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基于动力参数的高速铁路桥梁多层次损伤识别与性能评定

作　者: 赵虎
导　师: 蒲黔辉
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 高速铁路测点优化布置损伤识别性能评定多层次评价系统
分类号: U441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国高速铁路的发展,列车的高速运行对桥梁的结构性能提出了更高的要求。而高速铁路桥梁由于高速列车荷载、风荷载、温度荷载等多重因素作用使其动力特性有别与普通铁路,结构的损伤难以准确估量,结构工作性能的评定也显得尤为困难。为确保高速铁路列车桥上运行的安全,建立高速铁路桥梁健康监测系统显得尤为重要。论文首先回顾了国内外高速铁路的发展历程及高速铁路桥梁的主要特点,简要介绍了桥梁健康监测测点优化布置的相关理论和主要方法；并以京沪高速铁路上南京大胜关长江大桥为工程依托,在系统地学习既有的结构性能评定与损伤识别理论及方法基础上,提炼出对结构性能敏感的动力参数,以结构的模态频率、动挠度、结构刚度、加速度以及结构变位等为切入点,构建对结构动力性能敏感的评价指标体系；结合国内外相关规范的研究,借鉴统计学中假设检验的思想,围绕影响结构性能的主要因素建立客观准确的评价规则。通过有限元计算分析,提出采用多层次评价体系对结构进行分级别的损伤识别与性能评定。该体系致力于对结构进行客观而可靠的性能评定,对结构的工作异常、结构损伤不错判、不漏判。为桥梁运营管理部门全面地掌握结构的服役状态,有效地发挥桥梁的交通功能提供具有一定参考价值的建议。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-23
  1.1 研究背景及意义  10-19
    1.1.1 高速铁路发展现状  11-15
    1.1.2 高速铁路桥梁的发展现状及特点  15-16
    1.1.3 高速铁路大跨特殊结构桥梁特点及技术要求  16-18
    1.1.4 桥梁结构损伤识别与性能评定的研究意义  18-19
  1.2 高速铁路桥梁损伤识别与性能评定的研究现状  19-21
  1.3 论文的工程背景及主要研究内容  21-23
第2章高速铁路桥梁传感器测点优化布置  23-34
  2.1 桥梁健康监测传感器优化布置理论  23-29
    2.1.1 传感器优化布置研究背景  23
    2.1.2 传感器优化布置的研究进展  23-25
    2.1.3 传感器优化布置的优化准则  25-27
    2.1.4 传感器优化布置的计算方法  27-29
  2.2 测点优化布置的两种常用方法  29-33
    2.2.1 测点优化布置有效独立法(EFI)  29-31
    2.2.2 基于模态置信度准则(MAC)和QR分解的逐步消减法  31-33
  2.3 本章小结  33-34
第3章高速铁路桥梁损伤识别  34-56
  3.1 高速铁路桥梁基于动力测试的损伤识别  34-35
  3.2 高速铁路桥梁基于动力损伤指标的损伤识别理论  35-49
    3.2.1 基于频率测量的损伤指标识别  35-40
    3.2.2 基于振型的损伤指标识别  40
    3.2.3 基于模态保证准则的的损伤指标识别  40-41
    3.2.4 基于曲率模态以及应变模态的损伤指标识别  41-46
    3.2.5 基于柔度矩阵差值的损伤指标识别  46
    3.2.6 基于模态应变能的损伤指标识别  46-47
    3.2.7 基于变形-曲率的损伤指标识别  47-48
    3.2.8 基于阻尼的损指标伤识别  48
    3.2.9 基于刚度差的损伤指标识别  48-49
  3.3 高速铁路桥梁基于横向模态差的横向损伤识别  49-55
    3.3.1 国内外关于横向刚度限定的异同  49-50
    3.3.2 基于横向模态差的桥梁横联构件损伤识别理论  50-51
    3.3.3 基于横向模态差的桥梁横向损伤识别理论的有限元数值模拟  51-55
  3.4 本章小结  55-56
第4章基于动力的多层次损伤识别及性能评定  56-86
  4.1 基于动力参数的多层次损伤识别及性能评定基本思想  56-57
  4.2 多层次损伤识别与性能评定的整体思路  57-58
    4.2.1 第一层次识别(一级识别)  57
    4.2.2 第二层次识别(二级识别)  57-58
    4.2.3 第三层次识别(三级识别)  58
  4.3 多层次损伤识别识别与性能评定动力指标体系的构建  58-59
  4.4 结构损伤的多层次识别与性能评定的基础理论研究  59-81
    4.4.1 免动力检测排查标准  60-61
    4.4.2 固有频率阈值研究  61-72
    4.4.3 结构竖向动挠度(挠跨比)限值研究  72-73
    4.4.4 结构横向刚度的限值研究  73-78
    4.4.5 桥跨结构走行性及加速度舒适度限值研究  78-81
    4.4.6 桥梁支座及墩台工作状态指标的研究  81
  4.5 多层次损伤识别与性能评定的流程示意图  81-82
  4.6 多层次性能评定的分级评价规则  82-85
  4.7 本章小结  85-86
第5章结构多层次损伤识别与性能评定数值验证  86-95
  5.1 有限元计算模型的建立  86-88
    5.1.1 主桁部分代表杆件截面  86
    5.1.2 平联杆系  86-87
    5.1.3 横联杆系  87-88
    5.1.4 横肋部分  88
    5.1.5 全桥主桁模型  88
  5.2 模型的有限元分析计算及相关结果提取  88-91
    5.2.1 固有频率计算  88-89
    5.2.2 部分低阶模态特征  89
    5.2.3 动静力分析相关结果  89-91
  5.3 提取结果输入评价系统并输出评价结论  91-93
  5.4 本章小结  93-95
结语  95-98
  论文主要研究内容及结论  95-96
  展望  96-98
致谢  98-99
参考文献  99-106
攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目  106

基于动力参数的高速铁路桥梁多层次损伤识别与性能评定

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