基于环境激励下预应力混凝土桥梁模态参数识别与损伤诊断

论文摘要

基于环境激励的结构动力检测方法是桥梁结构健康检测的重要手段。基于不同环境激励下模态参数识别方法在实际工程应用的可行性、有效性、适用性以及稳定性的研究较少。同时环境激励难以激发结构的高阶模态,而现有损伤诊断方法利用低阶模态对结构进行有效损伤诊断的能力不足。针对上述问题,本文主要研究基于不同环境激励的桥梁结构模态参数识别方法和基于低阶模态的结构损伤诊断方法。首先系统研究了基于环境激励的功率谱峰值法、随机减量技术、ITD方法、自然激励技术(NExT)、特征系统实现算法(ERA)等五种模态参数识别方法。在利用简单结构进行数值模拟分析验证方法可行性的基础上,提出利用随机减量技术结合ITD方法、自然激励技术结合特征系统实现算法形成两种时域联合算法对混凝土结构进行模态参数识别,并分别给出了方法的操作流程。然后通过分别模拟车载激励、风载激励、地震激励,并建立桥梁结构的有限元模型,对模型进行了数值仿真模拟,研究了各种方法基于不同环境激励下对桥梁结构进行模态参数识别的有效性、适用性、稳定性,同时指出了各种方法的不足。最后针对现有损伤诊断方法存在的不足,探讨仅利用低阶模态且适合环境激励下桥梁结构的损伤诊断方法,提出了改进的模态应变能方法,通过建立混凝土简支梁三维实体模型进行有限元数值仿真模拟,验证了方法的有效性和可行性。为桥梁结构健康监测技术的发展和应用提供理论依据,具有重要的理论意义和工程实用价值。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 模态参数识别方法的研究进展和发展现状
• 1.2.1 传统模态参数识别方法
• 1.2.2 基于环境激励下的模态参数识别方法
• 1.2.3 现有基于环境激励下的模态参数识别方法存在的主要问题
• 1.3 动力检测中的损伤诊断方法的研究进展和发展现状
• 1.3.1 现有主要方法
• 1.3.2 现有损伤诊断方法存在的主要问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 基于环境激励的模态参数识别的频域方法
• 2.1 研究背景
• 2.2 功率谱峰值法基本理论
• 2.2.1 无阻尼系统的特征值问题
• 2.2.2 比例阻尼系统的特征值问题
• 2.2.3 传统频域识别方法
• 2.2.4 功率谱峰值法
• 2.3 功率谱峰值法模态参数识别的操作流程
• 2.3.1 信号处理
• 2.3.2 参数识别
• 2.3.3 功率谱峰值法识别模态参数识别操作流程
• 2.4 功率谱峰值法模态参数识别的数值模拟算例
• 2.4.1 数值模拟
• 2.4.2 结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于环境激励的模态参数识别的时域方法
• 3.1 研究背景
• 3.2 随机减量技术/ITD 时域联合算法
• 3.2.1 ITD 法
• 3.2.2 随机减量技术
• 3.3 随机减量技术/ITD 时域联合算法模态参数识别操作流程
• 3.4 随机减量技术/ITD 时域联合算法数值模拟算例
• 3.4.1 数值模拟
• 3.4.2 结果分析
• 3.5 NExT/ERA 时域联合算法
• 3.5.1 NExT 法
• 3.5.2 ERA 法
• 3.6 NExT/ERA 时域联合算法算法模态参数识别操作流程
• 3.7 NExT/ERA 时域联合算法模态参数识别数值模拟算例
• 3.7.1 数值模拟
• 3.7.2 结果分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于车载激励的预应力混凝土梁桥模态参数识别
• 4.1 研究背景
• 4.2 车载激励下预应力混凝土梁桥结构数值仿真模型的建立
• 4.2.1 预应力混凝土梁桥结构数值仿真模型建模过程
• 4.2.2 预应力混凝土梁桥结构三维数值仿真模型
• 4.3 车载激励下预应力混凝土梁桥结构模态参数识别数值仿真
• 4.3.1 有限元模态分析
• 4.3.2 时程分析
• 4.3.3 功率谱峰值法识别预应力混凝土连续梁桥模态参数
• 4.3.4 NExT/ERA 时域联合算法识别预应力混凝土连续梁桥模态参数
• 4.4 车载激励下预应力混凝土连续梁桥模态参数识别结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于风载激励的预应力混凝土梁桥模态参数识别
• 5.1 研究背景
• 5.2 风载激励下预应力混凝土梁桥结构数值仿真模型的建立
• 5.2.1 预应力混凝土梁桥结构数值仿真模型建模过程
• 5.2.2 预应力混凝土梁桥结构三维数值仿真模型
• 5.3 风载激励下预应力混凝土梁桥结构模态参数识别数值仿真
• 5.3.1 有限元模态分析
• 5.3.2 风载的模拟
• 5.3.3 时程分析
• 5.3.4 随机减量技术/ITD 法识别预应力混凝土连续梁桥模态参数
• 5.3.5 NExT/ERA 时域联合算法识别预应力混凝土连续梁桥模态参数
• 5.4 风载激励下预应力混凝土连续梁桥模态参数识别结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于地震激励的预应力混凝土梁桥模态参数识别
• 6.1 研究背景
• 6.2 地震激励下预应力混凝土梁桥结构数值仿真模型的建立
• 6.2.1 预应力混凝土梁桥结构数值仿真模型建模过程
• 6.2.2 预应力混凝土梁桥结构三维数值仿真模型
• 6.3 地震激励下预应力混凝土梁桥结构模态参数识别数值仿真
• 6.3.1 有限元模态分析
• 6.3.2 时程分析
• 6.3.3 NExT/ERA 时域联合算法识别预应力混凝土连续梁桥模态参数
• 6.4 地震激励下预应力混凝土连续梁桥模态参数识别结果分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 基于模态应变能理论的损伤诊断方法研究
• 7.1 研究背景
• 7.2 基本理论
• 7.2.1 损伤位置的判别
• 7.2.2 损伤程度的诊断
• 7.3 数值模拟算例
• 7.3.1 数值模型建立
• 7.3.2 数值模型的有限元模态分析
• 7.4 损伤诊断结果分析
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
• 后记和致谢
• 摘要
• ABSTRACT