基于车桥耦合振动系统的桥梁损伤时域识别方法
发布时间：2021-10-17 16:50
随着全国交通行业的迅速发展,包括城市生命线工程在内的基础设施建设发挥了重要作用,桥梁是其中不可或缺的重要组成部分。随着载运量不断提高,服役桥梁会出现不同程度的损伤,损伤的累积会给结构安全和正常运营带来隐患。本文主要以车桥耦合系统为研究对象,即桥梁正常运营状态,研究结构物理参数、结构损伤和相互作用力的识别方法,具体研究内容包括:（1）对车辆-桥梁耦合时变系统进行分析建模,基于桥梁响应对单元刚度的灵敏度识别桥梁结构损伤,引入正则化方法改善求解反问题的不适定性。通过数值仿真分析,验证了该方法能够较好地识别损伤位置和损伤程度。（2）基于无迹卡尔曼滤波器算法,扩展结构物理参数至状态量中,识别结构弹性模量和各个单元抗弯刚度损伤程度。引入伪观测更新过程,对无迹卡尔曼滤波算法进行正则化约束,在时间步内进行迭代,使损伤因子能够更快地收敛至稳定值。以车辆子系统作为研究对象,将车辆-桥梁相互作用力直接扩展至状态量中,通过观测车辆响应对耦合力进行识别,识别方法简便并且精度高。（3）以波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥为工程背景,分别建立了实体有限元模型和空间梁单元有限元模型,通过数值模拟分析其力学特性,在此基础...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车致桥梁倒塌事故
炷?劣αΓ?褂肬KF方法在线识别出了对恢复力敏感的非线性材料本构参数。1.2.3车载作用下波形钢腹板PC箱梁桥的动力特性波形钢腹板PC组合箱梁自1986年法国科涅克大桥(CognacBridge)诞生以来，在世界各国桥梁建设中得到了广泛的应用[35,36]。特别是在日本使用波形钢腹板箱梁的新建或在建桥梁总数超过200座，而中国建成与在建的波形钢腹板桥梁也超过了60座[37]，广东、山西、河北多个省份得到广泛应用。该类型组合梁采用厚度为10~20mm的波形钢板取代了混凝土腹板，采用体外预应力钢束代替部分体内预应力钢束，具体构造见图1-2。图1-2波形钢腹板PC连续箱梁桥图1-3波形钢腹板PC箱梁桥构造这种钢-混凝土组合结构具有减轻结构自重、加快施工速度、提高预应力效率、充分发挥材料效率、完全避免腹板开裂等显著优点[38]，因而得到广泛应用。通过查阅相关文献，可以发现许多学者对波形钢腹板PC箱梁桥的静力性能做了大量的研究，其中包括了等截面和变截面波形钢腹板PC箱梁弯曲性能、扭转性能[39]、畸变效应[40]、剪力滞效应[41]和腹板稳定性[42]等问题的研究，已经对当前波形钢腹板PC箱梁桥的设计和建设提供了较为全面的理论依据，但是对于该类桥梁的动力性能研究却才刚刚起步。张永健等[43]基于能量变分方法，得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解，相较于初等梁理论计算频率有所降低；冀伟等[44,45]在此基础上，推导该桥型竖向弯曲振动微分方程，横隔板数量的改变对箱梁高阶扭转模态频率
恢复力敏感的非线性材料本构参数。1.2.3车载作用下波形钢腹板PC箱梁桥的动力特性波形钢腹板PC组合箱梁自1986年法国科涅克大桥(CognacBridge)诞生以来，在世界各国桥梁建设中得到了广泛的应用[35,36]。特别是在日本使用波形钢腹板箱梁的新建或在建桥梁总数超过200座，而中国建成与在建的波形钢腹板桥梁也超过了60座[37]，广东、山西、河北多个省份得到广泛应用。该类型组合梁采用厚度为10~20mm的波形钢板取代了混凝土腹板，采用体外预应力钢束代替部分体内预应力钢束，具体构造见图1-2。图1-2波形钢腹板PC连续箱梁桥图1-3波形钢腹板PC箱梁桥构造这种钢-混凝土组合结构具有减轻结构自重、加快施工速度、提高预应力效率、充分发挥材料效率、完全避免腹板开裂等显著优点[38]，因而得到广泛应用。通过查阅相关文献，可以发现许多学者对波形钢腹板PC箱梁桥的静力性能做了大量的研究，其中包括了等截面和变截面波形钢腹板PC箱梁弯曲性能、扭转性能[39]、畸变效应[40]、剪力滞效应[41]和腹板稳定性[42]等问题的研究，已经对当前波形钢腹板PC箱梁桥的设计和建设提供了较为全面的理论依据，但是对于该类桥梁的动力性能研究却才刚刚起步。张永健等[43]基于能量变分方法，得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解，相较于初等梁理论计算频率有所降低；冀伟等[44,45]在此基础上，推导该桥型竖向弯曲振动微分方程，横隔板数量的改变对箱梁高阶扭转模态频率
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于车桥耦合振动信号和扩展卡尔曼滤波的桥梁结构损伤识别[J]. 黄进鹏,黄杰忠,张纯,宋固全. 土木工程与管理学报. 2018(05)
[2]混凝土连续箱梁桥拼接拓宽后箱梁顶板病害分析[J]. 吴文清,唐章翔,张慧,赵昊. 中国公路学报. 2018(05)
[3]波形钢腹板PC组合箱梁桥的挠度计算与分析[J]. 冀伟,蔺鹏臻,刘世忠. 西南交通大学学报. 2018(01)
[4]基于l1正则化无迹卡尔曼滤波的结构损伤方法[J]. 张纯,陈林,宋固全,田福志. 工程力学. 2017(08)
[5]波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁扭转与畸变研究进展[J]. 李宏江. 建筑结构学报. 2017(07)
[6]波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率分析与试验研究[J]. 冀伟,刘世忠,蔺鹏臻. 中南大学学报(自然科学版). 2016(04)
[7]环境激励下结构模态参数识别方法综述[J]. 刘宇飞,辛克贵,樊健生,崔定宇. 工程力学. 2014(04)
[8]体外预应力对波形钢腹板箱梁自振频率的影响分析[J]. 郑尚敏,马磊,万水. 东南大学学报(自然科学版). 2014(01)
[9]基于约束UKF模型更新的混合试验方法[J]. 王涛,吴斌. 地震工程与工程振动. 2013(05)
[10]波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究[J]. 张永健,黄平明,狄谨,周绪红. 交通运输工程学报. 2008(05)
博士论文
[1]基于列车—桥梁耦合振动响应的桥梁损伤识别方法研究[D]. 安宁.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]大跨径波形钢腹板连续梁桥车桥耦合振动响应分析[D]. 张政韬.华东交通大学 2018
[2]基于改进HHT的混凝土简支梁桥非线性损伤识别方法[D]. 张衡.重庆大学 2018
[3]波形钢腹板箱梁桥剪力滞效应研究[D]. 葛盼盼.西南交通大学 2017
[4]无线传感器网络中时变稀疏信号重构[D]. 彭嫔.华南理工大学 2017
[5]车辆—轨道系统参数识别方法[D]. 张延哲.哈尔滨工业大学 2016
[6]温度对混凝土梁式桥动力特性演化规律的影响[D]. 李玉忠.北京交通大学 2016
[7]基于动态测试信息的结构材料本构参数识别方法[D]. 刘斌.哈尔滨工业大学 2014
[8]卡尔曼滤波和卡尔曼预测方法的改进及其在结构损伤识别中的应用[D]. 陈锋.厦门大学 2014
[9]考虑环境温度及混凝土依时特性的混凝土梁式桥自振特性演化[D]. 杨明哲.北京交通大学 2014
[10]基于部分观测信息的结构参数与荷载同步识别时域新方法[D]. 赵博宇.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3442100
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车致桥梁倒塌事故
炷?劣αΓ?褂肬KF方法在线识别出了对恢复力敏感的非线性材料本构参数。1.2.3车载作用下波形钢腹板PC箱梁桥的动力特性波形钢腹板PC组合箱梁自1986年法国科涅克大桥(CognacBridge)诞生以来，在世界各国桥梁建设中得到了广泛的应用[35,36]。特别是在日本使用波形钢腹板箱梁的新建或在建桥梁总数超过200座，而中国建成与在建的波形钢腹板桥梁也超过了60座[37]，广东、山西、河北多个省份得到广泛应用。该类型组合梁采用厚度为10~20mm的波形钢板取代了混凝土腹板，采用体外预应力钢束代替部分体内预应力钢束，具体构造见图1-2。图1-2波形钢腹板PC连续箱梁桥图1-3波形钢腹板PC箱梁桥构造这种钢-混凝土组合结构具有减轻结构自重、加快施工速度、提高预应力效率、充分发挥材料效率、完全避免腹板开裂等显著优点[38]，因而得到广泛应用。通过查阅相关文献，可以发现许多学者对波形钢腹板PC箱梁桥的静力性能做了大量的研究，其中包括了等截面和变截面波形钢腹板PC箱梁弯曲性能、扭转性能[39]、畸变效应[40]、剪力滞效应[41]和腹板稳定性[42]等问题的研究，已经对当前波形钢腹板PC箱梁桥的设计和建设提供了较为全面的理论依据，但是对于该类桥梁的动力性能研究却才刚刚起步。张永健等[43]基于能量变分方法，得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解，相较于初等梁理论计算频率有所降低；冀伟等[44,45]在此基础上，推导该桥型竖向弯曲振动微分方程，横隔板数量的改变对箱梁高阶扭转模态频率
恢复力敏感的非线性材料本构参数。1.2.3车载作用下波形钢腹板PC箱梁桥的动力特性波形钢腹板PC组合箱梁自1986年法国科涅克大桥(CognacBridge)诞生以来，在世界各国桥梁建设中得到了广泛的应用[35,36]。特别是在日本使用波形钢腹板箱梁的新建或在建桥梁总数超过200座，而中国建成与在建的波形钢腹板桥梁也超过了60座[37]，广东、山西、河北多个省份得到广泛应用。该类型组合梁采用厚度为10~20mm的波形钢板取代了混凝土腹板，采用体外预应力钢束代替部分体内预应力钢束，具体构造见图1-2。图1-2波形钢腹板PC连续箱梁桥图1-3波形钢腹板PC箱梁桥构造这种钢-混凝土组合结构具有减轻结构自重、加快施工速度、提高预应力效率、充分发挥材料效率、完全避免腹板开裂等显著优点[38]，因而得到广泛应用。通过查阅相关文献，可以发现许多学者对波形钢腹板PC箱梁桥的静力性能做了大量的研究，其中包括了等截面和变截面波形钢腹板PC箱梁弯曲性能、扭转性能[39]、畸变效应[40]、剪力滞效应[41]和腹板稳定性[42]等问题的研究，已经对当前波形钢腹板PC箱梁桥的设计和建设提供了较为全面的理论依据，但是对于该类桥梁的动力性能研究却才刚刚起步。张永健等[43]基于能量变分方法，得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解，相较于初等梁理论计算频率有所降低；冀伟等[44,45]在此基础上，推导该桥型竖向弯曲振动微分方程，横隔板数量的改变对箱梁高阶扭转模态频率
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于车桥耦合振动信号和扩展卡尔曼滤波的桥梁结构损伤识别[J]. 黄进鹏,黄杰忠,张纯,宋固全. 土木工程与管理学报. 2018(05)
[2]混凝土连续箱梁桥拼接拓宽后箱梁顶板病害分析[J]. 吴文清,唐章翔,张慧,赵昊. 中国公路学报. 2018(05)
[3]波形钢腹板PC组合箱梁桥的挠度计算与分析[J]. 冀伟,蔺鹏臻,刘世忠. 西南交通大学学报. 2018(01)
[4]基于l1正则化无迹卡尔曼滤波的结构损伤方法[J]. 张纯,陈林,宋固全,田福志. 工程力学. 2017(08)
[5]波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁扭转与畸变研究进展[J]. 李宏江. 建筑结构学报. 2017(07)
[6]波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率分析与试验研究[J]. 冀伟,刘世忠,蔺鹏臻. 中南大学学报(自然科学版). 2016(04)
[7]环境激励下结构模态参数识别方法综述[J]. 刘宇飞,辛克贵,樊健生,崔定宇. 工程力学. 2014(04)
[8]体外预应力对波形钢腹板箱梁自振频率的影响分析[J]. 郑尚敏,马磊,万水. 东南大学学报(自然科学版). 2014(01)
[9]基于约束UKF模型更新的混合试验方法[J]. 王涛,吴斌. 地震工程与工程振动. 2013(05)
[10]波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究[J]. 张永健,黄平明,狄谨,周绪红. 交通运输工程学报. 2008(05)
博士论文
[1]基于列车—桥梁耦合振动响应的桥梁损伤识别方法研究[D]. 安宁.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]大跨径波形钢腹板连续梁桥车桥耦合振动响应分析[D]. 张政韬.华东交通大学 2018
[2]基于改进HHT的混凝土简支梁桥非线性损伤识别方法[D]. 张衡.重庆大学 2018
[3]波形钢腹板箱梁桥剪力滞效应研究[D]. 葛盼盼.西南交通大学 2017
[4]无线传感器网络中时变稀疏信号重构[D]. 彭嫔.华南理工大学 2017
[5]车辆—轨道系统参数识别方法[D]. 张延哲.哈尔滨工业大学 2016
[6]温度对混凝土梁式桥动力特性演化规律的影响[D]. 李玉忠.北京交通大学 2016
[7]基于动态测试信息的结构材料本构参数识别方法[D]. 刘斌.哈尔滨工业大学 2014
[8]卡尔曼滤波和卡尔曼预测方法的改进及其在结构损伤识别中的应用[D]. 陈锋.厦门大学 2014
[9]考虑环境温度及混凝土依时特性的混凝土梁式桥自振特性演化[D]. 杨明哲.北京交通大学 2014
[10]基于部分观测信息的结构参数与荷载同步识别时域新方法[D]. 赵博宇.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3442100
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