基于支座反力影响线的连续梁桥损伤识别研究

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桥梁在服役期间可能会受到多种不利因素耦合作用,从而导致桥梁损伤累积和抗力衰减。如果不能及时地发现桥梁损伤并对桥梁进行相应的修补和维护,当损伤累积到一定程度可能会导致桥梁坍塌事故的发生。对于中小跨径桥而言,相比于布置大型健康监测系统,监测一个或若干桥梁支座的反力影响线以识别损伤,监测成本更低,操作也更简单易行。因此,面向数量众多的连续梁桥,开展基于支座反力监测的损伤识别研究,具有重要的理论价值与实践意义。本论文围绕基于支座反力影响线的连续梁桥损伤识别研究这一课题,开展了细致深入的研究,其主要研究内容包含以下四部分:(1)连续梁结构支座反力影响线指标的损伤敏感性分析;(2)基于支座反力实测影响线曲线拟合的损伤定位;(3)融合支座反力影响线与机器学习算法的损伤定量;(4)面向连续箱梁桥的损伤识别方法验证。论文第二章基于力法推导出了两跨连续梁损伤前后支座反力影响线的解析表达式并构造了三种基于支座反力影响线的连续梁桥损伤指标。然后通过对表达式中关键参数的设定研究三种支座反力影响线指标的变化规律,并分析损伤指标对于实测噪声的敏感性。结果表明支座反力影响线改变量二阶导指标对损伤最为敏感,可准确识别损伤位置,但同时其对测试噪声也较为敏感。除此之外,支座反力影响线改变量指标抗噪性能较强且与损伤程度有着良好的正相关性,因此具有量化损伤程度的潜力。论文第三章提出了基于实测支座反力影响线曲线拟合的损伤定位方法,该方法使用三次光滑样条函数来拟合实测支座反力影响线改变量以解决损伤指标对噪声过于敏感的问题,然后将拟合影响线改变量二阶导作为损伤定位指标结合D-S证据理论实现损伤的精准定位。通过两跨连续梁多个数值算例及实验室铝梁试验,验证了该方法用于连续梁损伤位置识别的可行性与准确性。论文第四章提出了基于支座反力影响线指标及机器学习算法的损伤定量方法,根据支座反力影响线改变量指标与损伤程度之间的相关性,引入机器学习理论中的主成分分析算法和极限学习机算法来最终实现损伤定量。通过两跨连续梁的数值算例及试验铝梁试验,验证了该方法可准确地识别连续梁的损伤程度,且有着良好的抗噪性能。论文第五章根据厦门BRT连续箱梁桥建立有限元模型,进一步将本文所提损伤识别方法从连续梁推广至连续箱梁桥,依次分析检测车辆的横向偏移及桥梁局部损伤对支座反力影响线的影响。最后设置单损及多损工况验证本文所提出的损伤识别方法同样能够较为准确地识别连续箱梁桥的损伤位置及程度。
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