【摘要】：橋梁結(jié)構(gòu)壽命周期內(nèi)面臨設(shè)計不足、施工缺陷、車輛超量、超載以及地震、沖擊、腐蝕等諸多因素對性能削弱的影響,由此不可避免地積累損傷,及時發(fā)現(xiàn)和處理結(jié)構(gòu)損傷對于延長橋梁使用壽命、保障人民生命和財產(chǎn)安全具有重要意義。目前常用的基于模態(tài)及其衍生指標的橋梁損傷識別方法主要采用單點激勵、多點輸出的方式來增加有用信息以滿足損傷識別的需求。為解決信息不完備問題,另一思路是多點激勵、單點輸出的方式,即通過移動荷載下關(guān)鍵截面響應(yīng)來反映結(jié)構(gòu)整體受力性能并揭示某些局部突變現(xiàn)象。對承受移動荷載的橋梁而言,此類方法比多布測點更經(jīng)濟可行,且便于實際應(yīng)用。因此,本文系統(tǒng)地研究了“基于位移影響線的橋梁損傷識別及傳感器優(yōu)化布置”這一問題,主要對基于車輛移動荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的位移影響線識別、基于位移影響線的損傷定位與定量以及基于位移影響線損傷靈敏度分析的傳感器優(yōu)化布置等三方面展開研究。本文提出一種基于三次B樣條曲線的位移影響線Tikhonov正則化方法,該方法將結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)、車速及軸距、軸重等信息作為輸入,以三次B樣條曲線約束待識別位移影響線。此后通過某四跨連續(xù)梁橋模型及室內(nèi)試驗對方法進行驗證,結(jié)果表明所識別出的位移影響線與基準影響線吻合較好,且很好地滿足了其光滑性的要求。系統(tǒng)地總結(jié)了四類基于位移影響線的損傷定位指標,針對這四類指標對小損傷不敏感的問題,提出一種基于位移影響線小波分析的損傷定位方法,并將影響線擴展到影響面,通過二維小波變換實現(xiàn)彈性薄板的損傷定位。數(shù)值算例結(jié)果表明,該方法能在不依賴結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的基準位移影響線條件下對于小損傷具有較好的定位效果。針對損傷程度量化問題,建立關(guān)于剛度改變矩陣、損傷系數(shù)矩陣與影響線變化向量之間的超靜定矩陣方程,通過約束損傷系數(shù)范圍對矩陣方程求解得出各單元損傷系數(shù)以實現(xiàn)基于位移影響線的損傷程度量化。通過簡支梁、三跨連續(xù)梁模型以及試驗模型對方法有效性進行了驗證,并分析了多損傷、測點位置及數(shù)量、噪聲等因素對損傷程度量化結(jié)果的影響。針對單一傳感器檢測損傷范圍有限的問題,提出一種面向位移影響線損傷識別的傳感器優(yōu)化布置方法,該方法用損傷靈敏度矩陣構(gòu)造出Fisher信息陣來計算各測點對損傷識別的貢獻,并引入距離系數(shù)修正Fisher信息陣來解決測點間信息冗余問題。算例結(jié)果表明基于距離系數(shù)-影響線損傷敏感性的傳感器布置方法優(yōu)化后的傳感器布置比距離系數(shù)修正前更分散,且均布置于對損傷識別貢獻度較大節(jié)點處,其對應(yīng)的損傷識別總體相對誤差也明顯更低。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U446
【圖文】：

該有限元模型共劃分為 75257 個單元，114868 個節(jié)點，結(jié)構(gòu)離散圖如圖2-5 所示。a) 橋梁幾何模型 b) 體內(nèi)預應(yīng)力鋼筋布置c) 橋梁網(wǎng)格劃分 d) 體外預應(yīng)力鋼筋布置圖 2-5 橋梁上部承重結(jié)構(gòu)有限元模型DX DXZX ZXGXGXDXDXZXZX1 2 3 4 56754250 6500 6500 4250

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文試驗箱型截面鋁梁劃分為加速區(qū)、勻速區(qū)、減速區(qū)等三個部分，其中加速區(qū)跟減速區(qū)段分別用于試驗小車加速、減速以保證小車勻速通過主梁。移動荷載通過配有調(diào)速器的電機驅(qū)動的試驗小車施加，雙軸小車荷載大小通過添加額外砝碼來改變，其前后軸重通過電子秤提前測得，小車軸距為 0.20m。車輛荷載作用下試驗梁的時程加速度及位移響應(yīng)分別通過布置于梁勻速區(qū) 1/4 跨及 1/2 跨處的加速度計及激光位移傳感器采集，并通過 DH5929 數(shù)據(jù)采集儀儲存。模型車

a) 損傷系數(shù) α12=0.05 b) 損傷系數(shù) α12=0.1圖 3-11 小波系數(shù)灰度圖為了進一步了解損傷位置變化對識別效果的影響，分別對有限元模型的 4、8、12、16、20、23 和 27 號單元設(shè)置 α=0.05 的損傷。重復前文所述流程，可得如圖3-12 所示識別結(jié)果。圖 3-12（a-g）說明了所有損傷位置均可被識別，此外，由錐形條紋的變化趨勢可知當損傷位置越接近于傳感器布置位置時錐形條紋更加明顯，同時，4、27 號等支座附近單元損傷難以直觀地判斷。但考慮到信號奇異程度受噪聲水平、損傷程度、測點與損傷位置間距離等多因素影響，因而難以對具體有效距離進行量化。由此可知，當待識別的橋梁跨徑較大時，需要增加傳感器數(shù)量以便更加準確、清晰地識別損傷位置。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 余竹;夏禾;殷永高;孫敦華;;基于小波變換與Lipschitz指數(shù)的橋梁損傷識別研究[J];振動與沖擊;2015年14期

2 王寧波;任偉新;何立翔;;基于橋梁動力響應(yīng)的應(yīng)變影響線提取[J];中南大學學報(自然科學版);2014年12期

3 戰(zhàn)家旺;夏禾;安寧;;基于列車動力響應(yīng)的鐵路橋梁損傷診斷方法[J];中國鐵道科學;2012年03期

4 耿少波;石雪飛;阮欣;;基于橋梁結(jié)構(gòu)的動態(tài)稱重系統(tǒng)算法研究[J];石家莊鐵道大學學報(自然科學版);2011年04期

5 程仙國;劉偉軍;;外載荷的B樣條曲線變形[J];中國圖象圖形學報;2011年05期

6 李東升;張瑩;任亮;李宏男;;結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的傳感器布置方法及評價準則[J];力學進展;2011年01期

7 孫曉丹;歐進萍;;結(jié)構(gòu)損傷參量靈敏度分析的傳感器數(shù)量位置優(yōu)化[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2010年10期

8 劉暉,瞿偉廉,袁潤章;基于靈敏度分析的結(jié)構(gòu)損傷識別中的傳感器優(yōu)化配置[J];地震工程與工程振動;2003年06期

相關(guān)博士學位論文 前3條

1 劉綱;基于長期靜態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的大型橋梁安全狀態(tài)評估方法研究[D];重慶大學;2010年

2 孫小猛;基于模態(tài)觀測的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的傳感器優(yōu)化布置方法研究[D];大連理工大學;2009年

3 謝峻;基于振動的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究[D];華南理工大學;2003年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 趙展;基于撓度影響線差值和移動主成分法的橋梁損傷識別研究[D];暨南大學;2015年

2 陳奮;基于現(xiàn)場實測的高層建筑有限元模型修正研究[D];湖南大學;2015年

3 徐勇華;基于撓度影響線的變截面梁損傷識別研究[D];廣州大學;2015年

4 張菁皓;既有混凝土橋梁健康檢測與加固技術(shù)研究[D];西南交通大學;2013年

5 李賓賓;基于信息論的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器優(yōu)化布置[D];大連理工大學;2012年

6 張兆豐;鐵道客車動力學性能靈敏度分析及穩(wěn)健設(shè)計[D];中南大學;2012年

7 邑強;基于車橋耦合振動分析的公路橋梁損傷識別方法研究[D];天津大學;2012年

8 張玲玲;基于多次試驗的有限元模型參數(shù)型修正[D];南京航空航天大學;2010年

9 呂耀秀;曲線預應(yīng)力混凝土箱梁橋影響面加載研究[D];長安大學;2008年

10 寇曉娜;基于撓度影響線的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法初步研究[D];重慶交通大學;2008年

本文編號：2760174