本文關鍵詞：異形橋梁優(yōu)化設計與損傷識別方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學》 2015年

異形橋梁優(yōu)化設計與損傷識別方法研究

宋剛  

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，交通基礎設施建設迅猛推進。橋梁作為交通基礎設施的重要組成部分，在提升交通運輸效率方面效果突出。但橋梁結(jié)構在外部荷載、氯離子侵蝕、溫濕度等環(huán)境因素作用下，結(jié)構容易出現(xiàn)疲勞損傷，導致結(jié)構承載性能降低。因此，對在役橋梁結(jié)構的損傷狀態(tài)進行及時有效的識別，預防結(jié)構破壞性損傷事故的發(fā)生，對于保障人民群眾生命財產(chǎn)安全意義深遠。 在我國城市化進程中，為了有效提升城市空間利用效率，異形橋梁結(jié)構得到了廣泛使用。異形橋梁作為直梁橋和彎梁橋的連接結(jié)構，空間效應顯著、受力特殊。并且，由于異形橋梁的特殊幾何構造和設計的多樣性，傳統(tǒng)分析方法已無法得到有效利用。因此，開展該橋型的優(yōu)化設計工作具備良好的應用價值。 本文結(jié)合吉林省交通運輸廳“異形預應力混凝土橋梁受力特性分析及設計方法研究”項目，針對異形橋梁的優(yōu)化設計和損傷識別研究，提出了相應的計算方法，并進行了模型驗證。本文開展的具體研究工作如下： 1.針對異形箱梁橋的優(yōu)化設計，基于正交試驗和層次分析法確定了優(yōu)化參數(shù)組合。該方法采用正交試驗分析了匝道半徑、分叉暗橫梁剛度、箱梁截面高度和支撐方式對異形橋梁分叉暗橫梁處頂板最大應力、應力變異系數(shù)、橋梁扭轉(zhuǎn)振動基頻和曲梁扭轉(zhuǎn)程度的影響。結(jié)合層次分析法，采用綜合權重分析研究了各因素對異形橋梁整體受力特性的影響主次順序。將綜合權重分析與平衡分析得出的最優(yōu)參數(shù)組合結(jié)果進行比較，綜合權重分析參數(shù)組合得出的試驗結(jié)果優(yōu)于平衡分析參數(shù)組合結(jié)果，驗證了綜合權重分析方法在多指標正交試驗影響因素排序和參數(shù)設計優(yōu)化中的準確性和有效性。 2.考慮到異形橋梁結(jié)構形式復雜，提出了一種基于模態(tài)柔度及遺傳算法優(yōu)化支持向量機的異形橋梁損傷識別方法。針對異形橋梁的損傷位置識別，驗證了模態(tài)柔度、模態(tài)柔度差曲率、均勻荷載面曲率和均勻荷載面曲率差等指標的有效性，選取模態(tài)柔度差曲率指標實現(xiàn)了異形橋梁單位置及多位置損傷定位，識別效果良好。針對異形橋梁的損傷程度識別，構建了頻率變化率、振型比值和模態(tài)柔度差曲率三種不同的損傷識別參數(shù)，，作為遺傳優(yōu)化支持向量機的輸入?yún)?shù)；通過建立單位置損傷及多位置損傷識別工況，驗證了所提出方法的有效性。仿真結(jié)果表明，基于模態(tài)柔度差曲率與遺傳優(yōu)化支持向量機的多位置損傷程度識別精度要優(yōu)于基于頻率變化率或振型比值與遺傳優(yōu)化支持向量機的識別方法。與基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡識別方法的對比分析結(jié)果表明，基于遺傳優(yōu)化支持向量機的多位置損傷程度識別精度要更高，識別效果更好。 3.基于粒子群優(yōu)化模糊C均值聚類理論，結(jié)合結(jié)構整體模態(tài)頻率變化比損傷識別指標，提出了多階模態(tài)頻率變化比聚類分析的異形橋梁損傷位置識別方法。該方法通過將損傷工況的模態(tài)頻率變化比進行聚類分析，得到損傷位置對應的聚類中心，通過計算測試樣本模態(tài)頻率變化比到各損傷位置聚類中心的隸屬度，可以實現(xiàn)異形橋梁損傷定位，測試樣本分析結(jié)果驗證了該方法的準確性。在損傷位置確定的基礎上，采用均勻荷載面曲率差隸屬度進行結(jié)構損傷等級的評定。通過測量局部損傷區(qū)域節(jié)點的振型值，獲取均勻荷載面曲率差值，計算該指標到各損傷等級的隸屬度。根據(jù)最大隸屬度確定類別的原則，實現(xiàn)損傷等級判定。單位置損傷程度識別和多位置損傷識別結(jié)果表明，該方法在異形橋梁結(jié)構損傷程度識別中是準確可行的。 4.考慮到異形橋梁損傷識別過程中，容易受到諸多參數(shù)的影響，開展了損傷程度、傳感器數(shù)量、模態(tài)數(shù)量等影響參數(shù)對損傷識別指標影響，以及支點附近單元損傷和異形結(jié)構橫向損傷的評價研究。選取振型差值、模態(tài)曲率值、模態(tài)柔度差和模態(tài)柔度差曲率等指標為研究對象，針對不同損傷程度工況，對各類損傷識別指標的識別效果進行了分析；針對傳感器數(shù)量對損傷識別效果的影響，分別分析了51、26、14和8個傳感器數(shù)量下，不同損傷識別指標的識別效果。分別定義了兩種不同的損傷評價理論，用于評價兩類不同評價指標的識別效果。針對模態(tài)數(shù)量對損傷識別效果的影響，選取不同階數(shù)模態(tài)數(shù)據(jù)構造識別指標，對構造指標的識別效果進行了評價；針對支點附近單元損傷，確定了模態(tài)柔度差曲率的識別效果最好。針對異形橋梁橫向位置損傷識別，提出了基于振型差值的縱橫向定位策略。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U446;U442.5
【目錄】：

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8 孫衛(wèi)泉;基于支持向量機的梁橋損傷識別[D];西南交通大學;2008年

9 安志剛;基于動力參數(shù)的鐵路橋墩損傷識別方法研究[D];北京交通大學;2014年

10 潘曉杰;鋼管混凝土模型橋的試驗模態(tài)分析及損傷識別算法研究[D];汕頭大學;2008年

  本文關鍵詞：異形橋梁優(yōu)化設計與損傷識別方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：148852