鋼管混凝土系桿拱橋動(dòng)力分析及損傷識(shí)別.pdf

1、鋼管混凝土拱橋具有較強(qiáng)的跨越能力和便于施工的優(yōu)點(diǎn)，使得鋼管混凝土拱橋日益向大跨度方向邁進(jìn)。隨著跨度的增大，許多問題隨之而來，其中安全性問題尤為突出。工程結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的服役環(huán)境中常會(huì)遭受各種損傷，這些損傷的積累容易引發(fā)結(jié)構(gòu)災(zāi)難性事故的發(fā)生，因此研究結(jié)構(gòu)的早期損傷識(shí)別問題，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性具有重要的實(shí)際意義。 本文以曲率模態(tài)為識(shí)別參數(shù)，針對(duì)具有多損傷區(qū)域的懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了損傷仿真分析。曲率模態(tài)是一種能夠反映結(jié)構(gòu)局部特征變化的模態(tài)參數(shù)，它

2、可以通過結(jié)構(gòu)的各階振型得到，對(duì)局部結(jié)構(gòu)變化的敏感性高于振型和頻率。首先通過模態(tài)分析得到結(jié)構(gòu)振型，再運(yùn)用差分就可以得到曲率模態(tài)。從理論上講，結(jié)構(gòu)的局部裂縫或損傷必然會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部剛度降低，使得損傷處的曲率斜度增大，從而引起曲率模態(tài)振型數(shù)值發(fā)生突變。根據(jù)這一原理運(yùn)用曲率模態(tài)可以檢出結(jié)構(gòu)存在的損傷。 梁結(jié)構(gòu)損傷位置識(shí)別的柔度曲率法，既有高的靈敏度，又避免了使用原結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，對(duì)于沒有原始結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的損傷識(shí)別技術(shù)顯得尤為重要。算法具

3、有計(jì)算量小和簡便易行的優(yōu)點(diǎn)，而且僅需要低階模態(tài)信息即可獲得較好的識(shí)別效果。 小波變換具有在時(shí)域和頻域內(nèi)表征信號(hào)局部特性的能力，能夠在不同尺度下對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)中的突變信號(hào)進(jìn)行放大和識(shí)別。本文在曲率模態(tài)基礎(chǔ)上，改進(jìn)了一種基于小波變換的梁式結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法。利用雙正交小波函數(shù)對(duì)損傷前后結(jié)構(gòu)的曲率模態(tài)進(jìn)行小波變換，通過小波變換系數(shù)的變化和分布情況建立了結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)，可判定損傷存在，確定損傷位置和估計(jì)損傷程度，并通過懸臂梁的數(shù)值模擬對(duì)該方法的

4、可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。 利用ANSYS有限元通用軟件，對(duì)一座下承式鋼管混凝上拱橋進(jìn)行了有限元模擬研究，求出了自振頻率、振型等動(dòng)力參數(shù)，對(duì)其振型特征進(jìn)行了分析。由于主要受力構(gòu)件是拱肋及吊桿，所以本文分別分析了拱肋L／2截面、L／4截面及8＃吊桿不同損傷程度下的動(dòng)力特性，得出結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力特性的變化規(guī)律，并通過該動(dòng)力特性變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)了對(duì)拱肋及吊桿的損傷識(shí)別。橋梁實(shí)例分析說明采用有限元計(jì)算的自振特性數(shù)值和實(shí)測(cè)值較相近，能夠基本反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際