本文關(guān)鍵詞：異形橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)與損傷識(shí)別方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2015年

異形橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)與損傷識(shí)別方法研究

宋剛  

【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛推進(jìn)。橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在提升交通運(yùn)輸效率方面效果突出。但橋梁結(jié)構(gòu)在外部荷載、氯離子侵蝕、溫濕度等環(huán)境因素作用下，結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)疲勞損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載性能降低。因此，對(duì)在役橋梁結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)有效的識(shí)別，預(yù)防結(jié)構(gòu)破壞性損傷事故的發(fā)生，對(duì)于保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全意義深遠(yuǎn)。 在我國(guó)城市化進(jìn)程中，為了有效提升城市空間利用效率，異形橋梁結(jié)構(gòu)得到了廣泛使用。異形橋梁作為直梁橋和彎梁橋的連接結(jié)構(gòu)，空間效應(yīng)顯著、受力特殊。并且，由于異形橋梁的特殊幾何構(gòu)造和設(shè)計(jì)的多樣性，傳統(tǒng)分析方法已無(wú)法得到有效利用。因此，開(kāi)展該橋型的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作具備良好的應(yīng)用價(jià)值。 本文結(jié)合吉林省交通運(yùn)輸廳“異形預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁受力特性分析及設(shè)計(jì)方法研究”項(xiàng)目，針對(duì)異形橋梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)和損傷識(shí)別研究，提出了相應(yīng)的計(jì)算方法，并進(jìn)行了模型驗(yàn)證。本文開(kāi)展的具體研究工作如下： 1.針對(duì)異形箱梁橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于正交試驗(yàn)和層次分析法確定了優(yōu)化參數(shù)組合。該方法采用正交試驗(yàn)分析了匝道半徑、分叉暗橫梁剛度、箱梁截面高度和支撐方式對(duì)異形橋梁分叉暗橫梁處頂板最大應(yīng)力、應(yīng)力變異系數(shù)、橋梁扭轉(zhuǎn)振動(dòng)基頻和曲梁扭轉(zhuǎn)程度的影響。結(jié)合層次分析法，采用綜合權(quán)重分析研究了各因素對(duì)異形橋梁整體受力特性的影響主次順序。將綜合權(quán)重分析與平衡分析得出的最優(yōu)參數(shù)組合結(jié)果進(jìn)行比較，綜合權(quán)重分析參數(shù)組合得出的試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于平衡分析參數(shù)組合結(jié)果，驗(yàn)證了綜合權(quán)重分析方法在多指標(biāo)正交試驗(yàn)影響因素排序和參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化中的準(zhǔn)確性和有效性。 2.考慮到異形橋梁結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，提出了一種基于模態(tài)柔度及遺傳算法優(yōu)化支持向量機(jī)的異形橋梁損傷識(shí)別方法。針對(duì)異形橋梁的損傷位置識(shí)別，驗(yàn)證了模態(tài)柔度、模態(tài)柔度差曲率、均勻荷載面曲率和均勻荷載面曲率差等指標(biāo)的有效性，選取模態(tài)柔度差曲率指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了異形橋梁?jiǎn)挝恢眉岸辔恢脫p傷定位，識(shí)別效果良好。針對(duì)異形橋梁的損傷程度識(shí)別，構(gòu)建了頻率變化率、振型比值和模態(tài)柔度差曲率三種不同的損傷識(shí)別參數(shù)，，作為遺傳優(yōu)化支持向量機(jī)的輸入?yún)?shù)；通過(guò)建立單位置損傷及多位置損傷識(shí)別工況，驗(yàn)證了所提出方法的有效性。仿真結(jié)果表明，基于模態(tài)柔度差曲率與遺傳優(yōu)化支持向量機(jī)的多位置損傷程度識(shí)別精度要優(yōu)于基于頻率變化率或振型比值與遺傳優(yōu)化支持向量機(jī)的識(shí)別方法。與基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法的對(duì)比分析結(jié)果表明，基于遺傳優(yōu)化支持向量機(jī)的多位置損傷程度識(shí)別精度要更高，識(shí)別效果更好。 3.基于粒子群優(yōu)化模糊C均值聚類(lèi)理論，結(jié)合結(jié)構(gòu)整體模態(tài)頻率變化比損傷識(shí)別指標(biāo)，提出了多階模態(tài)頻率變化比聚類(lèi)分析的異形橋梁損傷位置識(shí)別方法。該方法通過(guò)將損傷工況的模態(tài)頻率變化比進(jìn)行聚類(lèi)分析，得到損傷位置對(duì)應(yīng)的聚類(lèi)中心，通過(guò)計(jì)算測(cè)試樣本模態(tài)頻率變化比到各損傷位置聚類(lèi)中心的隸屬度，可以實(shí)現(xiàn)異形橋梁損傷定位，測(cè)試樣本分析結(jié)果驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性。在損傷位置確定的基礎(chǔ)上，采用均勻荷載面曲率差隸屬度進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷等級(jí)的評(píng)定。通過(guò)測(cè)量局部損傷區(qū)域節(jié)點(diǎn)的振型值，獲取均勻荷載面曲率差值，計(jì)算該指標(biāo)到各損傷等級(jí)的隸屬度。根據(jù)最大隸屬度確定類(lèi)別的原則，實(shí)現(xiàn)損傷等級(jí)判定。單位置損傷程度識(shí)別和多位置損傷識(shí)別結(jié)果表明，該方法在異形橋梁結(jié)構(gòu)損傷程度識(shí)別中是準(zhǔn)確可行的。 4.考慮到異形橋梁損傷識(shí)別過(guò)程中，容易受到諸多參數(shù)的影響，開(kāi)展了損傷程度、傳感器數(shù)量、模態(tài)數(shù)量等影響參數(shù)對(duì)損傷識(shí)別指標(biāo)影響，以及支點(diǎn)附近單元損傷和異形結(jié)構(gòu)橫向損傷的評(píng)價(jià)研究。選取振型差值、模態(tài)曲率值、模態(tài)柔度差和模態(tài)柔度差曲率等指標(biāo)為研究對(duì)象，針對(duì)不同損傷程度工況，對(duì)各類(lèi)損傷識(shí)別指標(biāo)的識(shí)別效果進(jìn)行了分析；針對(duì)傳感器數(shù)量對(duì)損傷識(shí)別效果的影響，分別分析了51、26、14和8個(gè)傳感器數(shù)量下，不同損傷識(shí)別指標(biāo)的識(shí)別效果。分別定義了兩種不同的損傷評(píng)價(jià)理論，用于評(píng)價(jià)兩類(lèi)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的識(shí)別效果。針對(duì)模態(tài)數(shù)量對(duì)損傷識(shí)別效果的影響，選取不同階數(shù)模態(tài)數(shù)據(jù)構(gòu)造識(shí)別指標(biāo)，對(duì)構(gòu)造指標(biāo)的識(shí)別效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)；針對(duì)支點(diǎn)附近單元損傷，確定了模態(tài)柔度差曲率的識(shí)別效果最好。針對(duì)異形橋梁橫向位置損傷識(shí)別，提出了基于振型差值的縱橫向定位策略。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U446;U442.5
【目錄】：

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9 趙紅兵;基于“能量測(cè)試”和優(yōu)化方法的結(jié)構(gòu)單元損傷識(shí)別[D];大連理工大學(xué);2005年

10 吳小平;復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究[D];浙江大學(xué);2005年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王煥利;連續(xù)箱梁橋橫隔梁受力分析與計(jì)算方法研究[D];吉林大學(xué);2011年

2 鄢小虎;基于生物智能的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2010年

3 陳曦;基于PSO算法的結(jié)構(gòu)損傷精細(xì)識(shí)別[D];暨南大學(xué);2011年

4 高振闖;基于歸一化頻率變化比和柔度指標(biāo)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

5 陳建林;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2001年

6 張向東;基于振動(dòng)的損傷檢測(cè)方法的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];太原理工大學(xué);2002年

7 廖旭;大跨度連續(xù)剛構(gòu)典型病害及加固對(duì)策研究[D];西南交通大學(xué);2005年

8 夏樟華;基于靜動(dòng)力的橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型修正[D];福州大學(xué);2006年

9 許肇峰;既有鋼筋混凝土橋梁損傷狀況綜合評(píng)估方法研究[D];西南交通大學(xué);2006年

10 盧彭真;人字形橋梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論與模型實(shí)驗(yàn)研究[D];廣州大學(xué);2006年

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳孝珍,朱宏平,陳傳堯;灰色相關(guān)性分析在結(jié)構(gòu)靜力損傷識(shí)別中的應(yīng)用[J];力學(xué)與實(shí)踐;2005年03期

2 陳昕;損傷識(shí)別理論在橋梁中的應(yīng)用及存在問(wèn)題[J];公路;2005年04期

3 豆征;王欣;;基于離心加權(quán)的桁架早期損傷識(shí)別[J];起重運(yùn)輸機(jī)械;2007年05期

4 宗周紅;牛杰;王浩;;基于模型確認(rèn)的結(jié)構(gòu)概率損傷識(shí)別方法研究進(jìn)展[J];土木工程學(xué)報(bào);2012年08期

5 劉濟(jì)科,湯凱;基于振動(dòng)特性的損傷識(shí)別方法的研究進(jìn)展[J];中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年06期

6 趙立波;;淺談梁的損傷識(shí)別方法[J];山西建筑;2006年10期

7 李學(xué)平;余志武;;一種基于頻率的損傷識(shí)別新方法[J];工業(yè)建筑;2006年S1期

8 胡利平;韓大建;;考慮環(huán)境因素影響的動(dòng)態(tài)法橋梁損傷識(shí)別[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年03期

9 周瀟;劉泉;李軍歌;;基于自回歸移動(dòng)平均模型的梁橋損傷識(shí)別[J];西南公路;2009年01期

10 單德山;李喬;張吉?jiǎng)?;蒙特卡羅法在橋梁損傷識(shí)別中的應(yīng)用[J];重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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2 黃永;李惠;歐進(jìn)萍;;基于分形理論和小波包變換的損傷識(shí)別方法[A];第六屆全國(guó)土木工程研究生學(xué)術(shù)論壇論文集[C];2008年

3 張石磊;陳少峰;王煥定;王偉;;損傷識(shí)別指標(biāo)的模糊層次分析[A];第八屆全國(guó)地震工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（Ⅱ）[C];2010年

4 蔣濟(jì)同;李志強(qiáng);;基于遺傳算法的梁損傷識(shí)別研究[A];第六屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

5 王瓏祺;向志海;周馬生;;基于頻率和振型的測(cè)量點(diǎn)優(yōu)化和損傷識(shí)別方法[A];中國(guó)計(jì)算力學(xué)大會(huì)'2010（CCCM2010）暨第八屆南方計(jì)算力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（SCCM8）論文集[C];2010年

6 鐘軍軍;董聰;夏開(kāi)全;;基于結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的損傷識(shí)別方法研究[A];第17屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅲ冊(cè)）[C];2008年

7 薛祥;霍達(dá);滕海文;李寧波;;應(yīng)用于橋梁損傷識(shí)別的小波空間變換基函數(shù)敏感性探討[A];首屆全國(guó)既有結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)與施工技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

8 唐健;曹宗杰;于洋濤;;結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中損傷識(shí)別的現(xiàn)狀研究[A];低碳經(jīng)濟(jì)與科學(xué)發(fā)展——吉林省第六屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

9 劉效堯;;橋梁損傷識(shí)別的靜態(tài)RBE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[A];中國(guó)公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)2001年橋梁學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2001年

10 趙紅兵;顧元憲;;基于極大極小化模型的損傷識(shí)別方法[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王鑫;地面交通激勵(lì)下古建筑影響及古木結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

2 趙紅兵;基于“能量測(cè)試”和優(yōu)化方法的結(jié)構(gòu)單元損傷識(shí)別[D];大連理工大學(xué);2005年

3 謝峻;基于振動(dòng)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法研究[D];華南理工大學(xué);2003年

4 鮑躍全;結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)壓縮采樣與損傷識(shí)別融合方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

5 張清華;基于概率可靠度的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別理論研究及應(yīng)用[D];西南交通大學(xué);2006年

6 尚鑫;基于動(dòng)力測(cè)試的橋梁損傷識(shí)別研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2014年

7 程良彥;拱結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法及損傷結(jié)果可視化研究[D];暨南大學(xué);2010年

8 施洲;基于動(dòng)力測(cè)試的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別及性能評(píng)定理論與應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2007年

9 孫硯飛;基于光纖光柵傳感的橋梁損傷識(shí)別與評(píng)估系統(tǒng)研究[D];武漢理工大學(xué);2008年

10 聞驥駿;工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的反問(wèn)題研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張佳文;基于振動(dòng)特性的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法研究[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2009年

2 史文海;基于遞推隨機(jī)有限元的隨機(jī)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法[D];武漢理工大學(xué);2005年

3 周瀟;基于自回歸移動(dòng)平均模型的梁橋損傷識(shí)別研究[D];西南交通大學(xué);2008年

4 何源;基于支持向量機(jī)的大跨度斜拉橋靜力損傷識(shí)別研究[D];西南交通大學(xué);2011年

5 張佳程;基于證據(jù)理論的管道損傷識(shí)別研究[D];華東理工大學(xué);2015年

6 劉彥輝;裂紋梁的結(jié)構(gòu)建模與損傷識(shí)別方法研究[D];大連理工大學(xué);2009年

7 姜愛(ài)玲;黃河勝利大橋的損傷識(shí)別研究[D];大連理工大學(xué);2006年

8 孫衛(wèi)泉;基于支持向量機(jī)的梁橋損傷識(shí)別[D];西南交通大學(xué);2008年

9 安志剛;基于動(dòng)力參數(shù)的鐵路橋墩損傷識(shí)別方法研究[D];北京交通大學(xué);2014年

10 潘曉杰;鋼管混凝土模型橋的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析及損傷識(shí)別算法研究[D];汕頭大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：異形橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)與損傷識(shí)別方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：148852