船橋碰撞事故會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)受損從而嚴(yán)重威脅橋梁安全。船橋碰撞研究主要集中在船橋碰撞預(yù)防研究和船橋碰撞防撞裝置研究,船橋碰撞荷載與橋體損傷識(shí)別的研究較少。開展船橋碰撞荷載與損傷識(shí)別研究可在碰撞發(fā)生后及時(shí)判定結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài),為橋梁災(zāi)后的快速評(píng)估提供依據(jù)。本文依托國家自然科學(xué)基金“基于子結(jié)構(gòu)的非線性有限元模型修正與損傷識(shí)別”,以深茂鐵路潭江特大橋?yàn)檠芯繉?duì)象,提出了基于靈敏度分析的非線性結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別方法;推導(dǎo)了移動(dòng)荷載作用下的有限元模型修正方法,并結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)深茂鐵路潭江特大橋進(jìn)行有限元模型修正;以修正后的橋梁有限元模型為對(duì)象,同步識(shí)別了船橋碰撞荷載與橋體損傷;為提高計(jì)算效率研究了基于子結(jié)構(gòu)的船橋碰撞荷載與損傷同步識(shí)別方法。本文主要從以下四個(gè)方面展開:1.研究了基于靈敏度分析的非線性結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別方法。推導(dǎo)非線性結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程,使用荷載正交項(xiàng)系數(shù)離散荷載,使用結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)離散結(jié)構(gòu)剛度,然后分別計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)對(duì)荷載正交項(xiàng)系數(shù)和結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)的動(dòng)力響應(yīng)靈敏度,最后利用基于靈敏度的優(yōu)化迭代方法,得到最優(yōu)的荷載正交項(xiàng)系數(shù)與結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)。2.研究了移動(dòng)荷載作用下的有限元模型修正方法。推導(dǎo)移動(dòng)列車荷載作用下的橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程,建立移動(dòng)荷載的契比雪夫參數(shù)化表達(dá)和結(jié)構(gòu)剛度的參數(shù)化表達(dá),利用基于靈敏度分析的非線性結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別方法求解動(dòng)力響應(yīng)對(duì)契比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)和結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)的動(dòng)力響應(yīng)靈敏度以提供優(yōu)化搜索方向,完成移動(dòng)荷載作用下的橋梁有限元模型修正。3.研究了船橋碰撞荷載與損傷同步識(shí)別方法。推導(dǎo)利用荷載正交項(xiàng)系數(shù)與結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)進(jìn)行參數(shù)化表達(dá)的運(yùn)動(dòng)方程,利用基于靈敏度分析的非線性結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別方法計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)對(duì)碰撞荷載正交項(xiàng)系數(shù)與結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)的靈敏度,最終同步識(shí)別碰撞荷載與橋體損傷。建立ANSYS模型模擬船橋碰撞過程,獲得碰撞荷載與損傷情況,利用船橋碰撞荷載與損傷同步識(shí)別方法識(shí)別碰撞荷載與結(jié)構(gòu)損傷,將計(jì)算結(jié)果與ANSYS荷載與損傷情況進(jìn)行對(duì)比,證明了該方法的正確性。4.研究了基于子結(jié)構(gòu)的船橋碰撞荷載與損傷同步識(shí)別方法。推導(dǎo)基于加速度均方根的船橋碰撞能量指標(biāo)以判定船撞橋事故是否發(fā)生并定位船橋碰撞位置,將碰撞位置附近區(qū)域分割為一個(gè)獨(dú)立子結(jié)構(gòu)單獨(dú)進(jìn)行分析,推導(dǎo)使用荷載正交項(xiàng)系數(shù)和結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)表示的子結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程,推導(dǎo)子結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)對(duì)荷載正交項(xiàng)系數(shù)和結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)的靈敏度矩陣以指引待識(shí)別系數(shù)的變化方向,最終同步識(shí)別碰撞荷載與子結(jié)構(gòu)損傷。對(duì)比基于子結(jié)構(gòu)的船橋碰撞荷載與損傷同步識(shí)別方法識(shí)別出的荷載與損傷與ANSYS模型的荷載與損傷,驗(yàn)證了基于子結(jié)構(gòu)的船橋碰撞荷載與損傷同步識(shí)別方法的正確性。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U443.26
【部分圖文】：

1(c) 粵贛高速立交匝道橋坍塌事故 (d) 浙江寧波金塘大橋船橋碰撞事故圖 1-1 船橋碰撞事故避免船橋碰撞、減少船橋碰撞損失、快速識(shí)別船橋碰撞并進(jìn)行損傷識(shí)別已科研工作者迫切需要解決的問題[1]。關(guān)于船橋碰撞的研究按照目的分類可以分

圖 2-2 簡化后的折線形應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系01 時(shí)，應(yīng)力為：1 E 和 0.002 之間時(shí)：2 E 和 0.0035 之間時(shí)：c f后的折線形應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的簡支梁模型，如個(gè)單元，每個(gè)單元長度為 1 m。結(jié)構(gòu)密度ρ=25.25×1010N/m2，E2=1.25×1010N/m2，泊松比μ=載 F=10000×(sin(6t)+0.5×sin(0.5t)+0.25×sin(0的損傷。

圖 2-2 簡化后的折線形應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系小于 0.001 時(shí)，應(yīng)力為：1 E 在 0.001 和 0.002 之間時(shí)：2 E 在 0.002 和 0.0035 之間時(shí)：c f基于簡化后的折線形應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的簡支梁模型，如圖 2-3 所節(jié)點(diǎn)，2 個(gè)單元，每個(gè)單元長度為 1 m。結(jié)構(gòu)密度ρ=2500kg/m3, 5m2，E1=3.25×1010N/m2，E2=1.25×1010N/m2，泊松比μ=0.3，在節(jié)個(gè)簡諧荷載 F=10000×(sin(6t)+0.5×sin(0.5t)+0.25×sin(0.25t)) N，發(fā)生 20%的損傷。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2820165