基于广义局部信息熵的钢筋混凝土梁损伤识别研究

发布时间：2019-11-21 18:28

【摘要】：公路交通是交通运输系统的生命线工程,而桥梁是公路交通的咽喉,因此桥梁的健康状态是保证交通运输系统正常运行的前提。但随着公路交通量剧增、超重车、环境因素、设计施工的先天不足等原因使桥梁发生各种损伤。因此,对桥梁进行损伤识别研究,保证桥梁正常运行具有重要意义和价值。损伤识别理论是桥梁健康监测系统必不可少的组成部分,传统损伤识别方法一般要经过复杂的计算或信号变换过程,而且一般只有大桥、特大桥才会进行健康监测。但现今我国即将由桥梁建设进入桥梁养护、维修时期,其中中小跨径钢筋混凝土桥梁占据较大比例,大量中小跨径桥梁需要进行检测和维修加固,所以研究针对中小跨径桥梁的损伤识别方法具有实际意义。将机械损伤识别中的广义局部信息熵损伤指标引入钢筋混凝土桥梁损伤识别领域,将其扩展到静力测试方面,并将数据处理方法进一步改进,使结果更加直观。该指标理论简单、概念清晰,无需结构无损状态数据,无需有限元模拟。解决了利用传统损伤指标进行损伤识别时需经过复杂计算,结构初始状态数据不易获取,损伤识别精度受有限元模拟精度影响大的问题。利用有限元分析软件Midas/Civil建立钢筋混凝土梁有限元模型进行模拟分析,得到模型的振型和挠度数据,构造广义局部信息熵指标。研究基于振型的广义局部信息熵时,分析了钢筋混凝土简支梁和三跨连续梁两个模型,利用一阶振型和二阶振型数据构造广义局部信息熵。研究基于挠度的广义局部信息熵时,只进行了简支梁模拟,利用挠度数据构造广义局部信息熵,为了便于后续进行实验验证,分析了4组逐渐减少的数据采样点。对损伤指标进行验证时,分析了指标在损伤定位、损伤定量和抗噪性方面的效果。损伤定位分析了钢筋混凝土梁的单点损伤和多点损伤。损伤程度只进行了定性分析。抗噪性分析了两种噪声水平下的单点损伤和多点损伤。数值模拟结果表明基于振型的广义局部信息熵可以确定简支梁和连续梁的损伤位置,基于一阶振型的广义局部信息熵可以较好的分析简支梁和连续梁的损伤程度,基于二阶振型的广义局部信息熵在简支梁和连续梁中可以较好的抵抗噪声。基于挠度的广义局部信息熵在采样点数量合适的情况下,可以确定损伤位置,分析损伤程度,并且具有较好的抗噪性。指标的实用性有待进一步实验验证。基于广义局部信息熵的损伤识别方法相比传统损伤指标有一定优势,该指标有望为中小跨径桥梁损伤识别提供切实可行的新方法,为大桥、特大桥监测系统的损伤识别提供新思路。
【图文】：

模型图,动力分析,简支梁,模型

本文建立钢筋混凝土简支梁模型、钢筋混凝土连续梁模型进行动力分析，静力分析时只分析了钢筋混凝土简支梁模型，用于静力和动力分析的钢筋混凝土简支梁模型各参数相同。三个模型的共同参数为，混凝土强度等级为 C50，梁截面尺寸为 b h=180mm300mm，混凝土材料参数：密度 2500kg/m3，弹性模量 3.45 1010Pa，，泊松比 0.2。3.1 简支梁动力分析模型利用 Midas/Civil 中的梁单元建立简支梁模型，以不同节点损伤模拟不同损伤位置，以不同程度降低损伤节点处两单元截面高度模拟不同程度损伤。3.1.1 基本模型简支梁全长 L=3000mm，单元长度 10mm，全梁共 300 个单元，301 个节点。配筋情况为：底部受力钢筋3Φ14，顶部架立钢筋2Φ12，箍筋Φ8@100，箍筋保护层厚度20mm。无损简支梁模型如图 3.1 所示。

动力分析,简支梁,单点,损伤位置

图 3.2 简支梁动力分析单点损伤模型图 3.3 简支梁动力分析两点损伤模型损伤定位以损伤相对长度表示，设 RL（Relative Length）为损伤相对长度，Lc为损伤位置距梁左端支座长度，L 为梁计算长度，则 RL=Lc/L 表示损伤位置。简支梁损伤的相对长度 RL 与具体损伤位置和损伤节点的对应关系如表 3.1 所示。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U446

【参考文献】