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桥梁作为交通基础设施中最重要的一环,其在推动人员交流、促进经济发展方面有着举足轻重的作用。随着我国经济的发展,新建桥梁的数量与日俱增,而与此同时,也有更多的桥梁在服役,负荷超载、材料的老化、车辆撞击等一系列对桥梁的健康状况造成不利影响的因素,使得桥梁在运营期间的健康状况得不到保障,一旦由于桥梁的失效而导致事故的发生,其造成的生命财产损失往往是巨大的,正因如此,桥梁的健康监测才显得尤为重要。传统的桥梁健康监测方法由于成本高、操作复杂且不具转移性等缺点,使其很难在大量的中、小跨径桥梁中应用。因此,具有经济、高效、便捷等特点的桥梁间接量测法引起了人们的关注。该方法只需让安装有少量传感器的车辆通过桥梁就可对桥梁的健康状况做出评估。
本文在传统间接量测法基础之上,改变车辆在桥梁上的运行方式,从车辆在桥梁上不同位置处停靠致使车-桥系统参数发生变化这一概念出发,提出了一种新的梁式桥损伤识别方法,分别从理论推导、数值模拟和试验研究这三方面对该方法展开研究,完成的主要工作及取得的成果如下:
①在理论上推导出单辆检测车在桥梁上不同位置处停靠时的车-桥系统频率与桥梁模态值之间的关系。考虑到实际频率测量时的准确性,将检测车数目增至多辆,推导出多辆检测车-桥系统频率与桥梁模态振型之间的关系,为该方法的实际应用提供理论基础。
②通过数值模拟对理论推导进行验证。在传统的车桥耦合单元(VBI)基础之上,推导出检测车停靠在桥梁上的车桥耦合单元特性矩阵,基于此构建出适用于本方法的有限元模型,通过求解模型的特征方程,获取车-桥系统频率来构造桥梁模态振型。将单辆、多辆检测车分别在简支梁桥上不同位置停靠构造出桥梁的前三阶模态振型,对理论推导进行初步验证。接着对检测车和桥梁的相关参数进行研究,找出该方法合适的车、桥参数。当桥梁支座约束由简支变为固支、桥梁由简支梁变为多跨连续梁时,数值算例表明该方法同样适用。最后进行损伤识别研究发现,对于简支梁桥和连续梁桥,无论是单处损伤还是多处损伤,该方法都能很好的识别出损伤位置及损伤程度。
③进行野外实桥试验对本文提出的损伤识别方法进行初步验证。设计出适用于本损伤识别方法的单轴车,通过实桥试验验证了该方法的实际可行性。
本文在传统间接量测法基础之上,改变车辆在桥梁上的运行方式,从车辆在桥梁上不同位置处停靠致使车-桥系统参数发生变化这一概念出发,提出了一种新的梁式桥损伤识别方法,分别从理论推导、数值模拟和试验研究这三方面对该方法展开研究,完成的主要工作及取得的成果如下:
①在理论上推导出单辆检测车在桥梁上不同位置处停靠时的车-桥系统频率与桥梁模态值之间的关系。考虑到实际频率测量时的准确性,将检测车数目增至多辆,推导出多辆检测车-桥系统频率与桥梁模态振型之间的关系,为该方法的实际应用提供理论基础。
②通过数值模拟对理论推导进行验证。在传统的车桥耦合单元(VBI)基础之上,推导出检测车停靠在桥梁上的车桥耦合单元特性矩阵,基于此构建出适用于本方法的有限元模型,通过求解模型的特征方程,获取车-桥系统频率来构造桥梁模态振型。将单辆、多辆检测车分别在简支梁桥上不同位置停靠构造出桥梁的前三阶模态振型,对理论推导进行初步验证。接着对检测车和桥梁的相关参数进行研究,找出该方法合适的车、桥参数。当桥梁支座约束由简支变为固支、桥梁由简支梁变为多跨连续梁时,数值算例表明该方法同样适用。最后进行损伤识别研究发现,对于简支梁桥和连续梁桥,无论是单处损伤还是多处损伤,该方法都能很好的识别出损伤位置及损伤程度。
③进行野外实桥试验对本文提出的损伤识别方法进行初步验证。设计出适用于本损伤识别方法的单轴车,通过实桥试验验证了该方法的实际可行性。