【摘 要】
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基于柔度曲率的损伤识别方法仅需低阶模态即可识别损伤,测试简单准确,是一类实用价值较高的损伤检测指标。本文在既有柔度曲率类理论基础上,通过简支梁和连续梁算例进行损伤识别方面的数值模拟研究,主要内容如下:(1)对目前主要的桥梁损伤识别方法进行了全面总结概述,重点论述了动力类的柔度曲率类损伤识别方法和环境激励下的桥梁损伤识别方法,评价了各类方法的优缺点和适用性。(2)采用一次列差分柔度矩阵曲率和行列两次
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基于柔度曲率的损伤识别方法仅需低阶模态即可识别损伤,测试简单准确,是一类实用价值较高的损伤检测指标。本文在既有柔度曲率类理论基础上,通过简支梁和连续梁算例进行损伤识别方面的数值模拟研究,主要内容如下:(1)对目前主要的桥梁损伤识别方法进行了全面总结概述,重点论述了动力类的柔度曲率类损伤识别方法和环境激励下的桥梁损伤识别方法,评价了各类方法的优缺点和适用性。(2)采用一次列差分柔度矩阵曲率和行列两次差分柔度矩阵曲率构造损伤识别指标,通过损伤前后柔度曲率矩阵按列求和、取对角元素和按列P-范数计算方法总结了10种损伤定位指标(包含6种新指标),并根据梁式结构刚度、弯矩和位移曲率的关系,建立均匀荷载面曲率指标的损伤程度定量公式,为本文模态柔度曲率类指标损伤程度的计算提供指导。采用简支梁、多跨连续梁有限元模型,考虑多种单损伤和多单元损伤情况,对比分析模态柔度曲率类指标的识别效果。(3)为了分析振型归一化方法对柔度曲率类损伤指标损伤识别的影响,提出P-范数(P=1,2,...,∞)振型归一化方法,引入不同振型归一化方法下柔度差相对变化指标rdF和损伤前后振型质量矩阵归一化系数差x_α,并通过均匀荷载面曲率指标推导了系数差x_α与损伤程度D_e的关系。通过等截面、鱼腹梁、倒鱼腹梁三类简支梁和变截面三跨连续梁算例,考虑不同损伤工况进行了损伤模拟试验,结果表明:不同P-范数振型归一化方法下,2-范数振型归一化方法的rdF最小,损伤识别结果与质量矩阵振型归一化结果最接近,而∞-范数振型归一化方法的rdF最大,损伤识别效果最差;系数差x_α与损伤程度D_e线性相关性良好,受损伤位置的影响较小;相同损伤程度下,各损伤位置的x_α-D_e曲线的斜率相近,斜率最大值为2,故可由2x_α估算与质量矩阵振型归一化损伤程度的误差。因而,对梁式结构可采用2-范数归一化振型代替质量矩阵归一化振型用于柔度曲率类指标损伤识别。(4)为研究结构质量矩阵M各元素相对大小关系对损伤识别效果的影响,将振型按随机质量矩阵归一化后计算损伤,结果表明:系数差x_α与损伤程度D_e线性相关性良好;相比P-范数振型归一化方法,系数差x_α变化范围更小,损伤识别效果较好。考虑噪声对损伤识别的影响,通过施加不同水平的噪声研究表明:2%噪声以下对研究振型归一化方法对损伤识别的影响很小,随着噪声水平的增大,对损伤识别的影响越大;同一噪声水平对任意振型归一化方法的影响程度是一致的。(5)为进一步探讨振型归一化方法对损伤识别的影响,以一工程实桥变截面预应力混凝土连续箱梁进行数值模拟实验研究。从P-范数振型归一化方法、随机质量矩阵归一化和抗噪性三个方面进行分析,在梁结构工程实例中振型归一化方法对柔度曲率损伤指标的影响研究与基本梁结构模拟的结果是非常接近的。
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