發(fā)布時(shí)間：2020-07-18 01:01

【摘要】：橋梁結(jié)構(gòu)壽命周期內(nèi)面臨設(shè)計(jì)不足、施工缺陷、車(chē)輛超量、超載以及地震、沖擊、腐蝕等諸多因素對(duì)性能削弱的影響,由此不可避免地積累損傷,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理結(jié)構(gòu)損傷對(duì)于延長(zhǎng)橋梁使用壽命、保障人民生命和財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。目前常用的基于模態(tài)及其衍生指標(biāo)的橋梁損傷識(shí)別方法主要采用單點(diǎn)激勵(lì)、多點(diǎn)輸出的方式來(lái)增加有用信息以滿足損傷識(shí)別的需求。為解決信息不完備問(wèn)題,另一思路是多點(diǎn)激勵(lì)、單點(diǎn)輸出的方式,即通過(guò)移動(dòng)荷載下關(guān)鍵截面響應(yīng)來(lái)反映結(jié)構(gòu)整體受力性能并揭示某些局部突變現(xiàn)象。對(duì)承受移動(dòng)荷載的橋梁而言,此類方法比多布測(cè)點(diǎn)更經(jīng)濟(jì)可行,且便于實(shí)際應(yīng)用。因此,本文系統(tǒng)地研究了“基于位移影響線的橋梁損傷識(shí)別及傳感器優(yōu)化布置”這一問(wèn)題,主要對(duì)基于車(chē)輛移動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的位移影響線識(shí)別、基于位移影響線的損傷定位與定量以及基于位移影響線損傷靈敏度分析的傳感器優(yōu)化布置等三方面展開(kāi)研究。本文提出一種基于三次B樣條曲線的位移影響線Tikhonov正則化方法,該方法將結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)、車(chē)速及軸距、軸重等信息作為輸入,以三次B樣條曲線約束待識(shí)別位移影響線。此后通過(guò)某四跨連續(xù)梁橋模型及室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明所識(shí)別出的位移影響線與基準(zhǔn)影響線吻合較好,且很好地滿足了其光滑性的要求。系統(tǒng)地總結(jié)了四類基于位移影響線的損傷定位指標(biāo),針對(duì)這四類指標(biāo)對(duì)小損傷不敏感的問(wèn)題,提出一種基于位移影響線小波分析的損傷定位方法,并將影響線擴(kuò)展到影響面,通過(guò)二維小波變換實(shí)現(xiàn)彈性薄板的損傷定位。數(shù)值算例結(jié)果表明,該方法能在不依賴結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的基準(zhǔn)位移影響線條件下對(duì)于小損傷具有較好的定位效果。針對(duì)損傷程度量化問(wèn)題,建立關(guān)于剛度改變矩陣、損傷系數(shù)矩陣與影響線變化向量之間的超靜定矩陣方程,通過(guò)約束損傷系數(shù)范圍對(duì)矩陣方程求解得出各單元損傷系數(shù)以實(shí)現(xiàn)基于位移影響線的損傷程度量化。通過(guò)簡(jiǎn)支梁、三跨連續(xù)梁模型以及試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)方法有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,并分析了多損傷、測(cè)點(diǎn)位置及數(shù)量、噪聲等因素對(duì)損傷程度量化結(jié)果的影響。針對(duì)單一傳感器檢測(cè)損傷范圍有限的問(wèn)題,提出一種面向位移影響線損傷識(shí)別的傳感器優(yōu)化布置方法,該方法用損傷靈敏度矩陣構(gòu)造出Fisher信息陣來(lái)計(jì)算各測(cè)點(diǎn)對(duì)損傷識(shí)別的貢獻(xiàn),并引入距離系數(shù)修正Fisher信息陣來(lái)解決測(cè)點(diǎn)間信息冗余問(wèn)題。算例結(jié)果表明基于距離系數(shù)-影響線損傷敏感性的傳感器布置方法優(yōu)化后的傳感器布置比距離系數(shù)修正前更分散,且均布置于對(duì)損傷識(shí)別貢獻(xiàn)度較大節(jié)點(diǎn)處,其對(duì)應(yīng)的損傷識(shí)別總體相對(duì)誤差也明顯更低。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U446
【圖文】：

該有限元模型共劃分為 75257 個(gè)單元，114868 個(gè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)離散圖如圖2-5 所示。a) 橋梁幾何模型 b) 體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋布置c) 橋梁網(wǎng)格劃分 d) 體外預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖 2-5 橋梁上部承重結(jié)構(gòu)有限元模型DX DXZX ZXGXGXDXDXZXZX1 2 3 4 56754250 6500 6500 4250

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文試驗(yàn)箱型截面鋁梁劃分為加速區(qū)、勻速區(qū)、減速區(qū)等三個(gè)部分，其中加速區(qū)跟減速區(qū)段分別用于試驗(yàn)小車(chē)加速、減速以保證小車(chē)勻速通過(guò)主梁。移動(dòng)荷載通過(guò)配有調(diào)速器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的試驗(yàn)小車(chē)施加，雙軸小車(chē)荷載大小通過(guò)添加額外砝碼來(lái)改變，其前后軸重通過(guò)電子秤提前測(cè)得，小車(chē)軸距為 0.20m。車(chē)輛荷載作用下試驗(yàn)梁的時(shí)程加速度及位移響應(yīng)分別通過(guò)布置于梁勻速區(qū) 1/4 跨及 1/2 跨處的加速度計(jì)及激光位移傳感器采集，并通過(guò) DH5929 數(shù)據(jù)采集儀儲(chǔ)存。模型車(chē)

a) 損傷系數(shù) α12=0.05 b) 損傷系數(shù) α12=0.1圖 3-11 小波系數(shù)灰度圖為了進(jìn)一步了解損傷位置變化對(duì)識(shí)別效果的影響，分別對(duì)有限元模型的 4、8、12、16、20、23 和 27 號(hào)單元設(shè)置 α=0.05 的損傷。重復(fù)前文所述流程，可得如圖3-12 所示識(shí)別結(jié)果。圖 3-12（a-g）說(shuō)明了所有損傷位置均可被識(shí)別，此外，由錐形條紋的變化趨勢(shì)可知當(dāng)損傷位置越接近于傳感器布置位置時(shí)錐形條紋更加明顯，同時(shí)，4、27 號(hào)等支座附近單元損傷難以直觀地判斷。但考慮到信號(hào)奇異程度受噪聲水平、損傷程度、測(cè)點(diǎn)與損傷位置間距離等多因素影響，因而難以對(duì)具體有效距離進(jìn)行量化。由此可知，當(dāng)待識(shí)別的橋梁跨徑較大時(shí)，需要增加傳感器數(shù)量以便更加準(zhǔn)確、清晰地識(shí)別損傷位置。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2760174