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永和大桥维修加固后的结构健康监测与模型修正

作　者: 王邦进
导　师: 欧进萍
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 结构健康监测有限元模型修正自适应模式搜索算法应力状态测量
分类号: U445.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 198次
引　用: 2次
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内容摘要

结构健康监测引起了国内外众多研究者的兴趣,成为土木工程、防灾减灾工程研究的热点。经过近年来的努力,结构健康监测技术已经从实验室走向了工程实践。基于监测信息的损伤信息提取、损伤识别与模型修正等研究方向成为健康监测系统研究的核心。本文主要围绕桥梁监测与检测技术及桥梁安全评定做了如下的一些研究工作:首先由设计资料建立了永和大桥的有限元模型,然后研究了基于灵敏度的模型修正技术。重点研究了直接搜索算法,指出了模式搜索算法由于搜索模式固定不变造成了搜索效率低下且容易收敛于不光滑的脊线。在其基础上,对模式搜索算法做了改进,提出了自适应模式搜索算法:利用在迭代过程中获得的函数值信息在迭代的过程中不断修正搜索模式,使得优化过程获得更快的收敛速度且收敛性更有所保证。然后编制了“自适应搜索算法”程序,对几个常用的函数做了测试,并将该算法应用于永和大桥的模型修正中。研究了该算法用于大型结构模型修正的计算速度、收敛情况并与人工免疫算法作了对比。研究了永和大桥的频率对一些重要参数的灵敏度。分析了动力子系统的监测数据,采用NExT法和特征系统实现法对永和桥进行了工作模态参数识别,并与频域分解法的分析结果作了对比。在实测模态、基准有限元模型及自适应模式搜索算法的基础上,研究了基于监测信息的有限元模型实时修正,建立了用于健康监测系统的基准有限元模型。此外,本文还利用光纤光栅具有绝对测量的优点,提出了采用光纤光栅测量混凝土结构钻芯取样过程中的回弹应变,再根据混凝土材料在反复荷载作用下的应力-应变关系,推算在役结构的应力状态。并进行了仿真和实验研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题的背景及意义  10-11
  1.2 国内外的研究现状  11-18
    1.2.1 结构健康监测的传感器系统  12-14
    1.2.2 结构健康监测的信号处理与损伤识别  14-16
    1.2.3 基于健康监测信息的结构有限元模型修正  16-17
    1.2.4 桥梁结构损伤识别存在的问题  17-18
  1.3 本文的构思和主要研究内容  18-20
第2章永和大桥有限元模型  20-33
  2.1 永和大桥概况  20-21
  2.2 有限元模型建立的基本原则  21-22
  2.3 计算模型的简化  22-24
    2.3.1 斜拉索  22
    2.3.2 预应力混凝土主梁  22-24
    2.3.3 混凝土主塔  24
    2.3.4 边界条件  24
  2.4 单元的选取  24-28
    2.4.1 刚性横梁的单元选择  25-26
    2.4.2 梁塔单元选择  26
    2.4.3 索单元  26-28
    2.4.4 局部模型的建立  28
  2.5 模态分析  28-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章永和大桥健康监测系统  33-42
  3.1 引言  33
  3.2 健康监测系统的系统组成  33-41
    3.2.1 环境监测子系统  34
    3.2.2 索力监测子系统  34-36
    3.2.3 主梁应力监测子系统  36-37
    3.2.4 变形监测子系统  37-38
    3.2.5 结构动力响应监测子系统  38-39
    3.2.6 交通荷载监测子系统  39
    3.2.7 数据采集、处理和控制子系统  39-41
  3.3 监测数据分析与结构安全评定及预警方法  41
  3.4 本章小结  41-42
第4章基于灵敏度分析的有限元模型修正算法研究  42-65
  4.1 引言  42-43
  4.2 参数灵敏度分析和目标函数性质估计  43-45
  4.3 设计变量与初始点的确定  45-47
  4.4 模态确认准则  47-49
  4.5 模态特征确认  49-50
  4.6 直接搜索算法与基于梯度的搜索算法的特点  50-56
  4.7 自适应模式搜索算法  56-58
  4.8 基于自适应模式搜索算法的永和桥模型修正  58-61
  4.9 基于人工免疫算法的永和桥模型修正  61-63
  4.10 本章小结  63-65
第5章基于监测信息的在役桥梁有限元模型实时修正  65-81
  5.1 引言  65
  5.2 NExT（Natural Excitation Technique）法  65-68
  5.3 特征系统实现法（ERA）  68-71
    5.3.1 构造脉冲响应矩阵与Hankel 矩阵  68-69
    5.3.2 最小实现算法  69-71
    5.3.3 模态参数识别  71
  5.4 峰值点拾取法  71-72
  5.5 分析结果  72-73
  5.6 基于动力响应监测数据的桥梁有限元模型实时修正  73-80
  5.7 本章小结  80-81
第6章在役混凝土桥梁应力状态检测方法研究  81-86
  6.1 引言  81
  6.2 回弹应变的测量方法  81-82
  6.3 回弹弹性模量的测量方法  82-83
  6.4 试验研究  83-85
  6.5 本章小结  85-86
结论与展望  86-87
参考文献  87-91
致谢  91

永和大桥维修加固后的结构健康监测与模型修正

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