發(fā)布時間：2020-07-29 15:03

【摘要】：運營狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是通過對橋梁的結(jié)構(gòu)行為進行模態(tài)跟蹤,應(yīng)用回歸分析和統(tǒng)計模式識別的方法,來確定結(jié)構(gòu)本身的動力特性,并以此為依據(jù)對結(jié)構(gòu)的整體健康狀況及結(jié)構(gòu)變化給予相應(yīng)的評價。然而,在自然環(huán)境激勵下,根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)模態(tài)參數(shù)識別得到的橋梁結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率不僅與其結(jié)構(gòu)自身剛度、質(zhì)量等參數(shù)有關(guān),還會因溫度、交通荷載以及風(fēng)等的環(huán)境影響而發(fā)生改變。其中,溫度作為最主要的影響因素,其變化引起的模態(tài)參數(shù)波動能掩蓋結(jié)構(gòu)的輕微損傷,造成對結(jié)構(gòu)動力特性的曲解,進而導(dǎo)致對結(jié)構(gòu)損傷識別、損傷定位、損傷程度的誤判。所以,探究溫度對橋梁結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率的影響機理,能夠為以預(yù)測、消除溫度影響,并區(qū)分溫度變化與結(jié)構(gòu)本身變化所引起的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)變異為目的的相關(guān)研究提供借鑒,具有重要的研究意義。本文以系桿拱橋結(jié)構(gòu)作為研究對象,將其等效成將連接梁與拱的鋼索作為彈性支撐的多跨彈性支撐梁,從而方便建立微分振動方程進行模態(tài)頻率的求解,并分別以模態(tài)頻率隨溫度變化的三個敏感條件:結(jié)構(gòu)材料特性,兩端邊界條件和溫度分布方式作為變量,從理論上明確橋梁模態(tài)頻率的溫度影響方式及變化規(guī)律。為了探究結(jié)構(gòu)材料特性變化的模態(tài)頻率溫度影響機理,通過建立多跨彈性支撐梁的模態(tài)頻率方程,對模態(tài)頻率表達(dá)式中溫度敏感變量進行變分運算求解,得出彈性模量是溫度改變結(jié)構(gòu)材料特性影響模態(tài)頻率的主要原因;為了探究梁端多余邊界條件的溫度影響機理,將溫度作用下的等效軸力作用于多跨彈性支撐梁結(jié)構(gòu)模型,建立包含兩端軸向力的模態(tài)頻率方程,從而確定軸向力與模態(tài)頻率的關(guān)系。采用上述方式理論上得出的這兩種溫度敏感條件對模態(tài)頻率的影響方式,都在三跨連續(xù)梁數(shù)值模型的模態(tài)頻率溫度影響數(shù)值分析中得到驗證。為了探究溫度分布方式的模態(tài)頻率溫度影響機理,應(yīng)考慮鋼索作為等效彈性支撐的剛度可變性。不同的溫度分布,包括主梁溫度梯度和鋼拱溫度,都會通過使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形而改變鋼索的力學(xué)性能,造成結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率的波動。經(jīng)過理論推導(dǎo)確定溫度變形與鋼索等效彈性支撐的剛度變化的關(guān)系,并在對簡易的梁拱組合數(shù)值模型的模態(tài)頻率溫度影響分析中進行了驗證,得出影響梁拱組合結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率變化的溫度分布方式的主導(dǎo)是主梁溫度梯度。通過模態(tài)試驗結(jié)果對深圳大沙河橋有限元模型進行修正,并對其進行模態(tài)頻率溫度影響的數(shù)值研究,以此來驗證前文所提出的溫度影響理論的正確性。在數(shù)值分析中,影響大沙河橋的溫度敏感條件有兩個,即彈性模量與截面溫度梯度。根據(jù)結(jié)果分析確定了截面溫度梯度所造成的模態(tài)頻率變化要遠(yuǎn)大于彈性模量改變所引起的影響。通過對大沙河橋結(jié)構(gòu)開展模態(tài)頻率溫度影響試驗研究,探究每一天的主梁結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率波動規(guī)律,進而驗證主梁模態(tài)頻率與截面溫度梯度的相關(guān)關(guān)系因掩蓋了彈性模量引起的負(fù)相關(guān)趨勢,而與前文得到的正相關(guān)結(jié)論相一致,更通過變形監(jiān)測與鋼索頻率識別明確主梁截面溫度梯度對模態(tài)頻率的影響方式。此外,在對長期的模態(tài)頻率變化現(xiàn)象的研究中,發(fā)現(xiàn)長期平均溫度變化能通過改變結(jié)構(gòu)材料的彈性模量使結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率發(fā)生整體偏移。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U448.22
【圖文】：

三跨連續(xù)梁前3階振型從表2-1的模態(tài)頻率和圖2-4中的模態(tài)振型的數(shù)值分析結(jié)果可以看出，當(dāng)

性模量隨溫度的變化值進行估計，見表2-2。表2-2 鋼材不同溫度下的彈性模量） 0 10 20 30 40 ）112. 074 10112. 067 10112. 060 10112. 052 10112. 045 10用ANSYS有限元軟件的數(shù)值模擬中，以不同溫度下的結(jié)構(gòu)材進行模型材料參數(shù)的修正，將得到的模態(tài)頻率分析結(jié)果進行度工況作為參考得到前3階頻率變化率，如圖2-5、2-6、2-論上分析，結(jié)構(gòu)材料的彈性模量值是隨著溫度的升高而降低過改變結(jié)構(gòu)材料的彈性模量而與結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率呈線性負(fù)相關(guān)-6，圖2-7中的3階模態(tài)頻率的變化率可以看出，不同支撐剛撐梁的模態(tài)頻率，都因彈性模量改變而與溫度呈線性負(fù)相關(guān)支撐剛度及頻率階次有關(guān)。該結(jié)果是與前文推導(dǎo)的頻率變化式（2-40）是一致的。

圖 2-6 .2 階頻率隨彈性模量變化率圖 2-7 .3 階頻率隨彈性模量變化率，當(dāng) S 0和6S 10時，圖中的各階頻率變化率在不同溫度工線性一致并重合，且與支撐剛度及頻率階數(shù)均無關(guān)。這也滿為在公式（2-40）中 0E ，其頻率變化率僅與E 有關(guān)，也

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本文編號：2774123