基于索力变化的斜拉桥实时高程测量及损伤识别

发布时间：2017-08-15 05:00

  本文关键词：基于索力变化的斜拉桥实时高程测量及损伤识别

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【摘要】：斜拉桥具有跨越能力大、造型美观、经济实用等特点,在中等以上跨度桥梁中得到了广泛的应用,是桥梁工程中最为常用的桥型之一。由于斜拉桥在交通运输、经济活动等方面承担重要角色,斜拉桥的损伤识别与健康监测日益受到重视。斜拉索是斜拉桥的重要组成构件,拉索索力变化对应着索梁节点的位移变化,控制着斜拉桥桥面高程;此外斜拉索还蕴藏着丰富的主梁参数信息,当主梁损伤即主梁参数变化时会导致索力发生相应的变化。基于此本文研究了斜拉桥基于索力变化的桥面实时高程测量和主梁损伤识别方法。主要研究工作如下:(1)研究了基于希尔伯特-黄变换(HHT)的拉索时变索力识别方法,通过对模拟的多频正弦信号和单根拉索的振动信号进行HHT变换,对HHT方法识别拉索时频曲线的准确性进行了验证。得到拉索的时频曲线后,采用振动频率法即可以计算拉索的时变索力曲线。还研究了滤波处理中滤波上下限的选取对HHT变换后得到的时频曲线准确度的影响,并对滤波上下限的取值提出了建议。(2)拉索的索力变化与索梁节点的位移有直接关系,首先在假设拉索处于线弹性状态且桥塔刚度无限大情况下,推导了索梁节点的竖向位移与索力变化之间的关系式。进一步分析了桥塔刚度有限时,桥塔节点的水平位移对索梁节点竖向位移的影响,推导了考虑桥塔水平位移影响的修正公式。数值算例表明对于常规的斜拉桥,采用本文简化公式,其计算精度在80%-90%之间,若采用修正后的公式,其计算精度在85%-100%之间,在工程应用时,为计算的方便,可以采用简化公式计算。(3)提出了基于索力变化的斜拉桥实时高程测量方法,该方法首先采用HHT变换的方法求得斜拉桥各根拉索的时变索力曲线,然后采用本文推导的斜拉桥索力变化与索梁锚固点处竖向位移的关系表达式,即可求得斜拉索桥面实时高程,并以鹤洞大桥为例,采用GPS和精密水准仪的测试数据对本文方法的正确性进行了验证。与传统方法相比,本方法具有实时、动态的特点,易于在斜拉桥的健康监测系统中实现。(4)斜拉索含有丰富的主梁参数信息,主梁参数的改变将引起附近拉索索力的变化。基于此,将损伤前后的斜拉索索力变化值作为目标函数,采用有限元模型修正的原理,提出了基于索力变化的斜拉桥主梁损伤识别方法。并运用ANSYS的优化设计模块,对该方法进行了程序实现。数值算例表明,该方法能准确的识别出斜拉桥主梁的单处和多处损伤。
【关键词】：斜拉桥 HHT 时频分析 实时高程 有限元模型修正 损伤识别
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446;U448.27
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 斜拉桥发展状况12-14
• 1.1.1 国外斜拉桥发展概况12
• 1.1.2 国内斜拉桥发展概况12-14
• 1.2 索力测试方法概述14-16
• 1.2.1 振动频率法14-15
• 1.2.2 压力传感器法15
• 1.2.3 油压表法15-16
• 1.2.4 磁通量法16
• 1.3 斜拉桥损伤识别方法概述16-20
• 1.3.1 模态振型曲率法16-17
• 1.3.2 模态柔度矩阵法17-18
• 1.3.3 模态应变能法18-20
• 1.3.4 小波分析方法20
• 1.4 本文主要研究内容和工作20-22
• 第二章 基于振动频率法的索力测试理论22-44
• 2.1 各种理论方法的比较22-32
• 2.1.1 弦理论公式22-23
• 2.1.2 铰支梁模型公式23-25
• 2.1.3 固支梁模型公式25-27
• 2.1.4 复杂边界条件下拉索内力识别实用公式27-32
• 2.2 实际工程中频率的识别方法32-37
• 2.2.1 快速傅里叶变化(FFT)32-34
• 2.2.2 功率谱分析34
• 2.2.3 FFT与PSD求取频率比较34-37
• 2.3 拉索基频的确定方法37-38
• 2.3.1 频域峰值法37
• 2.3.2 频差法37
• 2.3.3 改进频差法37-38
• 2.4 索力求解可视化程序38-42
• 2.5 本章小结42-44
• 第三章 基于HHT变换的拉索时变索力识别方法44-70
• 3.1 希尔伯特—黄变换(HHT)的基本理论44-50
• 3.1.1 经验模态分解44-48
• 3.1.2 瞬时频率48-49
• 3.1.3 希尔伯特谱49-50
• 3.1.4 HHT的端点效应问题50
• 3.2 干扰信号的处理方法50-52
• 3.2.1 信号平滑法51-52
• 3.2.2 带通滤波法52
• 3.3 基于HHT变换的时变索力识别52-68
• 3.3.1 模拟正弦信号基于HHT变化的时频曲线分析52-54
• 3.3.2 模拟拉索振动信号基于HHT的时变索力识别54-63
• 3.3.3 HHT变化时滤波上下限的选择63-68
• 3.4 本章小结68-70
• 第四章 基于索力变化的斜拉桥实时高程测量70-100
• 4.1 未考虑索塔节点水平位移的公式推导70-72
• 4.2 考虑索塔节点水平位移的公式推导72-79
• 4.2.1 位移简化图及公式推导72-74
• 4.2.2 索塔结点水平位移的求解74-79
• 4.3 梁塔刚度比对索塔节点水平方向位移的影响79-83
• 4.4 模型斜拉桥实时桥面高程的验证83-88
• 4.4.1 斜拉桥模型的概述84
• 4.4.2 斜拉桥拉索基频分析84-85
• 4.4.3 拉索基频的时频曲线85-87
• 4.4.4 实时桥型的拟合87-88
• 4.5 基于索力变化的实测桥面高程与GPS结果的对比88-92
• 4.6 基于索力变化的实测桥面高程与水准仪测试结果的对比92-98
• 4.6.1 鹤洞大桥桥面线形监测93-96
• 4.6.2 鹤洞大桥桥形计算与对比96-98
• 4.7 本章小结98-100
• 第五章 基于索力变化的有限元模型修正损伤识别方法100-124
• 5.1 基于索力变化的斜拉桥损伤识别研究100-104
• 5.1.1 索力指标法100-101
• 5.1.2 有限元模型修正方法101-102
• 5.1.3 斜拉索的灵敏度分析102-104
• 5.2 基于ANSYS优化功能的模型修正损伤识别方法104-105
• 5.2.1 ANSYS优化设计基本参数104
• 5.2.2 优化方法104-105
• 5.3 算例的验证105-113
• 5.3.1 单损伤情况106-108
• 5.3.2 多损伤情况108-110
• 5.3.3 基于索力变化有限元模型修正方法参数的选择110-113
• 5.4 简化的鹤洞大桥有限元模型损伤识别113-122
• 5.4.1 鹤洞大桥有限元模型的简化113-116
• 5.4.2 鹤洞大桥简化模型的损伤识别116-121
• 5.4.3 结果分析121-122
• 5.5 本章小结122-124
• 第六章 结论与展望124-126
• 6.1 结论124-125
• 6.2 展望125-126
• 参考文献126-130
• 附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文情况130-132
• 致谢132

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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3 姜建山;唐德东;周建庭;;桥梁索力测量方法与发展趋势[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2008年03期

4 李忠献;齐怀展;朱劲松;;基于模态曲率法的大跨度斜拉桥损伤识别[J];地震工程与工程振动;2007年04期

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本文编号：676326