本文關(guān)鍵詞：基于沖擊振動測試的橋梁快速安全評估

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【摘要】：橋梁是交通工程的樞紐,關(guān)系到社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。但橋梁在長期的使用過程中難免發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷,產(chǎn)生損傷的原因主要有環(huán)境腐蝕,地震、臺風(fēng)等極端自然災(zāi)害,使用、維護(hù)不當(dāng)?shù)热藶橐蛩�。這些因素造成橋梁結(jié)構(gòu)抗力衰減和安全隱患。橋梁檢測和健康監(jiān)測技術(shù)是目前進(jìn)行橋梁維護(hù)和安全評價的主要手段,但定期檢測方法主要以人工為主,費(fèi)力費(fèi)時；結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)費(fèi)用昂貴且系統(tǒng)復(fù)雜,還無法廣泛應(yīng)用于維護(hù)費(fèi)用極其有限的廣大中小橋梁的安全評估,因此開發(fā)方便快捷并且結(jié)果可靠的橋梁快速測試技術(shù),是實(shí)現(xiàn)國家公路網(wǎng)上廣大中小橋梁安全評價的重要手段。本文主要研究了基于沖擊振動測試的橋梁快速安全評估方法,論文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)提出了橋梁快速測試與評估系統(tǒng)。首先從理論上進(jìn)行推導(dǎo)沖擊振動與環(huán)境振動數(shù)據(jù)包含結(jié)構(gòu)信息的本質(zhì)不同,即由沖擊振動測試數(shù)據(jù)所計算的結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)為真實(shí)的頻響函數(shù),其頻響函數(shù)幅值和理論值保持一致；而環(huán)境振動所估算的頻響函數(shù)為縮放過的值,從而證明利用沖擊振動進(jìn)行結(jié)構(gòu)識別時具有根本優(yōu)勢。其次介紹了橋梁快速測試系統(tǒng)硬件開發(fā),主要包括新型沖擊荷載產(chǎn)生裝置和傳感器自動化安裝裝置。沖擊荷載產(chǎn)生裝置利用重錘式自由落體產(chǎn)生沖擊力,它能夠提供大幅值、寬頻域、高質(zhì)量的沖擊振動數(shù)據(jù)。傳感器自動化1安裝裝置在車輛行駛過程中可實(shí)現(xiàn)傳感器的自動化安裝與拆卸,大幅度減少測試時間,兩者均服務(wù)于橋梁快速測試與評估系統(tǒng)。最后建立了基于沖擊振動的橋梁快速測試系統(tǒng)框架。該橋梁快速測試系統(tǒng)方便快捷,同時又建立在結(jié)構(gòu)深層次參數(shù)識別的深厚理論基礎(chǔ)之上,能夠可靠地實(shí)現(xiàn)所測橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)識別與承載能力評估。(2)研究了基于沖擊振動的位移柔度識別理論。結(jié)構(gòu)柔度矩陣作為剛度矩陣的逆矩陣,是結(jié)構(gòu)的重要參數(shù),與結(jié)構(gòu)損傷識別和結(jié)構(gòu)承載能力評估有著密切聯(lián)系。本文從結(jié)構(gòu)正反兩個方面分析總結(jié)了位移頻響函數(shù)的計算方法,包括定義式、實(shí)模態(tài)計算式和復(fù)模態(tài)計算式、多輸入多輸出下頻響函數(shù)的估計。在公式推導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)識別模態(tài)縮放系數(shù)是識別結(jié)構(gòu)柔度的關(guān)鍵,從理論上推導(dǎo)了沖擊振動下位移柔度矩陣的各種計算方法,包括質(zhì)量已知情況下位移柔度矩陣的計算式和質(zhì)量未知情況下如何利用CMIF法識別固有頻率、阻尼比、振型、位移柔度等模態(tài)參數(shù)。利用CMIF方法識別結(jié)構(gòu)位移柔度不需要知道結(jié)構(gòu)質(zhì)量,具有廣泛的實(shí)用價值。(3)研究開發(fā)了基于多參考點(diǎn)分塊的橋梁快速沖擊振動測試方法。傳統(tǒng)沖擊振動測試方法都是針對全結(jié)構(gòu),需要布置大量的傳感器,在測試成本和測試效率方面存在諸多問題。本文提出了結(jié)構(gòu)分塊沖擊振動測試方法,每次僅觀察子結(jié)構(gòu)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的響應(yīng),其優(yōu)點(diǎn)是可顯著減少所需傳感器數(shù)目,實(shí)現(xiàn)橋梁的快速沖擊振動測試,但導(dǎo)致的問題是如何融合子結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)來識別整個結(jié)構(gòu)的特征。針對該問題,本章提出了子結(jié)構(gòu)多參考點(diǎn)法來融合各個子結(jié)構(gòu)的觀測數(shù)據(jù)。子結(jié)構(gòu)多參考點(diǎn)法在劃分子結(jié)構(gòu)時,各相鄰子結(jié)構(gòu)在邊界處有相同的節(jié)點(diǎn),基于相鄰子結(jié)構(gòu)在邊界處的位移模態(tài)振型連續(xù)來實(shí)現(xiàn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)融合,可得到整體結(jié)構(gòu)的位移柔度矩陣,最后給出了試驗(yàn)來驗(yàn)證所提方法的有效性。(4)研究開發(fā)了基于單參考點(diǎn)分塊的橋梁快速沖擊振動測試方法。在子結(jié)構(gòu)多參考點(diǎn)法的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),提出了效率更高適用性更強(qiáng)的子結(jié)構(gòu)單參考點(diǎn)法。子結(jié)構(gòu)單參考點(diǎn)法在劃分子結(jié)構(gòu)時,各子結(jié)構(gòu)僅有一個共同節(jié)點(diǎn)即單參考點(diǎn)且該參考點(diǎn)的選擇是任意的,基于參考點(diǎn)頻響函數(shù)的相位角曲線來實(shí)現(xiàn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)融合,得到全結(jié)構(gòu)的位移柔度矩陣,最后通過試驗(yàn)和有限元模擬來充分驗(yàn)證所提方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U446

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1219463