中、下承式鋼管混凝土拱橋損傷識別關(guān)鍵問題研究.pdf

1、中、下承式鋼管混凝土拱橋是一種新興的橋型,應(yīng)用廣泛。但近年來國內(nèi)外出現(xiàn)了多起中、下承式鍘管混凝土拱橋垮塌事故,造成了較大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)大多數(shù)事故產(chǎn)生的主要因?yàn)槭堑鯒U的錨固失效或吊桿銹蝕斷裂。由于橋梁的突發(fā)事故與其健康狀態(tài)有關(guān),因此若能對橋梁的損傷程度和健康狀態(tài)進(jìn)行識別與評估,多數(shù)事故是可以避免的。中、下承式鋼管混凝上拱橋中比較容易發(fā)生且對結(jié)構(gòu)安全造成隱患的損傷主要包括吊桿、橫梁、系桿等構(gòu)件的損傷,因此,吊桿、橫梁、系桿等構(gòu)

2、件的損傷識別是中、下承式鋼管混凝土拱橋損傷識別研究中的關(guān)鍵問題。
　　 本文針對中、下承式鋼管混凝土拱橋損傷識別問題進(jìn)行研究,取得的主要研究成果如下:
　　 1)針對橫梁、系桿梁等梁類結(jié)構(gòu),提出了基于頻率和振型攝動(dòng)的結(jié)構(gòu)損傷識別方法。在進(jìn)行損傷識別時(shí),先通過振型的變化分別建立損傷初定方程和損傷確定方程,運(yùn)用振型攝動(dòng)求解損傷單元位置和損傷程度,再運(yùn)用頻率攝動(dòng)方程進(jìn)行損傷校核,以確保損傷識別結(jié)果的唯一性和準(zhǔn)確性,有效地避免“

3、偽損傷”的出現(xiàn)。該方法可以利用頻率測試精度較高而振型信息量豐富的優(yōu)點(diǎn),任意選取與可測自由度對應(yīng)的方程構(gòu)成損傷識別方程組進(jìn)行求解,可提高計(jì)算效率和精度,識別結(jié)果可靠。分別采用數(shù)值模擬和鋼梁試驗(yàn)說明了即使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷程度較小的多單元損傷,只需一階模態(tài),即可完全識別出損傷,避免工程中高階模態(tài)難測而無法識別損傷的情況。
　　 2)針對大型結(jié)構(gòu)的測試信息不完備的情況,提出了廣義殘余力向量的概念和基于廣義殘余力向量法的結(jié)構(gòu)損傷識別方法。通過

4、測試結(jié)構(gòu)前幾階低階模態(tài),計(jì)算殘余力向量差矩陣,并取矩陣各行元素絕對值最大值構(gòu)建廣義殘余力向量。損傷識別時(shí)先利用廣義殘余力向量初定可能損傷單元位置,再通過頻率攝動(dòng)對單元損傷程度進(jìn)行篩選,確認(rèn)損傷位置。分別以簡支梁和桁架數(shù)值模擬及鋼梁試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。
　　 3)針對吊桿的損傷識別問題,基于攝動(dòng)理論分析了吊桿損傷對吊桿系張力和橋面位移的影響,提出采用吊桿張力或結(jié)點(diǎn)間位移差的變化來識別吊桿的損傷。通過算例驗(yàn)證了運(yùn)用與損傷吊桿相

5、鄰吊桿張力的變化來識別吊桿損傷時(shí),識別結(jié)果精度最高,各吊桿損傷識別結(jié)果精度隨著與損傷吊桿距離的增加而降低。采用基于結(jié)點(diǎn)問豎向位移差的變化來識別吊桿損傷,方法實(shí)用,結(jié)果可靠。
　　 4)針對吊桿張力測試中存在的問題,建立了考慮彈性支承、附加質(zhì)量等復(fù)雜邊界條件下吊桿張力與橫向振動(dòng)頻率之間的隱式關(guān)系式。該表達(dá)式精度較高,適用于各類吊桿。同時(shí),為便于工程應(yīng)用,給出了考慮簡單邊界條件的吊桿張力簡化計(jì)算式?；赗ayleigh法給出了考慮彈