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大型斜拉橋基于健康監(jiān)測(cè)的模型修正、損傷診斷與預(yù)警方法

發(fā)布時(shí)間:2016-09-19 18:32

  本文關(guān)鍵詞:基于時(shí)頻分析的運(yùn)營(yíng)橋梁模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2009年

大型斜拉橋基于健康監(jiān)測(cè)的模型修正、損傷診斷與預(yù)警方法

侯立群  

【摘要】:本文針對(duì)大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中所涉及到的幾項(xiàng)關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究,包括:振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、模態(tài)參數(shù)識(shí)別與頻率的溫度影響分析、有限元建模與模型修正、損傷識(shí)別與診斷以及極端事故預(yù)警。主要研究?jī)?nèi)容如下: 首先,總結(jié)了橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),并針對(duì)具體技術(shù)問(wèn)題給出了解決方案和指導(dǎo)性建議。 其次,提出了綜合利用多個(gè)短時(shí)無(wú)車(chē)時(shí)段中的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別的時(shí)頻分析方法,該方法利用小波分析進(jìn)行頻帶提取,并直接在時(shí)域中識(shí)別模態(tài)參數(shù)。它在一定程度上解決了自由交通荷載下的橋梁模態(tài)參數(shù)識(shí)別問(wèn)題。不過(guò)利用這一方法識(shí)別出的斜拉橋模態(tài)參數(shù)仍包含溫度影響成分,因此本文結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并利用有限元模型,研究了溫度對(duì)濱州斜拉橋?qū)崪y(cè)頻率的影響規(guī)律和內(nèi)在影響機(jī)理,并以此為依據(jù)給出了動(dòng)態(tài)匹配建模法,該方法能去除溫度與頻率的線性相關(guān)成分。 第三,考慮到建立基準(zhǔn)有限元模型是斜拉橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析、損傷識(shí)別、安全評(píng)定及預(yù)警的不可或缺的前提和基礎(chǔ),本文模擬了濱州斜拉橋的懸臂施工和調(diào)索過(guò)程對(duì)其進(jìn)行有限元參數(shù)化建模,并基于實(shí)測(cè)索力和頻率修正了模型的質(zhì)量參數(shù)和剛度參數(shù)。在此過(guò)程中給出了模型索力調(diào)節(jié)算法和提高模型修正計(jì)算效率的實(shí)用方法。 第四,本文以修正后的有限元模型為基礎(chǔ),考慮到噪聲干擾的隨機(jī)性和損傷特征的穩(wěn)定性,提出了斜拉橋橋面損傷定位的三點(diǎn)直線擬合曲率法,該方法具有一定的抗噪聲能力,其基本思想如下:利用結(jié)構(gòu)損傷前后多次識(shí)別得出的模態(tài)振型求得多條曲率差曲線,將這些曲率差曲線中穩(wěn)定為正的位置認(rèn)定為損傷位置,將時(shí)正時(shí)負(fù)的位置認(rèn)定為無(wú)損傷位置。對(duì)上述思想進(jìn)行拓展,本文進(jìn)一步提出了基于癥狀匹配的斜拉橋損傷經(jīng)驗(yàn)診斷系統(tǒng)框架。這個(gè)框架以損傷癥狀數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),以癥狀匹配機(jī)制為核心。在此框架的指導(dǎo)下,本文利用有限元分析建立了濱州斜拉橋的損傷癥狀數(shù)據(jù)庫(kù),給出了癥狀匹配的通用算法框架,并在此基礎(chǔ)上給出了斜拉索損傷診斷的具體算法。由于該診斷系統(tǒng)并非基于嚴(yán)密的邏輯推理,而是基于部分信息的經(jīng)驗(yàn)判斷,因此其對(duì)測(cè)試精度不足和測(cè)試信息不完備具有一定的魯棒性。 最后,本文研究了濱州斜拉橋極端事故的預(yù)警方法。斜拉橋在極端事故發(fā)生之前通常會(huì)先進(jìn)入亞臨界狀態(tài),因此識(shí)別亞臨界狀態(tài)是極端事故預(yù)警的關(guān)鍵。本文基于修正后的濱州斜拉橋有限元模型,詳細(xì)分析了濱州斜拉橋處于五類(lèi)主要的亞臨界狀態(tài)時(shí),其可監(jiān)測(cè)到的力學(xué)指標(biāo)的變化特征,并給出了基于力學(xué)指標(biāo)的變化對(duì)濱州斜拉橋亞臨界狀態(tài)進(jìn)行綜合預(yù)警的方法。

【關(guān)鍵詞】:
【學(xué)位授予單位】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2009
【分類(lèi)號(hào)】:U446.2
【目錄】:

  • 摘要4-6
  • Abstract6-19
  • 第1章 緒論19-38
  • 1.1 課題背景19-21
  • 1.2 橋梁健康監(jiān)測(cè)的意義21-22
  • 1.3 橋梁健康監(jiān)測(cè)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀22-36
  • 1.3.1 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述22-24
  • 1.3.2 橋梁模態(tài)參數(shù)識(shí)別24-27
  • 1.3.3 橋梁有限元建模及模型修正27-29
  • 1.3.4 溫度對(duì)橋梁自振頻率的影響29
  • 1.3.5 橋梁損傷識(shí)別29-36
  • 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容36-38
  • 第2章 大型橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)38-48
  • 2.1 引言38
  • 2.2 大型橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述38-39
  • 2.3 大型橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)39-40
  • 2.3.1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能及監(jiān)測(cè)目標(biāo)39-40
  • 2.3.2 系統(tǒng)組成40
  • 2.4 加速度傳感器子系統(tǒng)40-42
  • 2.4.1 加速度傳感器的選型原則40
  • 2.4.2 加速度傳感器的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)和標(biāo)定40-41
  • 2.4.3 加速度傳感器的數(shù)量確定及測(cè)點(diǎn)布置41
  • 2.4.4 加速度傳感器的安裝方案41-42
  • 2.5 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)42-43
  • 2.6 數(shù)據(jù)在線分析子系統(tǒng)43-45
  • 2.6.1 數(shù)字濾波及重采樣43-44
  • 2.6.2 頻譜分析44-45
  • 2.6.3 頻率識(shí)別45
  • 2.7 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)45-47
  • 2.7.1 數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存45-47
  • 2.7.2 數(shù)據(jù)管理47
  • 2.8 本章小結(jié)47-48
  • 第3章 基于時(shí)頻分析的運(yùn)營(yíng)橋梁模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法48-68
  • 3.1 引言48
  • 3.2 基于白噪聲激勵(lì)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法48-58
  • 3.2.1 NExT 法48-50
  • 3.2.2 ERA 法50-53
  • 3.2.3 具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程53-54
  • 3.2.4 識(shí)別虛假模態(tài)的方法54
  • 3.2.5 濱州黃河公路大橋模態(tài)參數(shù)識(shí)別仿真分析54-57
  • 3.2.6 基于白噪聲激勵(lì)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法的局限性57-58
  • 3.3 基于小波分析的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法58-67
  • 3.3.1 運(yùn)營(yíng)橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)頻分析58-59
  • 3.3.2 基于小波分析的頻帶提取方法59-61
  • 3.3.3 單模態(tài)頻帶范圍的確定61-62
  • 3.3.4 單模態(tài)頻帶的提取62
  • 3.3.5 單模態(tài)穩(wěn)態(tài)可靠數(shù)據(jù)的選取62-63
  • 3.3.6 單模態(tài)數(shù)據(jù)的頻率識(shí)別方法63-64
  • 3.3.7 單模態(tài)數(shù)據(jù)的振型識(shí)別方法64
  • 3.3.8 模態(tài)識(shí)別結(jié)果的綜合后處理方法64-66
  • 3.3.9 濱州斜拉橋模態(tài)識(shí)別的結(jié)果評(píng)價(jià)66-67
  • 3.4 本章小結(jié)67-68
  • 第4章 斜拉橋模態(tài)參數(shù)的溫度影響分析68-82
  • 4.1 引言68
  • 4.2 斜拉橋?qū)崪y(cè)頻率與環(huán)境溫度的關(guān)系68-75
  • 4.2.1 一天內(nèi)的溫度變化對(duì)斜拉橋頻率的影響68-69
  • 4.2.2 季節(jié)溫度變化對(duì)斜拉橋頻率的影響69-75
  • 4.3 斜拉橋自振頻率的溫度影響機(jī)理75-79
  • 4.3.1 溫度—彈性模量—頻率75-76
  • 4.3.2 溫度—橋型和內(nèi)力—頻率76-78
  • 4.3.3 基于有限元分析的溫度影響機(jī)理78-79
  • 4.4 去除溫度與頻率的線性相關(guān)成分79-80
  • 4.5 本章小結(jié)80-82
  • 第5章 斜拉橋參數(shù)化建模與模型修正82-98
  • 5.1 引言82-83
  • 5.2 濱州黃河公路大橋初始有限元建模83-85
  • 5.2.1 濱州黃河公路大橋簡(jiǎn)介83
  • 5.2.2 單元選擇和關(guān)鍵部件的建模方法83-84
  • 5.2.3 考慮施工順序的建模方法84-85
  • 5.3 初始平衡構(gòu)型的確定85-92
  • 5.3.1 斜拉橋以理想平衡構(gòu)型為目標(biāo)的調(diào)索方法86-90
  • 5.3.2 基于實(shí)測(cè)索力的橋面系質(zhì)量參數(shù)的修正90
  • 5.3.3 斜拉橋模型的初始平衡構(gòu)型的確定90-92
  • 5.4 基于實(shí)測(cè)頻率的模型剛度參數(shù)的修正方法92-97
  • 5.4.1 原始頻率函數(shù)的逼近函數(shù)92-94
  • 5.4.2 考慮初始內(nèi)力狀態(tài)的模態(tài)分析94
  • 5.4.3 基于遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化算法94-95
  • 5.4.4 模型參數(shù)的修正過(guò)程95-97
  • 5.5 本章小結(jié)97-98
  • 第6章 噪聲干擾下斜拉橋損傷定位的三點(diǎn)直線擬合曲率法98-111
  • 6.1 引言98
  • 6.2 噪聲干擾與結(jié)構(gòu)損傷在信號(hào)特征上的差異98-99
  • 6.3 斜拉橋損傷定位的三點(diǎn)直線擬合曲率法99-101
  • 6.3.1 噪聲隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)損傷特征的穩(wěn)定性99
  • 6.3.2 結(jié)構(gòu)振型的三點(diǎn)直線擬合曲率的求解方法99-100
  • 6.3.3 結(jié)構(gòu)損傷定位的三點(diǎn)直線擬合曲率法100-101
  • 6.4 斜拉橋損傷定位三點(diǎn)直線擬合曲率法的算法流程101-102
  • 6.4.1 基本說(shuō)明101
  • 6.4.2 總體算法101
  • 6.4.3 算法1101-102
  • 6.4.4 算法2102
  • 6.5 濱州斜拉橋損傷定位的仿真分析102-109
  • 6.5.1 基本說(shuō)明102-103
  • 6.5.2 損傷1 的識(shí)別103-104
  • 6.5.3 損傷2 的識(shí)別104-105
  • 6.5.4 損傷3 的識(shí)別105
  • 6.5.5 損傷4 的識(shí)別105-106
  • 6.5.6 損傷5 的識(shí)別106-108
  • 6.5.7 多損傷的識(shí)別108-109
  • 6.6 應(yīng)用中需注意的幾個(gè)問(wèn)題109-110
  • 6.7 本章小結(jié)110-111
  • 第7章 基于癥狀匹配的斜拉橋損傷經(jīng)驗(yàn)診斷系統(tǒng)111-126
  • 7.1 引言111-112
  • 7.2 基于癥狀匹配的斜拉橋損傷經(jīng)驗(yàn)診斷方法112-115
  • 7.2.1 確定性的判斷和經(jīng)驗(yàn)性的判斷112
  • 7.2.2 斜拉橋的力學(xué)癥狀112-113
  • 7.2.3 結(jié)構(gòu)癥狀學(xué)與結(jié)構(gòu)診斷學(xué)113
  • 7.2.4 損傷癥狀數(shù)據(jù)庫(kù)113
  • 7.2.5 癥狀匹配113-114
  • 7.2.6 及格原則與滿分原則114
  • 7.2.7 權(quán)威原則114
  • 7.2.8 損傷診斷策略114-115
  • 7.3 濱州斜拉橋損傷癥狀數(shù)據(jù)庫(kù)的建立115-119
  • 7.3.1 損傷癥狀數(shù)據(jù)庫(kù)的整體框架115-116
  • 7.3.2 斜拉索損傷癥狀數(shù)據(jù)庫(kù)116-117
  • 7.3.3 橋面系損傷癥狀數(shù)據(jù)庫(kù)117-119
  • 7.4 癥狀匹配與綜合診斷119-122
  • 7.4.1 癥狀匹配的算法框架120-121
  • 7.4.2 綜合診斷算法框架121-122
  • 7.5 斜拉索損傷經(jīng)驗(yàn)診斷算法122-125
  • 7.5.1 算法描述122-124
  • 7.5.2 算法分析124-125
  • 7.6 本章小結(jié)125-126
  • 第8章 斜拉橋亞臨界狀態(tài)的識(shí)別與極端事故預(yù)警126-148
  • 8.1 引言126
  • 8.2 斜拉橋的亞臨界狀態(tài)126-128
  • 8.2.1 斜拉橋亞臨界狀態(tài)的定義126
  • 8.2.2 斜拉橋亞臨界狀態(tài)的分類(lèi)126-128
  • 8.3 斜拉橋亞臨界狀態(tài)的分析方法128-131
  • 8.3.1 有限元模型的應(yīng)用128-129
  • 8.3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析方法129-131
  • 8.4 濱州斜拉橋第一類(lèi)亞臨界狀態(tài)的識(shí)別及預(yù)警131-134
  • 8.4.1 索力不平衡時(shí)的橋塔狀態(tài)分析131-132
  • 8.4.2 重車(chē)偏載時(shí)的橋塔狀態(tài)分析132
  • 8.4.3 強(qiáng)風(fēng)作用時(shí)的橋塔狀態(tài)分析132-134
  • 8.4.4 綜合預(yù)警134
  • 8.5 濱州斜拉橋第二類(lèi)亞臨界狀態(tài)的識(shí)別及預(yù)警134-140
  • 8.5.1 索力分析134-135
  • 8.5.2 橋面系頻率分析135-137
  • 8.5.3 主梁應(yīng)變分析137-139
  • 8.5.4 特征點(diǎn)位移分析139-140
  • 8.5.5 綜合預(yù)警140
  • 8.6 濱州斜拉橋第三類(lèi)亞臨界狀態(tài)的識(shí)別及預(yù)警140-143
  • 8.6.1 橋面系頻率分析140-141
  • 8.6.2 主梁應(yīng)變分析141-142
  • 8.6.3 主梁位移分析142
  • 8.6.4 綜合預(yù)警142-143
  • 8.7 濱州斜拉橋第四類(lèi)亞臨界狀態(tài)的識(shí)別及預(yù)警143-145
  • 8.7.1 主梁應(yīng)變分析143-144
  • 8.7.2 綜合預(yù)警144-145
  • 8.8 濱州斜拉橋第五類(lèi)亞臨界狀態(tài)的識(shí)別及預(yù)警145-147
  • 8.8.1 橋塔基礎(chǔ)沉降145-146
  • 8.8.2 邊塔豎向支撐失效146
  • 8.8.3 綜合預(yù)警146-147
  • 8.9 本章小結(jié)147-148
  • 結(jié)論148-150
  • 參考文獻(xiàn)150-163
  • 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果163-165
  • 致謝165-167
  • 個(gè)人簡(jiǎn)歷167
  • 下載全文 更多同類(lèi)文獻(xiàn)

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    【引證文獻(xiàn)】

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    7 陶奇;廖海黎;李明水;劉明;;蘇通長(zhǎng)江公路大橋最大單懸臂施工狀態(tài)結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別[J];四川建筑科學(xué)研究;2009年05期

    8 張育智;何偉;李喬;單德山;;用于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入選取規(guī)則探究[J];四川建筑科學(xué)研究;2010年01期

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    【同被引文獻(xiàn)】

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    7 張昊;陶然;李志勇;杜華;;基于自適應(yīng)模擬退火遺傳算法的特征選擇方法[J];兵工學(xué)報(bào);2009年01期

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    【二級(jí)引證文獻(xiàn)】

    中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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    【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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    6 楊英杰,虞和濟(jì);結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào);1994年02期

    7 樊治平,張全;不確定性多屬性決策的一種線性規(guī)劃方法[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào);1998年04期

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    9 李國(guó)強(qiáng),郝坤超,陸燁;彎剪型懸臂結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的柔度法[J];地震工程與工程振動(dòng);1999年01期

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    【相似文獻(xiàn)】

    中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

    1 黃先平;;斜拉橋拉索-阻尼器系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力建模[J];湖南交通科技;2006年02期

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    7 朱勁松;肖汝誠(chéng);何立志;;大跨度斜拉橋拉索安全評(píng)估的概率方法(英文)[J];Journal of Southeast University;2007年01期

    8 譚長(zhǎng)建;祝兵;;大跨度斜拉橋索與橋面耦合振動(dòng)分析[J];西南交通大學(xué)學(xué)報(bào);2007年06期

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    8 顧明;;斜拉橋拉索風(fēng)雨激振的實(shí)驗(yàn)和理論研究[A];第九屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

    9 江濤;陳燊;;帶固定水線拉索繞流的數(shù)值模擬[A];第十三屆全國(guó)結(jié)構(gòu)風(fēng)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(下冊(cè))[C];2007年

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

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    2 蔡?hào)|平;基于無(wú)線傳感器的斜拉橋模型固有振動(dòng)耦合分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

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      本文關(guān)鍵詞:基于時(shí)頻分析的運(yùn)營(yíng)橋梁模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



    本文編號(hào):118355

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