基于振動信息的鋼管混凝土拱橋吊桿損傷識別研究.pdf

1、近年來，鋼管混凝土拱橋由于一系列優(yōu)點得到了廣泛的應用。但其安全事故時有發(fā)生，且大多與吊桿的健康狀態(tài)有關(guān)。若能對拱橋吊桿的健康狀態(tài)進行及時地或?qū)崟r地在線監(jiān)測與診斷，對避免拱橋的重大事故是有利的。然而，對于鋼管混凝土拱橋這種復雜結(jié)構(gòu)，其損傷識別方法尚鮮有研究。本文結(jié)合鋼管混凝土拱橋吊桿的構(gòu)造特點，采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究了吊桿損傷識別的若干問題。主要研究內(nèi)容及結(jié)果包括：
　　 ⑴總結(jié)了吊桿的幾種主要損傷形式，并

2、利用一階攝動理論推導出吊桿錨頭松動（由銹蝕或機械振動引起）及吊索損傷（鋼絲斷裂）引起的吊桿剛度變化的有限元公式。錨頭松動是吊桿的主要損傷，結(jié)合對吊桿損傷動力有限元公式的推導，本文建立了吊桿的組合有限單元計算模型來模擬錨頭松動，從分析中發(fā)現(xiàn)錨頭松動是吊桿損傷狀況的敏感指標。在此基礎(chǔ)上，以損傷前后頻響函數(shù)的形狀相關(guān)系數(shù)構(gòu)造遺傳算法的目標函數(shù)。對平面拱進行了仿真分析，探討了該方法對結(jié)構(gòu)損傷識別的可行性。
　　 ⑵以鋼管混凝土拱橋為研究

3、對象，應用大型有限元分析軟件ANSYS 建立了三維有限元模型，進行結(jié)構(gòu)動力特性的計算和分析。模擬了吊桿的多種損傷狀況，即單一損傷、多處損傷、不同位置損傷、不同程度損傷等工況。利用固有頻率、曲率模態(tài)差以及柔度矩陣差這幾種常用的結(jié)構(gòu)損傷識別方法對這些工況進行了診斷。計算結(jié)果表明，曲率模態(tài)差和柔度矩陣差是鋼管混凝土拱橋吊桿損傷的敏感標識量，而固有頻率則不太適用于鋼管混凝土拱橋吊桿的損傷識別。
　　 ⑶提出了一種改進的傳動函數(shù)的結(jié)構(gòu)損傷