基于動力分析的鐵路橋梁損傷診斷方法研究.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)修復(fù),恢復(fù)結(jié)構(gòu)承載能力,而且可以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生,保障人民的生命安全。所以對橋梁結(jié)構(gòu)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(dāng)前橋梁工程研究的熱點問題。本文結(jié)合濟南鐵路局《鐵路橋梁結(jié)構(gòu)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(guān)資料的閱讀和分析的基礎(chǔ)上,對現(xiàn)有主要的動力損傷指紋實現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷診斷的原理進行闡述和剖析,并對其應(yīng)用時應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形;②計算橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率和振型;③可輸出橋梁結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)、編輯等功能。在結(jié)構(gòu)動力分析有限元理論的基礎(chǔ)上,從橋梁結(jié)構(gòu)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(shè)計,并用流程圖對動力分析程序主結(jié)構(gòu)進行說明。用一連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)BAP程序動力分析模塊計算

4、結(jié)果可靠性進行驗證,并結(jié)合驗證算例對RBAP的界面數(shù)據(jù)輸入,計算結(jié)果圖形輸出進行說明。驗證結(jié)果表明:頻率計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS計算結(jié)果基本一致,前十階振型坐標(biāo)值計算結(jié)果也基本一致。驗證結(jié)論表明了RBAP動力分析程序模塊計算結(jié)果的正確性。
　　(3)重點分析了曲率模態(tài)指紋作為橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷的理論依據(jù),從曲率模態(tài)與位移模態(tài)的關(guān)系、曲率模態(tài)與應(yīng)變模態(tài)的關(guān)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(dǎo)數(shù),對應(yīng)于每一階位移模態(tài),則必有與其對應(yīng)的曲率模態(tài)。同時曲率又與應(yīng)變存在著一一對應(yīng)關(guān)系。應(yīng)變又對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的剛度,所以結(jié)構(gòu)的曲率模態(tài)可以作為檢測結(jié)構(gòu)剛度變化的依據(jù)。而結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷就表現(xiàn)在剛度變化上,所以結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)鐵路實橋為工程背景,用RBAP建立了以損傷識別為目標(biāo)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