基于灵敏度分析的船桥碰撞损伤与荷载同步识别方法

发布时间：2020-09-16 17:44

　　船桥碰撞事故会导致桥梁结构受损从而严重威胁桥梁安全。船桥碰撞研究主要集中在船桥碰撞预防研究和船桥碰撞防撞装置研究,船桥碰撞荷载与桥体损伤识别的研究较少。开展船桥碰撞荷载与损伤识别研究可在碰撞发生后及时判定结构的安全状态,为桥梁灾后的快速评估提供依据。本文依托国家自然科学基金“基于子结构的非线性有限元模型修正与损伤识别”,以深茂铁路潭江特大桥为研究对象,提出了基于灵敏度分析的非线性结构参数识别方法;推导了移动荷载作用下的有限元模型修正方法,并结合监测数据对深茂铁路潭江特大桥进行有限元模型修正;以修正后的桥梁有限元模型为对象,同步识别了船桥碰撞荷载与桥体损伤;为提高计算效率研究了基于子结构的船桥碰撞荷载与损伤同步识别方法。本文主要从以下四个方面展开:1.研究了基于灵敏度分析的非线性结构参数识别方法。推导非线性结构的运动方程,使用荷载正交项系数离散荷载,使用结构刚度系数离散结构刚度,然后分别计算结构动力响应对荷载正交项系数和结构刚度系数的动力响应灵敏度,最后利用基于灵敏度的优化迭代方法,得到最优的荷载正交项系数与结构刚度系数。2.研究了移动荷载作用下的有限元模型修正方法。推导移动列车荷载作用下的桥梁结构运动方程,建立移动荷载的契比雪夫参数化表达和结构刚度的参数化表达,利用基于灵敏度分析的非线性结构参数识别方法求解动力响应对契比雪夫多项式系数和结构刚度系数的动力响应灵敏度以提供优化搜索方向,完成移动荷载作用下的桥梁有限元模型修正。3.研究了船桥碰撞荷载与损伤同步识别方法。推导利用荷载正交项系数与结构刚度系数进行参数化表达的运动方程,利用基于灵敏度分析的非线性结构参数识别方法计算结构动力响应对碰撞荷载正交项系数与结构刚度系数的灵敏度,最终同步识别碰撞荷载与桥体损伤。建立ANSYS模型模拟船桥碰撞过程,获得碰撞荷载与损伤情况,利用船桥碰撞荷载与损伤同步识别方法识别碰撞荷载与结构损伤,将计算结果与ANSYS荷载与损伤情况进行对比,证明了该方法的正确性。4.研究了基于子结构的船桥碰撞荷载与损伤同步识别方法。推导基于加速度均方根的船桥碰撞能量指标以判定船撞桥事故是否发生并定位船桥碰撞位置,将碰撞位置附近区域分割为一个独立子结构单独进行分析,推导使用荷载正交项系数和结构刚度系数表示的子结构运动方程,推导子结构动力响应对荷载正交项系数和结构刚度系数的灵敏度矩阵以指引待识别系数的变化方向,最终同步识别碰撞荷载与子结构损伤。对比基于子结构的船桥碰撞荷载与损伤同步识别方法识别出的荷载与损伤与ANSYS模型的荷载与损伤,验证了基于子结构的船桥碰撞荷载与损伤同步识别方法的正确性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U443.26
【部分图文】：

船桥,碰撞事故

1(c) 粤赣高速立交匝道桥坍塌事故 (d) 浙江宁波金塘大桥船桥碰撞事故图 1-1 船桥碰撞事故避免船桥碰撞、减少船桥碰撞损失、快速识别船桥碰撞并进行损伤识别已科研工作者迫切需要解决的问题[1]。关于船桥碰撞的研究按照目的分类可以分

折线形,应力-应变关系,单元长度

图 2-2 简化后的折线形应力-应变关系01 时，应力为：1 E 和 0.002 之间时：2 E 和 0.0035 之间时：c f后的折线形应力-应变关系的简支梁模型，如个单元，每个单元长度为 1 m。结构密度ρ=25.25×1010N/m2，E2=1.25×1010N/m2，泊松比μ=载 F=10000×(sin(6t)+0.5×sin(0.5t)+0.25×sin(0的损伤。

折线形,应力-应变关系,简谐荷载,单元长度

图 2-2 简化后的折线形应力-应变关系小于 0.001 时，应力为：1 E 在 0.001 和 0.002 之间时：2 E 在 0.002 和 0.0035 之间时：c f基于简化后的折线形应力-应变关系的简支梁模型，如图 2-3 所节点，2 个单元，每个单元长度为 1 m。结构密度ρ=2500kg/m3, 5m2，E1=3.25×1010N/m2，E2=1.25×1010N/m2，泊松比μ=0.3，在节个简谐荷载 F=10000×(sin(6t)+0.5×sin(0.5t)+0.25×sin(0.25t)) N，发生 20%的损伤。

【参考文献】