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作者：李胜福南昌大学

学位级别：硕士

基础立柱在整个输电结构中起着至关重要的作用,它连接着上部结构与下部基础,立柱一旦失效,则会影响整个输电铁塔的正常运行。基础立柱的设计中已考虑承载能力和均匀受力下的裂缝问题,但实际工程中由于施工和安装误差,导致法兰与混凝土... 详细信息

基础立柱在整个输电结构中起着至关重要的作用,它连接着上部结构与下部基础,立柱一旦失效,则会影响整个输电铁塔的正常运行。基础立柱的设计中已考虑承载能力和均匀受力下的裂缝问题,但实际工程中由于施工和安装误差,导致法兰与混凝土接触不充分,从而使得局部压力过大而引起基础立柱开裂。本文以实际工程的输电结构基础作为研究对象,从基础立柱的承载能力与损伤开裂两个方向展开数值模拟和试验研究,主要研究内容和研究成果如下:1)利用损伤模拟计算技术探究了基础立柱的损伤发展规律,揭示了基础立柱开裂机理。仿真结果表明,轴压工况下荷载主要集中在钢管底部,从而在钢管底部的混凝土区域产生较大的压应力及变形,变形的存在使得钢管底部以外混凝土产生很大的拉应力及拉应变,当拉应变超过混凝土极限拉应变时,将导致钢管底部以外的混凝土开始产生裂缝;轴拉工况下,荷载主要作用在地脚螺栓上,而荷载沿地脚螺栓分布极不均匀,将在地脚螺栓孔顶端产生裂缝并由此往外发展。2)针对钢筋网片加固措施,研究了不同网片间距、不同网片钢筋直径、不同网片布置高度对混凝土抗拉压承载能力及损伤的影响,并从混凝土规范、经济、施工等方面综合考虑,选择80mm间距作为最佳网片布置间距,直径14mm为最佳网片钢筋直径,最底层网片距混凝土表面高度为2倍的钢管外径作为网片布置高度最佳方案。3)开展了普通混凝土以及植入网片混凝土的拉压试验,轴压工况下,从承载力方面将常规混凝土与植入网片的混凝土进行对比,结果表明植入网片对混凝土的抗压承载能力有所提高。通过一次试验与反复加载试验发现,植入网片能有效的防止开裂;轴拉工况下,对比常规混凝土与植入网片的混凝土承载能力以及各测点应变,结果表明植入网片能在一定程度上提高混凝土的抗拔承载能力。

关键词：基础立柱开裂损伤模拟开裂机理钢筋网片拉压试验

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基于环境激励的石油井架结构损伤识别研究

基于环境激励的石油井架结构损伤识别研究

作者：张丽娜大庆石油学院

学位级别：硕士

石油井架是钻机起升设备的重要组成部分之一,起着安放天车,悬挂游车、大钩及专用工具的重要作用。对于一些在役的石油井架由于多年在野外恶劣的环境下长期使用,在结构上产生局部损伤或整体损伤等缺陷,成为安全生产中的事故隐患。目前检... 详细信息

石油井架是钻机起升设备的重要组成部分之一,起着安放天车,悬挂游车、大钩及专用工具的重要作用。对于一些在役的石油井架由于多年在野外恶劣的环境下长期使用,在结构上产生局部损伤或整体损伤等缺陷,成为安全生产中的事故隐患。目前检测采用的应力测试与计算机仿真的方法有一定的局限性,研究科学、简捷、适用的检测方法与技术,提高石油井架承载能力检测与安全评价水平,具有重要的理论意义和实用价值。模态参数是决定结构动力特征的主要参数,通过识别结构损伤前后模态参数的变化对结构进行损伤识别是结构损伤识别研究的热点问题,模态参数的识别方法一般可分为传统的模态参数识别方法和环境激励下的模态参数识别方法。石油井架结构由于体积庞大、材料芸杂、约束条件复杂等原因,难以对其进行人为激励和难以对激励信号进行有效测量。环境激励(风荷载、大地脉动等),具有无需施加人为激励、无需贵重的激振设备,不打断结构的正常使用,方便省时等显著优点,更加适用石油井架结构的实际使用应用。本文主要研究了环境激励情况下石油井架结构的损伤识别问题。利用基于环境激励的两种时域模态识别方法对JJ160/41-K型石油井架结构模型进行损伤识别,并对识别结果进行比较。完成的主要工作如下: 1.系统地介绍了几种基于环境激励的损伤识别方法,这些方法包括:峰值法(简称PP法)、频域分解法(简称FDD法)、时间序列法(简称TSM法)、随机子空间法(简称SSI法)、随机减量法(简称RD法)和自然激励技术法(简称NExT法)等。 2.利用ANSYS软件建立JJ160/40-K型石油井架结构有限元分析模型,通过改变损伤部位的弹性模量来模拟结构损伤情况,并对结构完好状态和几种损伤状态进行模态分析和白噪声下时程响应分析。 3.根据随机减量法获得的结构各测点自由振动响应,利用ITD法对各种状态下的模态进行识别,通过识别结果判定结构损伤。 4.利用NExT法来得到结构各测点相对于参考点的互相关函数,将其当作结构的脉冲响应函数,进而利用ITD法对各种状态下的模态参数进行识别,通过识别结果判定结构损伤。 5.利用坐标模态保证标准来判定结构损伤的位置。

关键词：石油井架环境激励损伤模拟损伤识别

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塔式起重机起重臂损伤建模及有限元分析

塔式起重机起重臂损伤建模及有限元分析

作者：张长江山东建筑大学

学位级别：硕士

塔式起重机(以下简称塔机)是现代施工中的一种重要的起重设备,可以实现重物的水平及垂直运输,但是随着施工强度的不断增大,塔机在工作过程中出现倒塌、折臂等安全事故的现象也日益增多,给国家造成了严重的经济损失。本文针对国内外近10... 详细信息

塔式起重机(以下简称塔机)是现代施工中的一种重要的起重设备,可以实现重物的水平及垂直运输,但是随着施工强度的不断增大,塔机在工作过程中出现倒塌、折臂等安全事故的现象也日益增多,给国家造成了严重的经济损失。本文针对国内外近10年的塔机事故进行了分析,发现将近85%的塔机事故都是由塔机起重臂的损伤而造成的,因此及时对塔机起重臂进行结构损伤诊断具有重要的意义。在此背景下,本文对国内外损伤的模拟研究现状进行了归纳与总结,选用QTZ80塔式起重机作为研究对象,对其起重臂进行损伤模拟研究,并构建了基于塔机起重臂臂端特征点位移轨迹图谱的起重臂损伤诊断方法,主要研究内容如下:(1)建立了参数化的QTZ80塔机整机有限元仿真模型。根据QTZ80塔机的结构参数,使用ANSYS APDL命令流构建了塔机整机常用梁单元的参数化截面模型,并以此为基础构建了参数化的变截面梁单元模型,进一步构建了与实体模型分析结果更加接近的塔机整机参数化的变截面梁杆单元有限元模型。使用ANSYS APDL命令流施加了塔机有限元模型的材料和约束,并根据塔机的起重特性曲线选取了该塔机的五种典型工况对其进行静力分析,计算了该塔机在典型工况下起重臂的应力分布情况,实现了参数化的载荷施加。通过修改ANSYS APDL命令流参数的方式实现了塔机参数优化快速建模和同系列其他型号塔机的快速建立,最后基于Delphi、ACCESS软件对塔机整机的建模命令流进行了封装,完成了塔机参数化辅助建模系统的开发。(2)腐蚀损伤和裂纹损伤的有限元建模与分析。利用参数化建模所具有的特性,采用减小起重臂局部壁厚的方法,建立了塔机起重臂的腐蚀损伤模型。采用参数化实体建模的方法,在裂纹损伤相应位置建立了参数化实体模型,并通过断开节点之间连续性的方法,建立了裂纹损伤模型;应用多尺度建模技术,采用刚性区域法连接实体模型与梁杆模型,建立裂纹损伤分析模型。通过对无损伤多尺度连接模型与无损伤梁杆模型起重臂特征点的位移以及模态频率的对比分析,验证了使用刚性区域法对不同类型单元之间进行连接的可行性和准确性。选取QTZ80塔机起重臂的第三、四、五节下弦杆截面的不连续处作为腐蚀损伤、裂纹损伤的发生位置,进行了腐蚀损伤和裂纹损伤的有限元建模与分析。(3)销轴连接损伤有限元建模与分析。通过实体建模的方式建立了销轴连接结构(销轴与耳板)模拟,并设置好销轴与销轴孔之间的接触,通过改变销轴曲率半径的方法来模拟销轴的磨损,销轴连接结构采用刚性区域法与梁杆模型进行连接。选择起重臂第三、四、五节之间的上弦杆连接销轴作为连接损伤模拟对象,进行了销轴连接损伤的建模和有限元分析。(4)塔机起重臂不同损伤宏观表征特性研究。基于前面已经建立的塔机参数化有限元分析模型,应用ANSYS APDL命令流构建了起重臂特征点有限元分析及位移结果自动提取系统,实现了变参数塔机模型的自动分析,为大规模研究塔机起重臂的损伤宏观表征提供了有力的分析工具。利用自动分析系统,分析了塔机起重臂在不同类型(腐蚀、裂纹、连接)、不同位置、不同程度的损伤状态下的臂端特征点位移轨迹宏观表征。将起重臂在损伤状态下的特征点Y向位移与起重臂在完好状态下的特征点Y向位移做差后求绝对值,构建起重臂特征点的损伤位移图谱,通过特征点位移轨迹图谱可知起重臂的损伤位置、程度,并为后续通过特征点位移图谱诊断塔机起重臂损伤状态提供了基础。

关键词：塔式起重机 ANSYS 参数化建模损伤模拟特征点位移轨迹图谱

基于车载传感器的桥梁模态识别及损伤检测研究

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基于车载传感器的桥梁模态识别及损伤检测研究

作者：卢泽林广州大学

学位级别：硕士

数量极其庞大的中小跨径桥梁承受日益剧增的交通荷载和不断加剧的材料劣化,存在显著的安全风险,推进桥梁模态信息及损伤识别对实现路网桥梁快速检测具有重大意义。本文依托车辆扫描法(VSM)为研究背景,提出了一种两轴车载传感器同步识别... 详细信息

数量极其庞大的中小跨径桥梁承受日益剧增的交通荷载和不断加剧的材料劣化,存在显著的安全风险,推进桥梁模态信息及损伤识别对实现路网桥梁快速检测具有重大意义。本文依托车辆扫描法(VSM)为研究背景,提出了一种两轴车载传感器同步识别桥梁频率与模态振型方法,开展了不同损伤数值模拟方法的等效损伤关系并进一步利用桥梁模态信息进行损伤识别的研究,利用实验室缩尺车桥系统进行模型试验验证。主要研究内容及成果包括:(1)提出了一种实用的多自由度双轴车辆扫描桥梁模态振型的方法。首先,推导了对称双轴车辆与简支梁相互作用的封闭解,并利用一种新型的双峰谱理想化滤波方法从车辆加速度响应中同步识别桥梁频率和模态振型;然后,通过数值仿真验证了所提出的桥梁频率和振型同步识别方法,并参数化分析了车速、车辆参数、阻尼、路面粗糙度和环境噪声等因素对该方法的影响。结果表明,所提出的方法可以同步识别高速行驶车辆(如20 m/s)、各种车辆参数、车辆和桥梁阻尼、以及道路粗糙度和环境噪声存在下的桥梁频率和模态振型。道路粗糙度和环境噪声污染了桥梁频率的双峰谱,但只要桥频在频谱中可见,所提出的方法是可行的。(2)对梁类结构不同损伤建模技术进行了比较研究,并评估其车桥耦合(VBI)响应对结构健康监测(SHM)的影响。首先,分析了单元刚度损失、单元质量增加、裂纹梁单元和裂纹弹簧单元四种损伤建模技术的理论基础,提出以频率相同的准则简化等效关系;然后,利用VBI单元对由双轴车辆和损伤梁式结构组成的VBI系统进行了有限元模拟,并通过模态曲率差指标验证了四种VBI损伤模拟程序的正确性。最后,比较了不同损伤建模技术在统一损伤级别下对VBI系统动力响应的影响,并比较了不同损伤建模技术下利用车辆和桥梁响应进行损伤识别的可能性。结果表明,在5%-30%相同损伤水平下,不同损伤建模技术产生的VBI系统动态响应差异显著。车辆响应相比桥梁响应而言对损伤更敏感。裂纹弹簧梁单元法对VBI响应影响最大,裂纹梁单元法与单元刚度损失法影响相当,而单元质量增加法的影响可以忽略不计。损伤识别探究中处理车辆加速度响应时,发现除单元质量增加技术以外的三种方法均可用于识别损伤位置与程度,但裂纹弹簧单元方法幅值变化不那么明显。(3)对前述两部分内容进行了模型试验验证,首先进行了车桥相互作用(VBI)试验,研究从两轴模型车辆通过桥梁时的竖向加速度中提取模态振型,结果验证了通过两轴车辆的加速度,可以成功识别桥梁频率和高精度模态振型。其次进行了桥梁损伤试验,损伤以附加质量块和切割截面的形式模拟,研究从车辆加速度中利用IAS指标定位损伤位置,结果验证了一定级别下两种方式均可成功定位损伤位置。本研究一方面验证了两轴通行车辆用于桥梁模态振型识别的可行性,为车辆扫描法在桥梁间接监测中的广泛工程应用提供了便利。另一方面研究了通过这些不同的损伤建模技术获取直接的桥梁响应和间接车辆响应以检测桥梁损伤的可能性,对分析损伤下VBI系统振动响应的影响具有重要意义,可为采用不同损伤模型进行数值模拟,选择合适甚至开发更实用的损伤检测技术提供参考。

关键词：桥梁模态振型两轴车车辆扫描法(VSM) 双峰谱理想滤波器车桥相互作用(VBI) 损伤模拟

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分离式小箱梁体内预应力加固技术研究

分离式小箱梁体内预应力加固技术研究

作者：赵鹏鹏武汉工程大学

学位级别：硕士

近年来,分离式小箱梁凭借其自身建筑高度低、抗扭刚度大及经济性好等特点逐渐被广泛采用。部分分离式小箱梁由于建设期间可能存在的设计缺陷、原材料不合格及施工工艺差等原因,导致梁体出现混凝土强度偏低、梁体开裂、跨中下挠及预应力... 详细信息

近年来,分离式小箱梁凭借其自身建筑高度低、抗扭刚度大及经济性好等特点逐渐被广泛采用。部分分离式小箱梁由于建设期间可能存在的设计缺陷、原材料不合格及施工工艺差等原因,导致梁体出现混凝土强度偏低、梁体开裂、跨中下挠及预应力损失过大等病害。这些病害不仅降低了桥梁承载力,还可能影响到桥梁的运营安全。为此,本文对新建分离式小箱梁桥的病害开展了一系列研究,并结合城市管理部门对桥梁外观的需求,提出了体内预应力加固方法。通过外观检测和荷载试验,验证了小箱梁的承载能力不满足设计要求,推断主梁底板的横向裂缝为结构性裂缝。经文献查阅与现场调查,分析梁体的现有病害对承载能力的影响,证实了小箱梁存在较大的预应力损失,其损失原因为超前张拉。采用Midas Civil 2021有限元软件对分离式小箱梁桥进行损伤模拟分析,通过量化混凝土裂缝缺陷和混凝土强度缺陷,并分阶段试算预应力损失,从而获取了较为精确的损伤模型。进行加固方案比选,比较分析体外预应力法和体内预应力法的计算模型及加固特点。结果表明两种方法均能有效提高主梁承载能力,体外预应力加固法更经济,但根据城市管理部门对桥梁外观的要求,综合考虑后,仍然选择体内预应力加固方案。分析新老混凝土的粘结机理,研究其结合面粘结性能的影响因素及提升措施,并监测新老混凝土的粘结性能。监测结果显示新老混凝土结合面横桥向未见开裂,且顺桥向变形一致,表明新老混凝土粘结效果良好。开展梁体跨中底板的应力增量监测和加固后的荷载试验,并分析对比加固前后的结构响应。结果表明梁体底板压应力增加明显,小箱梁的承载能力满足要求,验证了损伤模型及加固模型的准确性,并论证了体内预应力加固方法的可行性。本文以分离式小箱梁为研究对象,通过病害(特别是预应力损失)对承载力的影响分析、损伤仿真分析、加固方案比选及新老混凝土粘结性能分析等一系列研究,验证了体内预应力加固技术的可行性,并检验了加固效果。本文的研究成果对分离式小箱梁的加固具有一定的指导意义。

关键词：分离式小箱梁承载能力损伤模拟体内预应力加固新老混凝土粘结性

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悬索桥损伤指标的适用性分析

悬索桥损伤指标的适用性分析

作者：刘嫦娟大连海事大学

学位级别：硕士

在诸如悬索桥这样的复杂结构的健康监测与诊断中，传感器的布设方案和损伤指标体系的选择直接影响着损伤识别的效果。国内外学者在相关领域进行了大量研究并取得了一定成果，但是由于结构的健康诊断与损伤识别问题的复杂性，目前的研究... 详细信息

在诸如悬索桥这样的复杂结构的健康监测与诊断中，传感器的布设方案和损伤指标体系的选择直接影响着损伤识别的效果。国内外学者在相关领域进行了大量研究并取得了一定成果，但是由于结构的健康诊断与损伤识别问题的复杂性，目前的研究成果仅仅是初步的，仍存在大量的理论与实际问题有待深入研究。与大量的结构自由度相比，监测和测量系统的传感器数量是十分有限的，因此对大型复杂结构响应的测量一般都是不完备的，这将导致结构识别结果的不唯一性;加之结构工况的复杂性和工作环境的随机性，合理地布设传感器和恰当地选用健康状态指标对于悬索桥结构的健康诊断是十分重要的。传感器布设与健康状态指标的选择是密切相关的。目前，根据所用数据的类型将损伤指标大致分为两大类：基于静态特性的损伤指标和基于动态特性的损伤指标。悬索桥是一个由多种材料、不同构件组成的复杂体系，不同部位的损伤对各个指标的影响也是不同的，单一的指标很难识别出悬索桥所有部位的损伤，为此，本文通过ANSYS建立起的有限元模型进行数值模拟，着重分析了在无噪声情况下频率改变比、模态曲率差、静态应变差指标对吊索、主梁、和主缆三种常见损伤类型的识别效果，提出了将频率改变比、模态曲率差、静态应变差指标组成的指标体系来识别悬索桥的损伤。根据上述三个指标自身的特点提出了一组针对悬索桥的简单易行的传感器布设方法，详细论述了悬索桥检测时应变、频率、模态曲率的测点布置情况。应变测点根据应变分布图来进行布置，频率则是依据动能最大原理来布设，模态曲率测量则是采用逐步累加法利用MAC矩阵来评价测点形成的振型的正交性。在悬索桥整桥试验模型上对悬索桥可能的损伤情况进行了试验模拟，提取结构损伤前后的频率改变比为输入数据，应用神经网络技术对损伤区域定位进行了试验研究。结果表明除主缆损伤不能定位外，吊索损伤和主梁损伤具有较好的定位效果。频率改变比对模型悬索桥结构定位的可行性为实际工程的损伤检测提供了很大的帮助。

关键词：悬索桥损伤识别传感器布设损伤模拟

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面向大跨度斜拉桥的损伤灵敏度模型试验研究

面向大跨度斜拉桥的损伤灵敏度模型试验研究

作者：杜洁力大连海事大学

学位级别：硕士

桥梁结构正不断朝着大跨度、轻柔化的方向发展,斜拉桥因具有跨越能力大、造型美观等优点,被广泛地应用于大跨度桥梁的建设中。然而随着服役时间的增加以及外部环境的影响,其结构难免出现损伤,直接威胁人民的生命财产安全。大型结构的健... 详细信息

桥梁结构正不断朝着大跨度、轻柔化的方向发展,斜拉桥因具有跨越能力大、造型美观等优点,被广泛地应用于大跨度桥梁的建设中。然而随着服役时间的增加以及外部环境的影响,其结构难免出现损伤,直接威胁人民的生命财产安全。大型结构的健康监测与诊断研究已成为国内外学术界和工程界研究的热点,但是利用拼装式的大跨度斜拉桥模型进行长期健康监测的试验研究还很少。首先,本文参考世界大跨度斜拉桥的基本资料,自行设计拼装了一座服务于健康监测研究的可拆卸式斜拉桥试验模型。应用有限元软件建立了与试验模型配套的数值模型,通过有限元软件对试验模型的预分析,初步明确了试验模型的静动力特性,并探讨了用于试验参数观测的传感器布置方案。其次,在试验模型上进行了静力加载试验,参照有限元计算结果,明确了试验模型和有限元模型在静力响应上的一致性。接着以有限元计算的索力优化值为参考,在试验模型配重的状态下将各斜拉索索力调至计算值,并将索力优化后的模型作为无损状态,重新记录各静力参数的观测值,同时对无损模型进行了固有频率的观测。最后,自行设计并完成了 9种不同损伤工况下的损伤模拟试验,观测记录了各损伤工况下结构的静动力响应特征,并与无损模型的静动力参数做对比,分析了加劲梁挠度、斜拉索索力、加劲梁应变和结构固有频率在几种不同结构损伤工况下的变化规律和灵敏度特性,对大跨度斜拉桥的健康诊断技术进行了初步的探讨。

关键词：斜拉桥模型试验健康诊断损伤模拟灵敏度

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基于影响面分析的桥梁结构健康状态评价

基于影响面分析的桥梁结构健康状态评价

作者：杨珊珊大连海事大学

学位级别：硕士

在诸如悬索桥这样复杂结构的健康检测与诊断中,传感器的布设方案和损伤指标体系的选择直接影响着损伤识别的效果。国内外学者在相关领域进行了大量研究并取得了一定成果,但是由于结构的健康诊断与损伤识别的问题的复杂性,目前的研究成... 详细信息

在诸如悬索桥这样复杂结构的健康检测与诊断中,传感器的布设方案和损伤指标体系的选择直接影响着损伤识别的效果。国内外学者在相关领域进行了大量研究并取得了一定成果,但是由于结构的健康诊断与损伤识别的问题的复杂性,目前的研究成果仅仅是初步的,仍存在大量的理论与实际问题有待深入研究。悬索桥是一个由多种材料、不同构件组成的复杂体系,不同部位的损伤对各个指标的影响也是不同的,单一的指标很难识别出悬索桥所有部位的损伤,为此,本文通过ANSYS建立起的有限元模型进行影响面加载计算,而影响面的计算是基于空间结构模型的分析方法,能够很好地反映桥梁的实际受力状态。通过影响面分析来确定桥梁结构的健康状态是一个有效的途径。影响面分析具有一定的特殊性和复杂性,从而也具有重要的研究意义和实用价值。本文在有关理论的基础上,对悬索桥结构进行影响面计算和损伤识别分析,主要内容如下:(1)基于有限元理论,针对悬索桥的受力特点,在ANSYS中建立了一悬索桥有限元模型,通过施加移动单位力的静力计算方法分析了悬索桥关键部位的内力和位移等静态响应。(2)基于有限元分析结果,提取了关键部位的内力和位移等静力响应,应用MATLAB绘制了这些内力和位移影响面图形,并对结构损伤前后影响面图形进行了比较和分析。(3)对结构进行不同部位的损伤模拟,着重分析了桥面板受损及吊索受损情况。通过选择不同的观测点,综合观测结果,表明这两种损伤都具有较好定位效果。该方法对模型悬索桥结构定位的可行性为实际工程的损伤检测提供了很大的帮助。

关键词：悬索桥影响面损伤模拟损伤识别

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大连北大桥有限元模型修正与损伤识别研究

大连北大桥有限元模型修正与损伤识别研究

作者：贾茹大连理工大学

学位级别：硕士

我国对基础设施建设的大力支持和人们对出行便利的不断追求促使全国各地桥梁结构的大规模涌现。随着桥梁运营时间的不断累计,在役桥梁出现了各类病害,轻则影响结构的使用性,重则将会影响结构安全性,造成难以挽回的危害,因此保证桥梁结... 详细信息

我国对基础设施建设的大力支持和人们对出行便利的不断追求促使全国各地桥梁结构的大规模涌现。随着桥梁运营时间的不断累计,在役桥梁出现了各类病害,轻则影响结构的使用性,重则将会影响结构安全性,造成难以挽回的危害,因此保证桥梁结构的正常使用成了桥梁运营期间的重点工作。为了实时监测和掌握结构的状态,桥梁健康监测技术逐渐被重视和使用,而监测系统能做到实时监测、实时评估的核心和关键点是通过对精确的有限元模型的分析,选定可用于损伤识别的方法,并利用该方法进行损伤的识别及定位。大连北大桥作为滨海区的重要交通要道,于加固后加入健康监测系统。为了实现健康监测系统识别结构损伤的功能,针对大连北大桥结构的专项研究成了亟待解决的问题。本文以大连北大桥为研究对象展开以下工作:(1)查阅国内外的相关资料及研究文献,对桥梁结构有限元模型修正技术和损伤识别技术分别进行了概述,简要介绍了其在国内外的发展过程,并系统的介绍了有限元模型修正关键技术的基本原理和基于动、静力特性的损伤识别方法的基本原理。(2)介绍了大连北大桥的健康监测系统,查阅文献选定监测数据的处理方法,对系统采集到的温度、挠度及应变数据做回归分析。将回归分析得到的截面的温度挠度系数及温度应变系数作为模型修正的部分目标值。(3)利用有限元软件Midas/Civil建立大连北大桥的初始有限元模型,计算模型的温度响应及静载响应,与实测数据对比,判定有限元模型修正的必要性。(4)在构件敏感性分析的基础上,结合建模过程的存在的问题,制定模型修正的两个步骤,实现有限元模型的修正。(5)针对吊杆断丝、断裂、加劲梁上/下弦杆断裂的突发性损伤,研究吊杆索力差、挠度曲率差、固有频率差及模态曲率差四个损伤指标的适用性。(6)分析在结构发生突发性损伤时,吊杆及加劲梁节点位置对可用于损伤定位的损伤指标的敏感性。

关键词：大连北大桥有限元模型修正损伤模拟损伤识别

面向健康诊断的悬索桥损伤灵敏度模型试验研究

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面向健康诊断的悬索桥损伤灵敏度模型试验研究

作者：石健大连海事大学

学位级别：硕士

随着设计理论和施工技术的发展,以及高强度材料的应用,桥梁结构正向大跨度、轻柔化的方向发展。由于具有跨越能力大、结构轻型美观的优点,悬索桥已成为特大跨度桥梁的首选桥型。桥梁结构在长期使用的过程中难免会发生各种各样的损伤,... 详细信息

随着设计理论和施工技术的发展,以及高强度材料的应用,桥梁结构正向大跨度、轻柔化的方向发展。由于具有跨越能力大、结构轻型美观的优点,悬索桥已成为特大跨度桥梁的首选桥型。桥梁结构在长期使用的过程中难免会发生各种各样的损伤,必然导致桥梁承载能力和耐久性的降低,甚至影响到运营的安全。世界上发生的几起桥梁倒塌和报废事故,使人们逐渐认识到桥梁健康诊断的重要性和迫切性。为保证大跨度桥梁结构的安全性和耐久性,需要在施工及运营阶段对桥梁进行监测。大型工程结构的健康监测与诊断的研究已经成为国内外学术界、工程界研究的新热点。在众多的研究中,对桥梁结构,特别是悬索桥,采用整体试验模型进行的健康诊断试验研究还很少。本文通过对收集到的国内外大跨度悬索桥的设计资料进行统计分析,以构想中的1座跨度达1000m的悬索桥为研究对象,对和虚拟原桥比例为1:100的悬索桥模型进行了静载试验和损伤模拟试验。借助该试验模型,同时辅助于有限元数值模型,首先分析了悬索桥模型的静动力特性,然后对悬索桥结构的可能的损伤情况(包括异常状态)进行了模拟,观测和记录了结构的主要静动态响应,基于试验、理论和数值分析探讨了悬索桥结构的主要静动态响应的变化规律和灵敏度特性。通过试验研究和有限元计算得出以下主要结论: (1) 加劲梁的挠度对悬索桥主缆的损伤反应很敏感,对结构的局部损伤反应甚微;(2) 应力应变对结构的局部损伤反应比较敏感;(3) 桥塔两侧和锚固处的主缆拉力对主缆的损伤灵敏程度较高,尤其是锚固处,应作为重点关注的部位: (4) 主缆的损伤对全桥结构构形和索力分布均造成影响,而吊索的损伤发引起自身附近区域的主缆和吊索索力的变化;(5) 结构的固有频率可以察觉损伤,但不能确定损伤的部位和损伤程度。

关键词：悬索桥模型试验健康诊断损伤模拟灵敏度