土木工程結(jié)構健康監(jiān)測技術評價在結(jié)構安全評價以及可靠度評估等方面起著極其重要的作用,結(jié)構損傷識別作為結(jié)構健康監(jiān)測的主要內(nèi)容,一直是研究熱點與前沿。傳統(tǒng)損傷識別方法在超長線狀結(jié)構損傷識別過程中存在傳感器需求量過大、輸入信息無法準確獲得、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,研究移動荷載下超長線狀結(jié)構損傷識別非常必要,迫切需要為超長線狀結(jié)構的損傷識別提供一種新的技術支持與途徑。論文基于國家重點基礎研究發(fā)展計劃973課題“動態(tài)時空環(huán)境效應下的地下結(jié)構健康診斷與服役性能預知理論”(2011CB013800)和國家自然科學基金項目“基于分布式識別策略的超長線狀盾構隧道惟響應損傷定位方法研究”(No.51578261),在已有研究工作的基礎上,以信息論和小波理論為基礎,通過理論分析推導、數(shù)值仿真模擬、試驗驗證以及工程實踐運用,對超長線狀結(jié)構的損傷識別和傳感器優(yōu)化布置進行了系統(tǒng)深入的分析和研究,主要開展了如下五個方面的研究內(nèi)容:(1)研究了基于加速度頻響函數(shù)的超長線狀結(jié)構模型修正方法。利用移動荷載作用下實測加速度頻響函數(shù)對結(jié)構模型進行修正,使修正后的結(jié)構有限元模型的加速度頻響函數(shù)盡可能與實際結(jié)構相應一致。通過移動荷載下縮尺土箱-鋁管模型結(jié)構的實測加速度頻響函數(shù),對土體-超長線狀結(jié)構的有限元模型進行修正,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標準差,驗證了所提出方法的先進性與精確性,也為后續(xù)結(jié)構的損傷識別分析提供可靠的分析保證。(2)研究了移動荷載作用下超長線狀結(jié)構損傷識別定位�；谛〔ɡ碚摵托〔堄嗔�,利用重新構建的改進小波殘余力指標進行移動荷載作用下超長線狀結(jié)構損傷識別定位。通過移動荷載下土體-隧道結(jié)構的數(shù)值算例,分析了結(jié)構損傷識別結(jié)果,并比較了不同測點及不同測量噪音情況下超長線狀結(jié)構損傷識別結(jié)果。同時,進行了移動荷載作用下土箱中縮尺鋁管模型試驗,二者結(jié)果基本吻合,驗證了該算法的正確性。(3)綜合分析了不同移動荷載對超長線狀結(jié)構損傷識別的影響。結(jié)果表明,移動荷載大小對結(jié)構損傷識別影響不大,當移動荷載變化200%時,仍然能夠?qū)p傷進行準確定位;同時,不論是勻速荷載作用下還是變速荷載作用下,結(jié)構預先設置損傷處的損傷指標發(fā)生突變,均可有效地識別損傷的發(fā)生。(4)研究了移動荷載作用下超長線狀結(jié)構損傷定量方法。在移動荷載作用下超長線狀結(jié)構損傷定位的基礎上,利用Lipschitz指數(shù)?將損傷程度與損傷指標大小進行量化分析,確定損傷指標與損傷程度的關系。移動荷載下土體-隧道結(jié)構的數(shù)值算例獲得的損傷識別結(jié)果與實際損傷設置非常接近,識別結(jié)構剛度誤差在5%范圍內(nèi),同時,進行了移動荷載作用下土箱中超長線狀縮尺鋁管模型試驗,驗證了該算法的正確性,為超長線狀結(jié)構的損傷識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)構傳感器優(yōu)化布置方法。基于信息論中的互信息理論,將超長線狀結(jié)構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,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,增加計算效率,為超長線狀損傷識別前的傳感器優(yōu)化布置研究提供新的思路。通過移動荷載下土體-隧道結(jié)構的數(shù)值算例,分析了不同傳感器布置方式對超長線狀結(jié)構損傷識別結(jié)果的影響,綜合判別效率及經(jīng)濟等因素,選擇最優(yōu)傳感器布置方案。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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 是由有限元模型計算而得的，是一個已I來計算，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 。模型與試驗實測模型的剛度偏差，誤差要求為 0.1%為 5 組，每組的數(shù)目是 4 個。在步長默認為 1 的情響應函數(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 移動荷載設置本試驗中，以 6 個車廂的小車來模擬超長線狀結(jié)構中的移動列車荷載，每個車距為 100 mm，移動荷載采用動力牽引小車裝置，牽引裝置能提供穩(wěn)定的動力提供牽引列車在縮尺隧道模型中行駛的負荷，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，每個工況均測試次。圖 2-4 為移動荷載模型及牽引裝置示意圖。

a) 用螺栓對法蘭進行緊固 (b) 加速度傳感圖 2-3 土箱-鋁管模型示意圖設置以 6 個車廂的小車來模擬超長線狀結(jié)構中的移動列m，移動荷載采用動力牽引小車裝置，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，移動荷載模型及牽引裝置示意圖。傳
【參考文獻】

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本文編號：2861208