本文關(guān)鍵詞：基于虛擬變形的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是保證橋梁服役安全的重要手段。它通過傳感器測量環(huán)境信息和結(jié)構(gòu)響應(yīng),來監(jiān)測結(jié)構(gòu)的安全狀況。橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別則是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的核心問題之一。本文引入虛擬變形法(VDM)來提高橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的計算效率,通過對其進行改進,實現(xiàn)了快速準確的損傷定位和損傷定量,并對某實際大橋的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了初步分析,主要工作內(nèi)容及結(jié)論如下：(1)研究了基于靜力虛擬變形的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法。首先基于VDM的基本原理,推導(dǎo)了損傷因子與虛擬變形的關(guān)系；其次,建立模擬損傷應(yīng)變與實際損傷應(yīng)變的目標函數(shù),并利用序列二次規(guī)劃(SQP)算法優(yōu)化目標函數(shù),在平面桁架橋梁模型算例中實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)損傷識別的快速計算；最后以某實際大橋有限元模型為例,對其吊桿的損傷識別進行了數(shù)值模擬研究。通過基于恒荷載的實時監(jiān)測和基于車輛靜荷載的定期檢測兩種工況,驗證了該方法能夠大大提高計算效率,并快速準確地識別出損傷發(fā)生的位置和程度。(2)研究了基于動力虛擬變形的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法。和靜力VDM不同,動力VDM比較復(fù)雜,損傷因子、影響矩陣、虛擬變形等都需要重新推導(dǎo)和建立。首先基于動力VDM的理論,構(gòu)造以損傷因子為變量的模擬損傷應(yīng)變的函數(shù)；其次,為實現(xiàn)損傷識別,建立模擬損傷應(yīng)變和實測損傷應(yīng)變的目標函數(shù),并使用序列二次規(guī)劃算法和遺傳算法對目標函數(shù)進行優(yōu)化；最后利用平面桁架模型算例進行數(shù)值模擬,模擬分為單損傷和多損傷,無噪聲和有噪聲的不同工況。結(jié)果表明：SQP算法在抗噪性較差,不能識別有噪聲情況下的結(jié)構(gòu)損傷。而遺傳算法抗噪性較好,即使在噪聲環(huán)境下也能準確地實現(xiàn)損傷定位和定量。(3)根據(jù)設(shè)計方案和工程實際,建立了伯官大橋監(jiān)測系統(tǒng)。并對大橋監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了初步的統(tǒng)計分析。將結(jié)構(gòu)實測模態(tài)和理論模態(tài)進行了對比分析,得出大橋剛度較好,而有限元模型需要進行修正的結(jié)論；對橋梁重要的控制荷載-風(fēng)荷載進行了統(tǒng)計分析,將風(fēng)速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為橋梁設(shè)計規(guī)范的十分鐘最大平均風(fēng)速;研究了溫度應(yīng)變的變化規(guī)律以及其對結(jié)構(gòu)應(yīng)變的影響；推導(dǎo)了GPS橋梁坐標的轉(zhuǎn)換關(guān)系,分析了GPS測點的位移變化。通過統(tǒng)計分析可知,目前大橋整體結(jié)構(gòu)安全且穩(wěn)定,但因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式,還需要長期的監(jiān)測。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 損傷識別 虛擬變形法 序列二次規(guī)劃 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U446
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 課題的提出與研究意義9-12
• 1.2 損傷識別方法研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 基于靜力的損傷識別研究現(xiàn)狀12
• 1.2.2 基于動力的損傷識別研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 基于虛擬變形的損傷識別方法15-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容16-18
• 2 基于靜力虛擬變形的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 基于靜力VDM的損傷識別方法18-23
• 2.2.1 靜力VDM基本原理18-19
• 2.2.2 靜力影響矩陣的建立19-20
• 2.2.3 剛度降低的模擬20-21
• 2.2.4 目標函數(shù)的建立及求解算法的選擇21-23
• 2.3 平面桁架橋梁模型算例23-24
• 2.3.1 有限元模型的建立23
• 2.3.2 識別結(jié)果分析23-24
• 2.4 伯官大橋有限元模型算例24-33
• 2.4.1 伯官大橋工程概況24-25
• 2.4.2 有限元模型的建立25-26
• 2.4.3 吊桿損傷識別研究26-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 基于動力虛擬變形的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 基于動力VDM的損傷識別方法34-37
• 3.2.1 動力VDM基本原理34-35
• 3.2.2 動力影響矩陣的建立35
• 3.2.3 剛度降低的模擬35-36
• 3.2.4 目標函數(shù)的建立36
• 3.2.5 測量噪聲的模擬36-37
• 3.2.6 優(yōu)化算法的選擇37
• 3.3 平面桁架模型算例37-48
• 3.3.1 有限元模型的建立37-38
• 3.3.2 識別結(jié)果分析38-48
• 3.4 伯官大橋有限元模型算例48-49
• 3.4.1 有限元模型的建立48-49
• 3.4.2 動力VDM識別結(jié)果49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 4 伯官大橋監(jiān)測系統(tǒng)與數(shù)據(jù)分析50-67
• 4.1 引言50
• 4.2 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成50-55
• 4.2.1 傳感器子系統(tǒng)51-52
• 4.2.2 數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)52-54
• 4.2.3 通信傳輸子系統(tǒng)54
• 4.2.4 遠程控制及云同步技術(shù)子系統(tǒng)54-55
• 4.3 大橋監(jiān)測數(shù)據(jù)初步分析55-66
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)55-57
• 4.3.2 風(fēng)速風(fēng)向57-58
• 4.3.3 拱腳應(yīng)變及溫度58-61
• 4.3.4 拱頂GPS位移61-65
• 4.3.5 車輛通行情況的監(jiān)控65-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 5 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項目和學(xué)術(shù)論文發(fā)表情況73-74
• 致謝74-75

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