基于时变模态参数的桥墩冲刷深度辨识方法研究

发布时间：2020-02-22 20:26

【摘要】：大跨度桥梁作为跨海大桥的重要组成部分,在跨海大桥如雨后春笋般出现的情况下,其在长期服役过程中的运营安全状况倍受关注。在跨海大桥的正常运营过程中,除了面临陆地桥梁运营过程中存在的问题外,桥墩的冲刷也对其安全运营有着至关重要的影响。本文基于以上考虑,针对跨海大桥的特点,从分析桥梁的健康监测数据入手,结合有限元模型的计算结果,提出了一套基于桥梁健康监测数据的桥墩冲刷深度辨识方法。首先,本文介绍了研究对象杭州湾大桥南航道桥健康监测系统的传感器类型和布置情况,据此可以实时监测结构的动力响应和运营环境。根据大桥的设计资料,基于有限元软件Midas-Civil完成了研究对象的主体部分有限元建模,采用土弹簧模拟桩-土作用,完成结构基础部分建模,并根据该桥成桥荷载试验的模态参数结果完成了有限元模型的修正。其次,在得到基准有限元模型的基础上,本文采用土弹簧由上到下逐层消失,消失土层以下土弹簧刚度发生重分布的方式来模拟整个冲刷过程,从而完成敏感性分析,得到不同阶频率随冲刷深度的变化趋势,找到对桥墩冲刷敏感的模态作为后续研究中辨识冲刷深度的备选频率。最后,依据健康监测数据,采用频域分解法辨识结构的模态参数,以模态置信度为指标评价振型辨识结果与有限元计算结果的一致性;基于长期的加速度监测数据,辨识得到敏感模态的频率时程曲线,然后以非线性主成分分析为预处理工具,从频率时程中去除温度对频率的影响,得到冲刷作用下敏感模态的时程曲线,结合有限元计算得到的敏感模态频率值随冲刷深度的变化趋势实现冲刷深度的辨识,并根据近年杭州湾大桥的水下探摸结果验证了辨识结果的准确性;为了研究现有冲刷深度下结构受力状态发生的变化,本文考虑在冲刷和未冲刷的有限元模型上施加船舶撞击荷载和恒载来进行对比分析。本文提出的基于桥梁健康监测系统的桥墩冲刷深度辨识方法,针对大跨度桥梁具有简单、经济、快速、准确和有效的特点,对于中小跨径桥梁的适用性还有待进一步研究。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.32

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本文编号：2581983