位移影响线理论及其在桥梁损伤识别中的应用研究

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位移影响线是通过移动荷载在桥梁整个跨度上的位置变化得到的观测点位移变化曲线,可反映全局性的信息,能解决桥梁损伤识别中信息不完备的情况。现在大多数的损伤识别在简支直梁结构的基础上进行探讨,缺少非理想支承梁式桥在损伤识别上的理论指导及分析;同时对弯扭耦合的曲线桥梁的损伤识别研究甚少,曲线梁桥发展到现在已经有三四十年的历史,对于其服役过程中的健康检测及损伤分析应引起研究人员的关注。基于此,将实测位移影响线引入到桥梁结构的损伤分析中,对其在应用过程中的理论证明及系统分析是有必要的。  本文分析了不同支承下梁式结构的位移影响线特点及出现局部损伤时对其影响,并提出相应的特征指标来进行损伤识别,进一步分析曲线梁结构位移影响线特点及损伤指标适用性,最后对动位移影响线在损伤识别应用进行了探讨。主要完成了以下工作:  1.从简支梁位移影响线的基本概念及理论公式出发,结合实际测量离散数据,给出了拟合实测位移影响线的方法;针对非理想支承下的梁式结构,引入端部转动弹性支承的概念,推导了该类结构的位移影响线解析公式,并结合数值试验分析边界处的转动刚度对结构位移影响线的影响;然后对提出的非理想支承模型的适用性进行了分析探讨。  2.在理论分析的基础上,通过一定数值方法对实测位移影响线测量数据进行处理,提出了基于位移影响线的指标来实现对局部损伤的识别。首先,推导了存在局部损伤时简支梁及非理想支承梁式结构的位移影响线解析公式,通过理论公式观察局部刚度变化对位移影响线的影响;然后,介绍了利用已知损伤前数据基于位移影响线的简支梁损伤方法,讨论了测点选取等因素对结果的影响,进一步系统分析了非理想支承下梁式结构基于位移影响线的损伤识别方法及端部转动弹性刚度对识别结果的影响;最后,主要针对初始数据未知的情况,根据不同边界形式提出了三种基于位移影响线的损伤指标,并分析了测点选择、损伤位置等因素对损伤结果的影响,为位移影响线在桥梁损伤识别中应用奠定了基础。  3.根据曲线梁的受力变形特点,给出了简支曲线梁的位移影响线公式,根据理论公式及数值算例分析了不同因素(如曲率半径、获取方式及构造特点等)下曲线梁的位移影响线及其曲率的变化规律。在此基础上,推导了存在局部损伤时曲线梁结构的位移影响线公式,并代入具体数值来研究弯扭耦合下位移影响线及其曲率的变化规律,分析了扭转效应对损伤识别影响;在理论研究的基础上,建立了空间简支曲梁结构,分析了影响线获取方式对损伤结果的影响;研究损伤识别方法在连续曲线梁桥中的适用性,并对相关构造措施对指标数值大小的影响进行了探讨。  4.考虑荷载加载速度对影响线及识别结果的影响,以动位移影响线为研究对象,对其进行小波包变换,引入频带内具有时序性的局部能量概念,通过损伤处对应的时间序列内局部能量的曲率变化提出了一个损伤指标;然后考虑到测量精确性和噪声等因素对单一测点获得数据影响及曲线梁桥受力特点,通过多测点、多移动速度加载(多周期)下的时空信息融合技术来实现最后对损伤的最终损伤判断。
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