中、下承式鋼管混凝土拱橋損傷識別關鍵問題研究.pdf

1、中、下承式鋼管混凝土拱橋是一種新興的橋型,應用廣泛。但近年來國內外出現(xiàn)了多起中、下承式鍘管混凝土拱橋垮塌事故,造成了較大的人員傷亡和經濟損失。據(jù)統(tǒng)計大多數(shù)事故產生的主要因為是吊桿的錨固失效或吊桿銹蝕斷裂。由于橋梁的突發(fā)事故與其健康狀態(tài)有關,因此若能對橋梁的損傷程度和健康狀態(tài)進行識別與評估,多數(shù)事故是可以避免的。中、下承式鋼管混凝上拱橋中比較容易發(fā)生且對結構安全造成隱患的損傷主要包括吊桿、橫梁、系桿等構件的損傷,因此,吊桿、橫梁、系桿等構

2、件的損傷識別是中、下承式鋼管混凝土拱橋損傷識別研究中的關鍵問題。
　　 本文針對中、下承式鋼管混凝土拱橋損傷識別問題進行研究,取得的主要研究成果如下:
　　 1)針對橫梁、系桿梁等梁類結構,提出了基于頻率和振型攝動的結構損傷識別方法。在進行損傷識別時,先通過振型的變化分別建立損傷初定方程和損傷確定方程,運用振型攝動求解損傷單元位置和損傷程度,再運用頻率攝動方程進行損傷校核,以確保損傷識別結果的唯一性和準確性,有效地避免“

3、偽損傷”的出現(xiàn)。該方法可以利用頻率測試精度較高而振型信息量豐富的優(yōu)點,任意選取與可測自由度對應的方程構成損傷識別方程組進行求解,可提高計算效率和精度,識別結果可靠。分別采用數(shù)值模擬和鋼梁試驗說明了即使結構出現(xiàn)損傷程度較小的多單元損傷,只需一階模態(tài),即可完全識別出損傷,避免工程中高階模態(tài)難測而無法識別損傷的情況。
　　 2)針對大型結構的測試信息不完備的情況,提出了廣義殘余力向量的概念和基于廣義殘余力向量法的結構損傷識別方法。通過

4、測試結構前幾階低階模態(tài),計算殘余力向量差矩陣,并取矩陣各行元素絕對值最大值構建廣義殘余力向量。損傷識別時先利用廣義殘余力向量初定可能損傷單元位置,再通過頻率攝動對單元損傷程度進行篩選,確認損傷位置。分別以簡支梁和桁架數(shù)值模擬及鋼梁試驗驗證了該方法的可行性。
　　 3)針對吊桿的損傷識別問題,基于攝動理論分析了吊桿損傷對吊桿系張力和橋面位移的影響,提出采用吊桿張力或結點間位移差的變化來識別吊桿的損傷。通過算例驗證了運用與損傷吊桿相

5、鄰吊桿張力的變化來識別吊桿損傷時,識別結果精度最高,各吊桿損傷識別結果精度隨著與損傷吊桿距離的增加而降低。采用基于結點問豎向位移差的變化來識別吊桿損傷,方法實用,結果可靠。
　　 4)針對吊桿張力測試中存在的問題,建立了考慮彈性支承、附加質量等復雜邊界條件下吊桿張力與橫向振動頻率之間的隱式關系式。該表達式精度較高,適用于各類吊桿。同時,為便于工程應用,給出了考慮簡單邊界條件的吊桿張力簡化計算式?；赗ayleigh法給出了考慮彈