土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)評價(jià)在結(jié)構(gòu)安全評價(jià)以及可靠度評估等方面起著極其重要的作用,結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別作為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的主要內(nèi)容,一直是研究熱點(diǎn)與前沿。傳統(tǒng)損傷識(shí)別方法在超長線狀結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別過程中存在傳感器需求量過大、輸入信息無法準(zhǔn)確獲得、輸出數(shù)據(jù)無法完全采集以及噪音的影響等局限性,因此,研究移動(dòng)荷載下超長線狀結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別非常必要,迫切需要為超長線狀結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別提供一種新的技術(shù)支持與途徑。論文基于國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973課題“動(dòng)態(tài)時(shí)空環(huán)境效應(yīng)下的地下結(jié)構(gòu)健康診斷與服役性能預(yù)知理論”(2011CB013800)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于分布式識(shí)別策略的超長線狀盾構(gòu)隧道惟響應(yīng)損傷定位方法研究”(No.51578261),在已有研究工作的基礎(chǔ)上,以信息論和小波理論為基礎(chǔ),通過理論分析推導(dǎo)、數(shù)值仿真模擬、試驗(yàn)驗(yàn)證以及工程實(shí)踐運(yùn)用,對超長線狀結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別和傳感器優(yōu)化布置進(jìn)行了系統(tǒng)深入的分析和研究,主要開展了如下五個(gè)方面的研究內(nèi)容:(1)研究了基于加速度頻響函數(shù)的超長線狀結(jié)構(gòu)模型修正方法。利用移動(dòng)荷載作用下實(shí)測加速度頻響函數(shù)對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修正,使修正后的結(jié)構(gòu)有限元模型的加速度頻響函數(shù)盡可能與實(shí)際結(jié)構(gòu)相應(yīng)一致。通過移動(dòng)荷載下縮尺土箱-鋁管模型結(jié)構(gòu)的實(shí)測加速度頻響函數(shù),對土體-超長線狀結(jié)構(gòu)的有限元模型進(jìn)行修正,修正完成后,對比原模型和與修正模型的一階頻率、二階頻率、豎向變形以及加速度響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差,驗(yàn)證了所提出方法的先進(jìn)性與精確性,也為后續(xù)結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別分析提供可靠的分析保證。(2)研究了移動(dòng)荷載作用下超長線狀結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別定位�；谛〔ɡ碚摵托〔堄嗔�,利用重新構(gòu)建的改進(jìn)小波殘余力指標(biāo)進(jìn)行移動(dòng)荷載作用下超長線狀結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別定位。通過移動(dòng)荷載下土體-隧道結(jié)構(gòu)的數(shù)值算例,分析了結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別結(jié)果,并比較了不同測點(diǎn)及不同測量噪音情況下超長線狀結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別結(jié)果。同時(shí),進(jìn)行了移動(dòng)荷載作用下土箱中縮尺鋁管模型試驗(yàn),二者結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了該算法的正確性。(3)綜合分析了不同移動(dòng)荷載對超長線狀結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的影響。結(jié)果表明,移動(dòng)荷載大小對結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別影響不大,當(dāng)移動(dòng)荷載變化200%時(shí),仍然能夠?qū)p傷進(jìn)行準(zhǔn)確定位;同時(shí),不論是勻速荷載作用下還是變速荷載作用下,結(jié)構(gòu)預(yù)先設(shè)置損傷處的損傷指標(biāo)發(fā)生突變,均可有效地識(shí)別損傷的發(fā)生。(4)研究了移動(dòng)荷載作用下超長線狀結(jié)構(gòu)損傷定量方法。在移動(dòng)荷載作用下超長線狀結(jié)構(gòu)損傷定位的基礎(chǔ)上,利用Lipschitz指數(shù)?將損傷程度與損傷指標(biāo)大小進(jìn)行量化分析,確定損傷指標(biāo)與損傷程度的關(guān)系。移動(dòng)荷載下土體-隧道結(jié)構(gòu)的數(shù)值算例獲得的損傷識(shí)別結(jié)果與實(shí)際損傷設(shè)置非常接近,識(shí)別結(jié)構(gòu)剛度誤差在5%范圍內(nèi),同時(shí),進(jìn)行了移動(dòng)荷載作用下土箱中超長線狀縮尺鋁管模型試驗(yàn),驗(yàn)證了該算法的正確性,為超長線狀結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別定量研究提供了新的思路。(5)研究了基于互信息的超長線狀結(jié)構(gòu)傳感器優(yōu)化布置方法�；谛畔⒄撝械幕バ畔⒗碚�,將超長線狀結(jié)構(gòu)劃分為線性連接的子區(qū)間,將子區(qū)間的劃分可歸結(jié)為傳感器的優(yōu)化布置問題。同時(shí),引入猴群算法思想,在優(yōu)化過程中加入“爬”、“望”、“跳”的過程,從而減少試算過程,增加計(jì)算效率,為超長線狀損傷識(shí)別前的傳感器優(yōu)化布置研究提供新的思路。通過移動(dòng)荷載下土體-隧道結(jié)構(gòu)的數(shù)值算例,分析了不同傳感器布置方式對超長線狀結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別結(jié)果的影響,綜合判別效率及經(jīng)濟(jì)等因素,選擇最優(yōu)傳感器布置方案。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU317
【部分圖文】：

由于施工、材料等因素引起的有限元模型與）通常是由 E I來計(jì)算的。 12 21 2 3) [ , , ...... ] [0,0sx x x xn es EI H H H H H 2ssK ，s K 是由有限元模型計(jì)算而得的，是一個(gè)已I來計(jì)算，因此，根據(jù) E I可以容易地評估損傷發(fā)生到的猴群算法作為優(yōu)化算法來擬合 ( )eH 和 ( )sH 。模型與試驗(yàn)實(shí)測模型的剛度偏差，誤差要求為 0.1%為 5 組，每組的數(shù)目是 4 個(gè)。在步長默認(rèn)為 1 的情響應(yīng)函數(shù)的模型修正方法流程如圖 2-1 所示。 有限元模型擬合 和是否

(a) 用螺栓對法蘭進(jìn)行緊固 (b) 加速度傳感器圖 2-3 土箱-鋁管模型示意圖.3 移動(dòng)荷載設(shè)置本試驗(yàn)中，以 6 個(gè)車廂的小車來模擬超長線狀結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)列車荷載，每個(gè)車距為 100 mm，移動(dòng)荷載采用動(dòng)力牽引小車裝置，牽引裝置能提供穩(wěn)定的動(dòng)力提供牽引列車在縮尺隧道模型中行駛的負(fù)荷，牽引裝置的功率為 25 W，以 12in 的速度旋轉(zhuǎn)，采樣頻率為 1000 Hz。為了避免出現(xiàn)偶然誤差，每個(gè)工況均測試次。圖 2-4 為移動(dòng)荷載模型及牽引裝置示意圖。

a) 用螺栓對法蘭進(jìn)行緊固 (b) 加速度傳感圖 2-3 土箱-鋁管模型示意圖設(shè)置以 6 個(gè)車廂的小車來模擬超長線狀結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)列m，移動(dòng)荷載采用動(dòng)力牽引小車裝置，牽引裝置能車在縮尺隧道模型中行駛的負(fù)荷，牽引裝置的功率，采樣頻率為 1000 Hz。為了避免出現(xiàn)偶然誤差，移動(dòng)荷載模型及牽引裝置示意圖。傳
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2861208