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矮塔斜拉桥结构损伤识别的Hilbert-Huang变换方法研究

作　者: 张寅涛
导　师: 唐雪松; 陈星烨
学　校: 长沙理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 矮塔斜拉桥 损伤识别 施工状态 Hilbert-Huang变换 小波变换
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


桥梁的损伤识别是目前桥梁工程领域内研究的热点问题。损伤检测的水平直接影响着桥梁的施工安全、营运安全以及工程质量。然而，过去人们往往只关注桥梁结构在服役后的健康状态监测与损伤识别，对施工过程中结构有可能产生的损伤重视不够。桥梁结构在施工阶段，结构体系多次变换，受力复杂多变，可能会导致发生严重事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，进行施工过程中的损伤监控是十分必要的。Hilbert-Huang变换是近年来一种新兴的信号分析方法，由于该方法是从信号本身的尺度进行分解，与传统的傅里叶变换方法有着本质的不同，Hilbert-Huang变换在处理非平稳信号方面有着巨大的优势。本文研究矮塔斜拉桥施工状态下的结构损伤识别问题，以广东省江肇高速公路西江特大桥为工程背景，首先用MIDAS软件对结构进行有限元分析，获取结构的各阶模态。然后将曲率模态导入MATLAB中运用Hilbert-Huang变换进行损伤识别，将识别的结果与小波变换损伤识别的结果进行对比，寻找了一种模态的最优选取法则，寻找可靠的损伤程度识别指标。针对Hilbert-Huang变换在矮塔斜拉桥损伤识别各施工工况中出现的问题，进行了分析讨论和寻找解决的办法。本文主要着重讨论了四个典型工况：最大双悬臂状态、边跨合龙状态、次中跨合龙状态、中跨合龙状态。本文的研究结果表明，Hilbert-Huang变换在矮塔斜拉桥的损伤识别中效果良好，并具有较强的抗噪声能力。同时本文找到了一种方法，可以有效地选择模态，抑制塔、墩、梁连接处造成的信号奇异点对损伤识别的干扰。与小波变换相比，Hilbert-Huang变换具有应用简便，抗噪性强等优点。但该方法由于发展时间较短，理论方面还有待完善。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 桥梁施工过程中的损伤识别  10-11
  1.2 矮塔斜拉桥的结构特点  11
  1.3 桥梁损伤识别的研究和发展  11-16
    1.3.1 局部检测无损检测方法  11-12
    1.3.2 整体检测的桥梁损伤识别方法  12-14
    1.3.3 非平稳信号的主要分析方法  14-16
  1.4 本文主要研究内容  16-17
第二章 Hilbert-Huang 变换和小波变换的基本理论  17-28
  2.1 前言  17
  2.2 Hilbert-Huang 变换  17-23
    2.2.1 Hilbert-Huang 变换简述  17-18
    2.2.2 时间的特征尺度  18-19
    2.2.3 EMD 算法简述  19-20
    2.2.4 希尔伯特谱和边际谱  20-21
    2.2.5 Hilbert-Huang 变换方法目前存在的主要问题  21-23
  2.3 小波变换  23-28
    2.3.1 连续小波变换方法  23-24
    2.3.2 离散小波变换方法  24-25
    2.3.3 小波变换中常用的小波基函数  25-27
    2.3.4 小波变换中小波基的选取原则  27-28
第三章 矮塔斜拉桥在施工状态下的损伤识别研究  28-45
  3.1 前言  28
  3.2 工程概况  28-29
  3.3 信号的奇异性检测  29-30
  3.4 数值分析  30-43
    3.4.1 损伤识别中模态的选择  31-34
    3.4.2 损伤位置和损伤程度的识别  34-38
    3.4.3 损伤识别中噪声信号的剔除  38-39
    3.4.4 数值分析中遇到的问题及本文的解决办法  39-42
    3.4.5 EMD 方法的改进  42-43
  3.5 本章小结  43-45
第四章 复杂工况下存在的问题及解决方法  45-53
  4.1 前言  45
  4.2 其它三个典型工况损伤识别中存在的问题  45-51
    4.2.1 多墩(多边界约束条件)下的模态选取方法  46
    4.2.2 边跨合龙工况下损伤识别存在的问题  46-48
    4.2.3 次中跨合龙工况下损伤识别存在的问题  48-50
    4.2.4 中跨合龙（成桥状态）工况下损伤识别存在的问题  50-51
  4.3 本章小结  51-53
结论与展望  53-55
  结论  53
  展望  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
附录  60

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 各种桥梁 > 桥梁：按结构分 > 斜拉桥
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