基于车辆动力响应的梁式桥损伤识别研究

发布时间：2020-06-18 02:04

【摘要】：基于振动的桥梁结构损伤识别技术是当前桥梁结构健康监测领域中的热点,其基本原理是损伤会导致结构的自振频率、振型和模态阻尼比等参数发生改变,通过模态参数的改变可识别损伤的位置及程度。其中基于模态振型曲率变化的损伤识别具有原理简单、结果直观和效率较高的优点,但对高空间分辨率振型的需求,中心差分法导致的低抗噪性和难以定量损伤的缺点极大限制了其应用范围。本文利用从移动车辆的动力响应中识别的高空间分辨率振型,采用定位-定量两阶段策略识别损伤。首先基于区域振型曲率差建立了损伤定位指标,识别出损伤数量及位置;然后采用有限元模型建立损伤方程组对已经定位的损伤区域进行损伤程度估计;最后通过实验验证所提出的损伤识别方法。本文研究内容如下:(1)通过理论推导建立了簧上质量块车桥耦合振动有限元模型。采用带通滤波器和希尔伯特变换,从车辆的动力响应中识别桥梁模态振型,并通过数值算例研究了不同因素如车速、随机车流等对振型识别精度的影响。为后续基于车辆响应的梁式桥的损伤识别奠定基础。(2)充分利用从车辆响应识别出的振型具有较高空间分辨率特点,定义区域振型曲率的概念和相应的损伤定位指标,并将其应用于梁式桥损伤定位。数值算例表明该损伤定位指标在单损伤及多损伤工况下的定位效果良好。研究了噪音、路面粗糙等条件下的定位效果。(3)通过损伤定位指标确定损伤位置后,利用有限元模型,建立损伤程度与区域振型曲率改变量之间的关系,进一步结合区域振型曲率实测值,形成损伤方程组,估计损伤程度。数值算例表明,该损伤方程能有效估计单损伤和双损伤的程度。(4)制作测试车辆和简支梁桥的实验模型,通过在测试小车上安装传感器获取其过桥时的加速度响应,识别桥梁振型。模型实验对本文提出的损伤识别方法进行了验证,结果表明该方法有效。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U446
【图文】：

铁力市,坍塌事故,武夷山,黑龙江省

材料老化疲劳、损伤不断积累，性能逐渐劣化，给桥梁结构的安全运营带来巨大逡逑的隐患。我国近年来发生了多起桥梁坍塌事故，造成了巨大经济损失。如２００９年逡逑６月２９日，黑龙江省铁力市西大桥因年久失修发生坍塌，导致４人死亡，如图１．１逡逑（ａ）。２０１１年７月１４日福建武夷山公馆大桥因吊杆内部锈蚀发生垮塌事故，当场逡逑造成１人死亡，２２人受伤，如图１．１邋（ｂ）。２０１１年７月１５日，杭州钱江三桥引桥逡逑部分桥面突然塌落，一辆重型半挂车从桥面坠落，将下闸道砸塌，如图１．１邋（ｃ）。逡逑事故发生前，浙江省交通厅已经发现桥梁存在裂缝并计划进行交通封锁维修。２０１３逡逑年７月９日四川省青莲镇盘江大桥因重大病害被持续暴雨引起的洪水冲垮，如图逡逑１．１邋（ｄ）所示。逡逑（ａ）黑龙江省铁力市西大桥逦（ｂ）福建武夷山公馆大桥逡逑１逡逑

振型图,间接法,振型,桥梁

基于模态振型曲率变化的损伤识别方法具有原理简单、结果直观和效率较高逡逑的优点，但该方法要求振型数据具有较高的空间分辨率，这将大大限制其应用。逡逑如图１．２所示，传统获取模态振型的方式是在桥梁结构上安装一定数量的传感器。逡逑为了获得空间分辨率较高的振型，必须在桥梁上密集布置传感器。这不仅增加了逡逑测试过程中的设备数量和工作量，还增加了试验模态分析中数据处理的难度。鉴逡逑于此，利用车辆动力响应的间接法引起了领域内众多学者的兴趣。间接法中，将逡逑传感器安装在桥梁上的移动车辆上，测得车辆的动力响应，再通过信号处理方法逡逑提取桥梁的振型，如图１．３所示。该方法充分利用理论上车辆可以沿车道线驶过桥逡逑面所有位置的特点来获得空间分辨率较高的振型。提取振型的过程仅需要一个传逡逑感器，测试过程也非常简便。逡逑？邋Ｓｅ随逡逑★逦．．．．．．＿．．．．．邋１：：，＂邋＞．．．．．．．．＇］ｉ＊邋Ｊ．逦？．．．．．－—，一＿一V．

【参考文献】