基于车桥耦合动力响应分析的结构损伤识别方法研究

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服役桥梁在长期环境和车辆荷载的共同作用下,加之材料的老化,会逐渐出现不同程度的损伤,当损伤不断发展并积累到一定程度时,会对桥梁的正常使用产生影响,甚至发生桥梁的垮塌事故,因而尽早发现桥梁的结构隐患尤为重要。本文基于全过程迭代法对二维和三维车桥模型进行耦合振动分析,提出了基于测点位移响应和应变响应的 DDI(Difference of displacement integral)和 DSI(Difference of strain integral)指标进行损伤定位,在DDI的基础上提出RID(Ratioofintegraldifference)指标进行损伤定量,以不同的损伤情况研究了不同参数影响下损伤指标的识别效果,并结合实桥模型进行常见病害下的损伤识别效果验证。本文的主要工作如下:(1)通过分离迭代法进行了二维车桥耦合振动求解,对准静态位移响应差的特性进行分析,在此基础上对位移时程差的成分进行分析,提出了使用DDI指标进行损伤识别的方法。通过对不同损伤程度、行车速度、路面不平整度、多处损伤、整体刚度退化等情况下的损伤识别效果进行分析,验证了 DDI指标对上述参数变化的不敏感性及损伤定位和量化的准确性。(2)以三维车桥振动体系为基础,在DDI的基础上提出了基于应变响应的DSI指标进行损伤识别,研究了桥梁发生局部损伤时,不同的损伤位置、损伤程度、行车速度、路面不平整度、路面退化、行驶车道及多处损伤等情况下DDI和DSI指标的损伤识别效果。(3)对某钢筋混凝土连续刚构梁桥进行有限元建模,根据实测模态信息和测点动力响应,对有限元模型进行验证。结合该桥型常见的腹板斜裂缝和墩顶固结梁段的裂缝病害,通过局部单元的刚度退化模拟损伤,利用车桥耦合振动计算得到的动应变和动位移数据,分析了 DDI和DSI指标的损伤识别效果。对全桥结构的刚度退化、单片梁局部损伤、横向多片梁局部损伤和纵向多梁段损伤等工况展开分析,探讨了该方法的工程可靠性及实用性。
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