桥梁健康诊断的柔度曲率方法研究

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随着大跨度桥梁的不断修建和旧桥的不断增加,桥梁健康诊断也愈来愈重要.该文在这种情况下对目前的桥梁健康诊断方法做了初步总结,并在柔度阵基础上研究了桥梁结构多位置损伤定位的方法,即柔度曲率法.文中以几种结构的梁式桥为例进行有限元仿真验证,结果表明柔度曲率能够有效精确的识别结构损伤.只需损伤之后结构的模态参数;且仅要低阶模态信息,不需完备的模态集即可获得很好的识别精度.该文根据有限元单元结点自由度不同,区分了横向柔度和转角柔度的概念.并分别采用两种识别指纹对损伤结构的状态进行判别,讨论了转角柔度斜率、转角柔度曲率和横向柔度曲率在损伤识别中的应用效果.结果表明横向柔度曲率、转角柔度斜率和转角柔度曲率均能够作为损伤定位的指纹.文中发现当相邻或相近单元损伤时,三种指纹的位置坐标曲线的突变会出现叠加现象,而且当支座单元损伤时无法识别.另外,该文计算表明,随损伤百分比增加指纹曲线变化也增大,在识别结构的损伤程度时可以利用这一现象.应用小波变换可从含有噪声的时域信号中得到低阶频率,该文对一个损伤结构的时域响应图进行小波变换得到该结构的前三阶频率.同时文中应用三次样条函数拟合柔度,解决了噪声干扰后柔度值不光滑的问题,进而采用上述三种指纹对损伤结构进行识别.为解决观测自由度不完备问题该文应用动力缩聚矩阵进行模型扩展.该文采用的缩聚公式是在IRS法基础上进一步发展而来的改进逐级近似法.动力仿真表明采用改进逐级近似迭代法,所得缩聚矩阵收敛能够进行模态扩展.
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