【摘要】：我國中、小跨徑混凝土簡支梁橋量大面廣,是我國公路運(yùn)輸?shù)闹髁蛐椭�。在初始缺陷、車輛荷載長期交變和突發(fā)事件過載的共同作用下,混凝土簡支梁橋易出現(xiàn)開裂病害,影響結(jié)構(gòu)的耐久性,并降低其承載能力。由于該類橋梁結(jié)構(gòu)形式簡單、數(shù)量眾多,建立功能齊全的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的可行性與經(jīng)濟(jì)性均較低。因此,在運(yùn)營荷載作用下,如何簡單、高效地實現(xiàn)裂縫的損傷識別是解決該類橋梁安全服役的核心問題。本文基于車橋耦合振動原理和呼吸裂縫剛度時變模型特點,以MATLAB為平臺編制有限元程序,采用改進(jìn)的HHT變換對動力響應(yīng)信號進(jìn)行時頻分析,提出以能量為指標(biāo)的裂縫損傷識別方法,采用一個傳感器即可實現(xiàn)損傷狀態(tài)、裂縫位置及程度的識別,為混凝土簡支梁橋裂縫的識別提供了方法支撐。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)編制了含呼吸裂縫模型的車橋耦合振動有限元程序。采用四自由度半車模型和歐拉梁模型,通過車橋耦合系統(tǒng)振動原理將車輛與橋梁耦合,并在橋梁單元中融入呼吸裂縫模型。從基于曲率比和正弦函數(shù)的呼吸裂縫模型出發(fā),推導(dǎo)了呼吸裂縫非線性剛度的一般表達(dá)式,對比了以上兩種呼吸裂縫模型的計算流程、模擬效果,并選取精度較好的正弦函數(shù)呼吸裂縫模型進(jìn)行車輛過橋過程中裂縫的模擬。(2)改進(jìn)了HHT變換中的模態(tài)混疊和噪聲殘留問題。采用互補(bǔ)集合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(CEEMD)改進(jìn)傳統(tǒng)經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)的模態(tài)混疊問題,并分析添加成對白噪音信號的幅值、次數(shù)對模態(tài)混疊、噪音殘留問題的影響。分析結(jié)果表明,添加0.1倍白噪音、集成平均100次可同時較好解決模態(tài)混疊和噪聲殘留問題。(3)建立了運(yùn)營狀態(tài)下混凝土簡支梁橋裂縫非線性損傷識別方法。采用CEEMD分析方法,結(jié)合相關(guān)度計算選取對損傷較為敏感的本征模態(tài)分量,采用HT變換計算車輛過橋的能量時程,然后通過損傷峰值的時間及幅值識別裂縫的位置和程度,從而構(gòu)建了裂縫的非線性損傷識別方法。數(shù)值模擬算例表明,所提方法能準(zhǔn)確識別裂縫的部位和損傷程度。(4)分析了簡支梁裂縫非線性損傷識別方法在不同參數(shù)下的適用性。通過在模擬信號中添加白噪聲模擬測試噪聲,結(jié)果表明在5%的噪音下,結(jié)合小波閾值降噪方法可以實現(xiàn)裂縫位置的精細(xì)定位。對車輛參數(shù)對所提方法的影響進(jìn)行了算例討論,結(jié)果表明車重及車輛類型對所提方法沒有影響,車速對損傷定位影響較小,對損傷程度識別影響較大,所提方法適用于低速運(yùn)營條件。通過設(shè)置不同的多裂縫工況,表明所提方法可對多條裂縫實現(xiàn)精細(xì)定位。通過改變混凝土彈性模量模擬溫度變化,表明溫度對所提方法識別效果沒有影響。
【圖文】：

交變和突發(fā)事件過載的共同作用下，橋梁結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)各種損傷。隨著損傷的不斷積累和發(fā)展，將會降低結(jié)構(gòu)承載力和耐久性，更嚴(yán)重者發(fā)生坍塌事故，，給國民經(jīng)濟(jì)和人身安全造成巨大損失和傷害。2011 年 7 月 14 日，福建武夷山公館大橋坍塌，造成 1 人死亡，22 人受傷；2012 年 8 月 24 日，哈爾濱陽明灘大橋運(yùn)營不足一年便發(fā)生垮塌，造成 3 人死亡 5 人受傷。因此，在橋梁設(shè)計及建設(shè)單位提高責(zé)任感的同時，建立長期的健康監(jiān)測系統(tǒng)，對運(yùn)營條件下的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時的損傷監(jiān)控與安全評估極為重要。近三十年來，學(xué)術(shù)界及工程界共同推動了大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)從學(xué)術(shù)科研階段走向了工程應(yīng)用實踐，然現(xiàn)今監(jiān)測系統(tǒng)及技術(shù)手段多關(guān)注大型復(fù)雜橋梁，我國建立監(jiān)測系統(tǒng)的大型橋梁已超過 200 余座，涵蓋斜拉橋、懸索橋、連續(xù)剛構(gòu)橋等多種類型。截至 2015 年，我國中小跨徑橋梁占比已超過 90%，其中混凝土梁式橋梁數(shù)量占絕對優(yōu)勢�；炷亮菏綐蛄河捎诨炷敛牧献陨聿豢杀苊獾睾谐跏嘉⒘鸭y、施工現(xiàn)場質(zhì)量相對鋼結(jié)構(gòu)更難控制以及超載、超流量現(xiàn)象較為普遍等因素，為數(shù)不少的混凝土梁式橋梁已出現(xiàn)病害。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U446

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2606646