大跨斜拉桥损伤识别的数值模拟与试验研究

论文摘要

随着科学技术和社会经济的快速发展,大跨度桥梁结构在工程中应用越来越多,而这些结构主要在复杂的环境中服役,另外还有材料的老化、交变荷载的疲劳效应等因素的耦合作用,这些都会造成结构的损伤,从而导致结构抗力的衰减,加大了结构发生事故的危险。当前,结构健康检测与损伤识别已经成为土木工程学科的热点研究领域,结构损伤识别问题就是根据结构表现出的一些性态去判别结构损伤的出现、位置和程度。本文针对大跨度桥梁结构,以山东滨州黄河大桥为背景,以数值仿真和实验为手段,研究基于结构柔度和模态应变能变化的损伤识别,以及神经网络方法的损伤识别。柔度法与模态应变能法是分别基于位移模态和应变模态的损伤识别方法,本文通过数值模拟分析说明,基于位移模态的柔度法只能识别出损伤的位置,但同时又具有一定的抗燥能力,基于应变模态的模态应变能法不仅能识别出损伤的位置还能识别出损伤的程度,是一种比较优秀的损伤识别方法。本文在此基础上引入BP神经网络,以结构模态应变能变化为样本训练了一个三次神经网络,并对损伤模拟的结果进行仿真,得到较好的结果。其次,本文在对滨州黄河大桥实验室缩尺模型的实例分析基础上,验证了这三种方法的可行性。最后给出了本文的结论和本课题未来研究工作的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 结构损伤识别技术的国内外发展现状
• 1.3.1 基于固有频率的损伤识别技术
• 1.3.2 基于振型的损伤识别技术
• 1.3.3 基于柔度的损伤识别技术
• 1.3.4 基于能量的损伤识别技术
• 1.3.5 基于频响函数变化的损伤识别技术
• 1.3.6 基于神经网络方法的损伤识别技术
• 1.3.7 基于统计信息的损伤识别技术
• 1.3.8 基于模型的损伤识别技术
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 斜拉桥结构损伤识别方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 结构基本运动方程
• 2.3 基于柔度的结构损伤识别方法
• 2.3.1 结构柔度方程
• 2.3.2 柔度法损伤因子
• 2.3.3 基于柔度的结构损伤识别
• 2.4 基于模态应变能的损伤识别方法
• 2.4.1 模态应变能方程
• 2.4.2 模态应变能法损伤因子
• 2.4.3 基于模态应变能的结构损伤识别
• 2.5 神经网络方法
• 2.5.1 应用神经网络识别损伤的原理
• 2.5.2 结构损伤识别BP神经网络的设计
• 2.5.3 基于神经网络法的结构损伤识别
• 2.6 悬臂梁结构损伤识别数值模拟
• 2.6.1 悬臂梁模型与模态分析
• 2.6.2 应用柔度法进行损伤识别
• 2.6.3 应用模态应变能法进行损伤识别
• 2.6.4 应用神经网络方法进行损伤识别
• 2.7 本章小结
• 第3章 滨州黄河大桥缩尺模型损伤识别的数值模拟与试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 滨州黄河大桥工程简介
• 3.3 滨州黄河大桥缩尺模型损伤识别的数值模拟
• 3.3.1 滨州黄河大桥缩尺模型的ANSYS建模
• 3.3.2 滨州黄河大桥缩尺模型的数值模态分析
• 3.3.3 结构损伤工况的设计与实现
• 3.3.4 结构损伤识别数值模拟
• 3.4 滨州黄河大桥缩尺模型损伤识别的试验研究
• 3.4.1 滨州黄河大桥缩尺试验模型
• 3.4.2 滨州黄河大桥缩尺模型的试验模态分析
• 3.4.3 滨州黄河大桥缩尺模型损伤识别的试验研究
• 3.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢