基于動力分析的鐵路橋梁損傷診斷方法研究.pdf

1、橋梁結構損傷診斷是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。對于重要的在役橋梁結構進行損傷檢測與評估,充分了解橋梁的實際狀況,及時發(fā)現(xiàn)損傷并診斷出損傷的位置以及損傷程度,不僅能夠及時進行結構修復,恢復結構承載能力,而且可以避免災難性事故的發(fā)生,保障人民的生命安全。所以對橋梁結構開展損傷識別的研究有著重要的理論意義和實用價值,也是當前橋梁工程研究的熱點問題。本文結合濟南鐵路局《鐵路橋梁結構分析檢算軟件開發(fā)》研究項目,做了以下幾方面的研究:
　

2、　(1)在對國內(nèi)外有關資料的閱讀和分析的基礎上,對現(xiàn)有主要的動力損傷指紋實現(xiàn)結構損傷診斷的原理進行闡述和剖析,并對其應用時應注意的問題進行說明。
　　(2)針對鐵路橋梁檢測,用Fortran語言編制鐵路橋梁結構分析檢算程序RBAP(Rail-way Bridge Analysis Program)的動力分析模塊。相對于大型通用程序,RBAP程序具有目的意義明確、針對性強,有限元建模簡單、易操作,結果輸出簡便,快捷的最不利荷載位置計

3、算和試驗荷載自動布載等特點。程序可實現(xiàn):①計算在恒載、列車活載及其它荷載作用下結構的內(nèi)力和變形;②計算橋梁結構自振頻率和振型;③可輸出橋梁結構模型圖、變形圖、影響線和振型曲線等;④可實現(xiàn)三維圖形不同視角顯示、平移、旋轉、編輯等功能。在結構動力分析有限元理論的基礎上,從橋梁結構的運動方程建立、質(zhì)量矩陣形成、動力特性計算三個方面進行RBAP動力分析程序設計,并用流程圖對動力分析程序主結構進行說明。用一連續(xù)剛構橋?qū)BAP程序動力分析模塊計算

4、結果可靠性進行驗證,并結合驗證算例對RBAP的界面數(shù)據(jù)輸入,計算結果圖形輸出進行說明。驗證結果表明:頻率計算結果與結構分析軟件MIDAS計算結果基本一致,前十階振型坐標值計算結果也基本一致。驗證結論表明了RBAP動力分析程序模塊計算結果的正確性。
　　(3)重點分析了曲率模態(tài)指紋作為橋梁結構損傷診斷的理論依據(jù),從曲率模態(tài)與位移模態(tài)的關系、曲率模態(tài)與應變模態(tài)的關系兩個方面對曲率模態(tài)指紋法的損傷診斷原理進行分析,由梁彎曲的變形近似方程

5、可得曲率是位移的二階導數(shù),對應于每一階位移模態(tài),則必有與其對應的曲率模態(tài)。同時曲率又與應變存在著一一對應關系。應變又對應于結構的剛度,所以結構的曲率模態(tài)可以作為檢測結構剛度變化的依據(jù)。而結構發(fā)生損傷就表現(xiàn)在剛度變化上,所以結構的損傷可以用曲率模態(tài)的變化來判別。以一片損傷簡支梁為工程背景,用RBAP程序建立了損傷識別計算的有限元模型,對該簡支梁進行動力分析得到動力特性參數(shù)振型和頻率,由此進而計算得到近似差分曲率模態(tài)和曲率模態(tài)差,最后用曲率

6、模態(tài)和曲率模態(tài)差兩個損傷識別參數(shù)對一簡支梁從不同損傷位置的識別能力、不同模態(tài)階次在損傷識別中的識別效果、不同程度損傷的識別效果三個方面進行損傷識別能力的研究比較,得出曲率模態(tài)差識別參數(shù)能夠?qū)Y構損傷進行有效地識別。
　　(4)對基于曲率模態(tài)差的損傷識別方法用于連續(xù)剛構橋主梁的損傷位置識別問題進行了探討性研究。以一連續(xù)剛構鐵路實橋為工程背景,用RBAP建立了以損傷識別為目標的有限元分析模型,進行了主梁損傷對動力特性的敏感性分析,然后