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基于结构振动梁桥损伤识别方法的研究

作　者: 李伶
导　师: 杜青
学　校: 河北工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 振动有限元模型修正优化理论损伤识别梁桥
分类号: U441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 32次
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内容摘要

在对桥梁进行损伤识别时，仅仅已知桥梁的试验数据是不足够的，建立一个精确的模型也是十分必要的。但是对结构进行有限元建模时，往往与实际结构状态存在着一定的误差，甚至有时建立初始有限元模型的误差和试测数据比较相差很大。所以，为了避免这些误差，本文采用基于优化理论的模型修正方法对桥梁进行损伤评估，分别对一个简单的短跨桥模型和服役的滦河大桥进行损伤检测。本文以结构动力学为基础理论，利用动力模态测试技术、优化理论和数值模拟等研究方法，主要完成的内容有：1．以短跨桥模型为例，利用ANSYS建立初始有限元模型，以未损伤结构的动态检测试验结果为依据，对初始有限元模型进行修正，获得基准有限元模型。2．对短跨桥模型的基准有限元模型进行修正，以损伤后结构的动态检测的试验数据为依据，获得短跨桥损伤后的实际状态，就可以将修正后的有限元模型来代替已损伤结构。从而根据模型修正前后参数的变化来确定该桥的损伤程度。利用惯性矩、配筋率和最终弯矩之间的关系，对短跨桥梁的承载能力进行评估。3．通过对服役的滦河大桥进行现场动力检测试验，获得该桥实际结构的动力响应，并建立初始有限元模型，由于该桥在未使用状态的实测数据是未知的，所以利用初始有限元模型来代替该桥在未使用状态的真实动力响应。4．以滦河大桥的实际动力响应为依据，同时引入“弱梁”单元的思想，对初始有限元模型的弱梁单元进行模型修正，并对该桥进行损伤刚度的评估，同时验证基于优化理论的有限元模型修正技术的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-16
  §1-1 引言  8-9
  §1-2 结构损伤诊断技术的概述  9-11
    1-2-1 结构损伤诊断技术的内容  9
    1-2-2 结构损伤诊断技术的分类  9-11
  §1-3 基于结构振动的损伤识别方法  11-14
    1-3-1 基于振动响应观测的损伤识别  11-12
    1-3-2 基于模型修正的损伤识别  12-13
    1-3-3 基于神经网络的损伤识别  13-14
  §1-4 基于振动的损伤识别方法的国内外研究现状  14-15
  §1-5 本文研究的主要内容  15-16
第二章工程结构有限元模型修正技术  16-27
  §2-1 有限元模型修正的概念  16-17
  §2-2 有限元模型修正技术的主要方法  17-21
    2-2-1 矩阵型修正方法  17-19
    2-2-2 元素型修正方法  19-21
  §2-3 有限元模型修正技术在工程中的应用  21-22
    2-3-1 模型修正技术中的几个关键问题  21-22
    2-3-2 有限元修正技术在工程应用中所遇到的难题  22
  §2-4 结构模型修正的相关准则  22-26
    2-4-1 计算模型与试验模型的相关准则  22-23
    2-4-2 模态模型的相关准则  23-26
    2-4-3 空间模型的相关准则  26
  §2-5 小结  26-27
第三章短跨桥模型的试验研究和损伤评估  27-38
  §3-1 引言  27
  §3-2 短跨桥的试验模型  27-28
  §3-3 ANSYS 有限元模型的建立  28-30
    3-3-1 有限元模型修正的两个重要步骤  28-29
    3-3-2 短跨桥梁采用的单元  29
    3-3-3 模型的网格划分  29-30
  §3-4 短跨桥模型的动力修正及试验对比  30-35
    3-4-1 初始有限元模型和试验实测模态数据分析  30-32
    3-4-2 初始有限元模型的动力修正  32-33
    3-4-3 基准有限元模型的动力修正  33
    3-4-4 损伤后的有限元模型和试验实测的模态比较  33-35
  §3-5 损伤刚度的评估  35
  §3-6 承载能力的评估  35-37
  §3-7 小结  37-38
第四章滦河大桥的损伤识别  38-65
  §4-1 桥梁的概况  38-40
  §4-2 ANSYS 有限元模型的建立  40-43
    4-2-1 有限元模型所采用的单元简介  40
    4-2-2 利用梁格法建立有限元模型  40-43
  §4-3 滦河大桥的现场动力模态测试  43-59
    4-3-1 现场模态测试试验  43-45
    4-3-2 现场模态测试的数据处理  45-55
    4-3-3 现场模态测试的试验结果  55-57
    4-3-4 理论与试验数据的比较  57-59
  §4-4 优化设计理论  59-61
    4-4-1 优化设计的基本概念  60-61
    4-4-2 基于灵敏度的分析  61
    4-4-3 优化方法的选择  61
  §4-5 滦河大桥的损伤程度评估  61-64
    4-5-1 损伤区域的定义  61-62
    4-5-2 滦河大桥的动力模型修正及损伤评估  62-64
  §4-6 小结  64-65
第五章结论与展望  65-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果  70

基于结构振动梁桥损伤识别方法的研究

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