录3：连续梁的灰色相关性系数计算程序
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢