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大跨度斜拉桥动力特性分析及主梁损伤识别

作　者: 李永忠
导　师: 宋固全
学　校: 南昌大学
专　业: 力学
关键词: 斜拉桥 损伤识别 模态应变能 自振分析
分类号: O346.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


桥梁结构在运营过程中,因设计、施工、环境和超载作用等多方面的原因,导致桥梁结构发生不同程度的损伤,从而影响桥梁结构的正常使用和安全。为确保桥梁结构安全,必须对可能存在的损伤进行检测和识别,尤其是对于大跨度桥梁结构。斜拉桥作为一种很有竞争力的桥型,在跨江、跨海大桥中越来越受青睐,因此研究大跨度斜拉桥结构的损伤识别具有现实意义。结构的损伤识别效果一方面直接跟结构有限元模型直接相关,建立能反映结构真实的结构性能的模型尤为关键；另一方面就是损伤识别所采用的具体识别方法。本文以九江长江公路大桥为工程背景,利用ANSYS建立用于动力分析的空间有限元模型,在初步确定合理成桥状态后进行自振特性分析。在建模过程中由于大跨度斜拉桥结构复杂,为提高建模和计算效率,研究了一些特殊构件的简化建模方法,如对钢箱梁顶、底板U型加劲肋采用刚度等效的方法,用物理各向异性板壳单元来模拟桥面板的几何各向异性,确定建模的截面尺寸和材料参数；对于预应力钢束的影响,通过估算有效应力值后赋予LINKIO单元初应变来施加预应力。当前模态应变能理论进行损伤识别时一般以未损伤结构作为基准模型,而服役很久的桥梁或缺乏设计资料的桥梁难以得到未损伤结构的基准模型,而这类桥梁的损伤发展检测和识别也是工程中亟需解决的问题。基于未损伤结构基准态的模态应变能损伤识别方法,从理论上推导了基于损伤结构基准态的模态应变能损伤识别方法。通过对一连续箱梁桥的损伤识别模拟,结果表明基于损伤结构基准态的模态应变能损伤识别方法对旧损伤的增长和新发展的单一损伤、密集损伤、多处损伤的识别都很敏感,原有损伤不会干扰新发展损伤的识别。将基于未损伤结构基准态的模态应变能损伤识别方法应用于九江长江大桥主梁的损伤识别,数值模拟结果表明基于模态应变能的损伤识别方法也适用于大跨度斜拉桥,对不同损伤工况亦敏感。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 斜拉桥概述  8
  1.2 斜拉桥动力分析研究现状  8-9
  1.3 基于模态应变能的损伤识别研究现状  9-11
  1.4 问题的提出和研究意义  11
  1.5 主要研究内容  11-13
第二章 斜拉桥动力学理论  13-26
  2.1 引言  13
  2.2 斜拉桥的固有频率计算  13-24
    2.2.1 竖向振动固有频率计算  13-18
    2.2.2 横向振动固有频率计算  18-24
  2.3 振型分析  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 大跨度斜拉桥模型的建立  26-44
  3.1 引言  26
  3.2 工程概况  26-31
    3.2.1 结构体系  27
    3.2.2 桥塔构造  27-29
    3.2.3 钢箱梁构造  29-30
    3.2.4 混凝土主梁构造  30-31
    3.2.5 斜拉索布置  31
    3.2.6 主要采用的设计技术指标  31
  3.3 有限元模型的建立  31-43
    3.3.1 有限元模型采用的单元简介  31-32
    3.3.2 结构构件的模拟  32
    3.3.3 特殊构件建模简化处理  32-41
    3.3.4 材料参数  41
    3.3.5 斜拉桥的边界条件  41
    3.3.6 完整的空间有限元模型  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 九江长江公路大桥自振特性分析  44-65
  4.1 引言  44
  4.2 合理成桥状态的确定  44-55
    4.2.1 合理成桥状态恒载索力确定方法  44-46
    4.2.2 斜拉桥成桥合理索力确定的原则  46
    4.2.3 合理成桥状态恒载索力  46-55
  4.3 斜拉桥自由振动特性  55
  4.4 自振特性计算与分析  55-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章 基于模态应变能的桥梁结构损伤识别  65-80
  5.1 引言  65
  5.2 模态应变能损伤识别理论  65-67
  5.3 基于模态应变能的连续箱梁桥损伤识别  67-74
    5.3.1 计算模型  67-69
    5.3.2 以未损伤结构为基准模型的损伤识别效果  69-72
    5.3.3 以损伤结构为基准模型的损伤识别效果  72-74
  5.4 基于模态应变能的九江长江公路大桥主梁损伤识别  74-79
    5.4.1 计算模型  74-76
    5.4.2 损伤识别效果  76-79
  5.5 本章小结  79-80
第六章 结论与展望  80-82
  6.1 结论  80
  6.2 进一步工作方向  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-85
攻读学位期间的研究成果  85

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 固体力学 > 强度理论 > 损伤理论
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