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震后桥梁结构的时域损伤识别

作　者: 刘越
导　师: 李乔
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 损伤识别时域分析 ARMA模型法连续刚构桥地震
分类号: U441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 37次
引　用: 1次
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内容摘要

地震是一种突如其来的具有很大破坏性和毁灭性的自然灾害,它不光会给人民的生命财产带来损失,也会对房屋、桥梁和道路等建筑物造成损坏。桥梁结构作为交通工程的枢纽,平时是承担繁忙运输任务的通道,震后亦有可能成为运送救援物资和人员的重要关口,而且桥梁震后的评估与修复也非常重要。因此,建立健康监测系统,对桥梁结构震后的健康状态进行监测就显得很有意义。作为健康监测系统和在役工程结构检测共同的核心技术,损伤识别成为近年来的研究热点。其主要任务就是通过实际测量的数据,对桥梁结构是否有损伤、损伤种类、损伤位置、损伤程度等做出准确合理的判断。损伤识别的结果可以为结构局部损伤探测提供大致的位置,也可以在损伤超过规范值时提出预警,还可以为结构可靠性评估提供依据。因此,结构损伤识别理论与方法是决定健康监测系统成败的关键所在,具有重要的研究意义。ARMA模型法(Auto-Regressive and Moving Average Model)是一种分析时间序列的重要方法,由自回归模型(简称AR模型)与滑动平均模型(简称MA模型)为基础“混合”构成。本文采用ARMA模型法作为损伤识别方法,利用其在时域分析特别是在短期预测中精度较高的优势,以加速度时程数据作为损伤指标,以此为基础来构建损伤敏感因子DSF,进行震后桥梁结构的损伤识别。对一大跨度连续刚构桥进行受震数值试验,应用本文的方法对其进行损伤识别。研究结果表明,本文所采用的方法可以在无环境噪声的情况下较准确地识别出结构是否损伤、损伤位置,并初步判断损伤程度。研究工作包括以下几方面内容：1、简要介绍了桥梁结构损伤识别的研究意义和发展概况,归纳分析了现阶段桥梁结构损伤识别中所存在的问题与难点；2、简要地归纳分析了桥梁结构的地震易损性部位,为数据采集点的布置提供指导；3、系统地介绍了基于动力指纹和时域分析的损伤识别基本理论和ARMA模型法的数学特性和建模过程；4、以大跨度混凝土连续刚构桥——九架棚大桥作为研究对象,进行受震数值试验,对本文提出的震后桥梁结构的损伤识别算法进行验证。采用大型有限元分析软件ANSYS建立九架棚大桥的有限元模型并进行地震波加载,对结构进行动力分析,获取结构在地震动激励下相关节点的加速度时程。通过MATLAB程序建立ARMA模型,采用模型的自回归系数(?)构造损伤敏感因子DSF。通过比较损伤前后DSF值的变化,对结构是否损伤、损伤位置和损伤程度进行识别,并对识别结果进行分析。最后,对本文主要工作和研究成果进行总结,并指出仍需进一步研究的问题。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第1章绪论  12-23
  1.1 引言  12-13
  1.2 桥梁结构的损伤识别  13-18
    1.2.1 桥梁结构健康监测系统概述  13-14
    1.2.2 桥梁结构损伤识别的概念和主要方法  14-16
    1.2.3 桥梁结构损伤识别的研究意义  16-17
    1.2.4 桥梁结构损伤识别的发展概况和研究现状  17-18
  1.3 目前桥梁损伤识别研究所存在的难点  18-19
  1.4 桥梁结构的地震易损性分析  19-21
  1.5 本论文研究的主要内容  21-22
  1.6 本章小结  22-23
第2章基于动力指纹和时域分析的损伤识别理论  23-29
  2.1 基于动力指纹的损伤识别概述  23-24
  2.2 时域分析理论  24-28
    2.2.1 时域分析的基本思想  24-25
    2.2.2 时域损伤识别的主要方法  25-28
  2.3 本章小结  28-29
第3章 ARMA模型法的理论和应用  29-55
  3.1 ARMA模型法的数学特性  29-41
    3.1.1 ARMA模型的数学描述  29-32
    3.1.2 ARMA模型有关重要函数介绍  32-41
  3.2 ARMA模型法的建模过程  41-54
    3.2.1 输入数据的采集  41-42
    3.2.2 时序数据的预处理  42-47
    3.2.3 ARMA模型阶数的估计  47-49
    3.2.4 ARMA模型参数的确定  49-54
  3.3 本章小结  54-55
第4章大跨度连续刚构桥震后损伤识别实例分析  55-78
  4.1 数值试验  55-60
    4.1.1 工程背景  55-56
    4.1.2 有限元建模和地震波加载  56-58
    4.1.3 损伤指标的选取和数据导出点的布置  58-60
  4.2 数据处理  60-64
    4.2.1 信号的采集和预处理  60-63
    4.2.2 损伤敏感因子的构建  63-64
  4.3 损伤识别分析  64-77
    4.3.1 损伤识别的过程  64-65
    4.3.2 单损伤识别  65-73
    4.3.3 单墩多损伤识别  73-74
    4.3.4 双墩多损伤识别  74-76
    4.3.5 识别结果总结与分析  76-77
  4.4 本章小结  77-78
结论与展望  78-80
  一、总结  78
  二、需要进一步研究的内容  78-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  85-86
附录:本文实例分析所用到的主要MATLAB程序  86-88

震后桥梁结构的时域损伤识别

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