移动荷载作用下超长线状结构损伤识别研究

发布时间：2020-10-29 17:15

　　 土木工程结构健康监测技术评价在结构安全评价以及可靠度评估等方面起着极其重要的作用,结构损伤识别作为结构健康监测的主要内容,一直是研究热点与前沿。传统损伤识别方法在超长线状结构损伤识别过程中存在传感器需求量过大、输入信息无法准确获得、输出数据无法完全采集以及噪音的影响等局限性,因此,研究移动荷载下超长线状结构损伤识别非常必要,迫切需要为超长线状结构的损伤识别提供一种新的技术支持与途径。论文基于国家重点基础研究发展计划973课题“动态时空环境效应下的地下结构健康诊断与服役性能预知理论”(2011CB013800)和国家自然科学基金项目“基于分布式识别策略的超长线状盾构隧道惟响应损伤定位方法研究”(No.51578261),在已有研究工作的基础上,以信息论和小波理论为基础,通过理论分析推导、数值仿真模拟、试验验证以及工程实践运用,对超长线状结构的损伤识别和传感器优化布置进行了系统深入的分析和研究,主要开展了如下五个方面的研究内容:(1)研究了基于加速度频响函数的超长线状结构模型修正方法。利用移动荷载作用下实测加速度频响函数对结构模型进行修正,使修正后的结构有限元模型的加速度频响函数尽可能与实际结构相应一致。通过移动荷载下缩尺土箱-铝管模型结构的实测加速度频响函数,对土体-超长线状结构的有限元模型进行修正,修正完成后,对比原模型和与修正模型的一阶频率、二阶频率、竖向变形以及加速度响应标准差,验证了所提出方法的先进性与精确性,也为后续结构的损伤识别分析提供可靠的分析保证。(2)研究了移动荷载作用下超长线状结构损伤识别定位。基于小波理论和小波残余力,利用重新构建的改进小波残余力指标进行移动荷载作用下超长线状结构损伤识别定位。通过移动荷载下土体-隧道结构的数值算例,分析了结构损伤识别结果,并比较了不同测点及不同测量噪音情况下超长线状结构损伤识别结果。同时,进行了移动荷载作用下土箱中缩尺铝管模型试验,二者结果基本吻合,验证了该算法的正确性。(3)综合分析了不同移动荷载对超长线状结构损伤识别的影响。结果表明,移动荷载大小对结构损伤识别影响不大,当移动荷载变化200%时,仍然能够对损伤进行准确定位;同时,不论是匀速荷载作用下还是变速荷载作用下,结构预先设置损伤处的损伤指标发生突变,均可有效地识别损伤的发生。(4)研究了移动荷载作用下超长线状结构损伤定量方法。在移动荷载作用下超长线状结构损伤定位的基础上,利用Lipschitz指数?将损伤程度与损伤指标大小进行量化分析,确定损伤指标与损伤程度的关系。移动荷载下土体-隧道结构的数值算例获得的损伤识别结果与实际损伤设置非常接近,识别结构刚度误差在5%范围内,同时,进行了移动荷载作用下土箱中超长线状缩尺铝管模型试验,验证了该算法的正确性,为超长线状结构的损伤识别定量研究提供了新的思路。(5)研究了基于互信息的超长线状结构传感器优化布置方法。基于信息论中的互信息理论,将超长线状结构划分为线性连接的子区间,将子区间的划分可归结为传感器的优化布置问题。同时,引入猴群算法思想,在优化过程中加入“爬”、“望”、“跳”的过程,从而减少试算过程,增加计算效率,为超长线状损伤识别前的传感器优化布置研究提供新的思路。通过移动荷载下土体-隧道结构的数值算例,分析了不同传感器布置方式对超长线状结构损伤识别结果的影响,综合判别效率及经济等因素,选择最优传感器布置方案。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU317
【部分图文】：

由于施工、材料等因素引起的有限元模型与）通常是由 E I来计算的。 12 21 2 3) [ , , ...... ] [0,0sx x x xn es EI H H H H H 2ssK ，s K 是由有限元模型计算而得的，是一个已I来计算，因此，根据 E I可以容易地评估损伤发生到的猴群算法作为优化算法来拟合 ( )eH 和 ( )sH 。模型与试验实测模型的刚度偏差，误差要求为 0.1%为 5 组，每组的数目是 4 个。在步长默认为 1 的情响应函数的模型修正方法流程如图 2-1 所示。 有限元模型拟合 和是否

(a) 用螺栓对法兰进行紧固 (b) 加速度传感器图 2-3 土箱-铝管模型示意图.3 移动荷载设置本试验中，以 6 个车厢的小车来模拟超长线状结构中的移动列车荷载，每个车距为 100 mm，移动荷载采用动力牵引小车装置，牵引装置能提供稳定的动力提供牵引列车在缩尺隧道模型中行驶的负荷，牵引装置的功率为 25 W，以 12in 的速度旋转，采样频率为 1000 Hz。为了避免出现偶然误差，每个工况均测试次。图 2-4 为移动荷载模型及牵引装置示意图。

a) 用螺栓对法兰进行紧固 (b) 加速度传感图 2-3 土箱-铝管模型示意图设置以 6 个车厢的小车来模拟超长线状结构中的移动列m，移动荷载采用动力牵引小车装置，牵引装置能车在缩尺隧道模型中行驶的负荷，牵引装置的功率，采样频率为 1000 Hz。为了避免出现偶然误差，移动荷载模型及牵引装置示意图。传
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本文编号：2861208