基于广义柔度曲率矩阵的梁桥结构损伤识别方法研究

作     者：杜国鹏 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李杰

授予年度：2021年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：梁桥 损伤识别 动力指纹 敏感性 广义柔度 二次曲率矩阵对角指标 

摘      要：作为健康监测系统结构评估关键一环,基于动力指纹损伤识别方法虽然在理论上取得了一系列进展,但能真正应用于实际结构状况识别的不多。多数方法普遍存在误差大、计算复杂等缺点,甚至一些方法仅在理想条件下有效。因此,寻找对结构损伤位置和损伤程度敏感,且有普遍适用性的方法,是动力指纹损伤识别技术中一个亟待解决的问题。本文在归纳总结现有动力指纹损伤识别理论基础上,基于广义柔度曲率矩阵,提出梁桥结构损伤识别新指标,最后参考某三跨连续刚构实桥检测资料,利用ANSYS和MATLAB对新指标进行梁桥结构损伤识别数值模拟和验证分析。主要内容和结论如下:（1）对目前主要结构损伤识别方法进行综述,重点讨论了频率、模态曲率、柔度曲率和模态应变能这四类损伤识别方法,通过对简支和连续两类梁桥算例损伤模拟分析,得出这些方法优、缺点和适用性,算例分析还表明广义柔度仅使用两阶模态数据就能得到很高识别精度。（2）在广义柔度理论基础上,基于广义柔度曲率矩阵构造新的损伤指标,即通过损伤前后广义柔度二次曲率矩阵对角元素、列元素1-范数和列元素2-范数,从而构造出3个新的损伤指标。根据曲率类方法的损伤定量公式,确定广义柔度曲率指标与损伤程度之间关系式。随后,采用简支梁和三跨连续梁有限元模型进行验证,分析表明3个新指标均能够识别出单损伤和多损伤工况的损伤位置和损伤程度,综合比较得出广义柔度二次曲率矩阵对角指标（GFCCD）效果最好。（3）为了分析GFCCD指标敏感性和适用性,对三种不同截面简支梁的损伤进行模拟分析,结果表明:对于变截面损伤识别灵敏度方面,GFCCD比模态曲率类指标（MFCCN2）有更好稳定性。最后讨论发现结构振型测点数量决定识别精度、归一方法只对GFCCD损伤程度识别有轻微影响。（4）为了进一步讨论和验证GFCCD指标实际效果,结合某连续刚构桥检测资料,通过参数修正得到该桥基准模型,在此基础上应用本文提出的损伤识别指标进行损伤验证分析。结果表明:对于三跨连续刚构这样的超静定梁结构,损伤指标GFCCD可以识别主梁损伤位置和损伤程度。