公路简支梁桥的激振方法及动力参数识别技术研究

论文摘要

截止2006年底,我国公路桥梁已近34万座,其中中小跨径桥梁约31万座,占90%以上,而简支梁桥又占了中小跨径桥梁相当一部分。伴随着交通量的日益增长与桥梁结构服役期的延长,相当一部分桥梁结构老化、破损、性能下降,其功能难以满足目前的要求,如果对损伤的检测和监视不善,可能造成桥塌人亡的事故,甚至给国家带来巨大的经济损失。对于桥梁结构,重建或更换结构构件,都要影响正常交通,这就要求工程技术人员加强对既有桥梁结构损伤诊断、可靠性评定、维修与加固技术的全面研究,以挖掘既有桥梁结构的承载能力,延长既有桥梁结构使用寿命,从而达到节省建设资金的目的,并且桥梁状态的评定、加固、维修方案的制定,都要以桥梁的检测数据为基础。目前普遍认可的一种最有前途的方法就是结合系统识别、振动理论、振动测试技术、信号采集与分析、智能型传感器等跨学科技术的动力荷载法。因此开展简支梁桥的动力试验研究意义重大,而激振方法和动力参数识别精度的高低,直接影响到桥梁动力试验的效果,应此开展公路简支梁桥的激振方法和动力参数的识别技术是十分必要的。本文对桥梁动载试验中常用激振方法进行了深入的分析及研究,针对于常用桥梁激振方法的不足,提出了适合于公路简支梁桥的跨越障碍物的跑车激励方法。从理论上推导了时域最小二乘迭代法来识别桥梁结构的阻尼比和固有频率的过程。把初步确定的阻尼比和频率当作时域最小二乘迭代法的初始值,从而识别出的桥梁阻尼比和固有频率。从多自由度结构的自由衰减振动方程和模态分析理论出发,推导出识别多自由度振型的公式。基于实测位移自由衰减响应数据和时域最小二乘迭代法识别出的阻尼比和固有频率,利用此公式,从多测点的位移自由衰减数据中便能分析出桥梁结构的振型。选定一简支钢筋混凝土梁作为数值模拟对象,确定了障碍物的设置位置及相应的障碍物高度。响应数据分别为无随机误差和5%随机误差的情况下,利用时域最小二乘迭代法识别出了桥梁结构的阻尼比和振型,并对其精度进行分析。采用本文提出的振型识别方法对简支梁桥的振型进行了模拟识别。并采用振型的正交性对识别出的振型质量进行评价。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 传统的桥梁激振方法
• 1.2.2 动力参数识别方法研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 简支梁桥激振方法研究
• 2.1 桥梁激振方法概述
• 2.1.1 自振法
• 2.1.2 强迫振动法
• 2.1.3 脉动法
• 2.1.4 激振方法的比较分析
• 2.2 车辆作用下桥梁频率的变化规律分析
• 2.2.1 车辆作用下桥梁频率改变的基本理论
• 2.2.2 数值算例及结果分析
• 2.3 跨越障碍物的跑车激励方法
• 2.3.1 跨越障碍物的跑车激励方法的基本原理及实施过程
• 2.3.2 跨越障碍物的跑车激励方法的注意事项
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于自由衰减响应的动力参数识别方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于自由衰减响应的阻尼比和频率识别方法
• 3.2.1 单自由度系统自由衰减响应的计算
• 3.2.2 基于自由衰减响应的单自由度系统阻尼比识别方法
• 3.2.3 多自由度系统的自由振动及模态分析理论
• 3.2.4 工程中的最小二乘法
• 3.2.5 时域最小二乘迭代法识别多自由度结构的阻尼比及频率
• 3.3 从自由衰减响应中识别桥梁振型的方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 动力参数识别技术的数值模拟
• 4.1 数值模拟对象
• 4.1.1 简支梁概况
• 4.1.2 激振过程简述
• 4.2 阻尼比和频率识别的数值模拟
• 4.2.1 数字滤波器设计原理
• 4.2.2 阻尼比和频率识别的数值模拟
• 4.3 振型识别的数值模拟
• 4.3.1 振型识别
• 4.3.2 振型验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 后记和致谢
• 摘要
• ABSTRACT