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基于曲率模态理论研究桥梁损伤诊断的有限元分析

作　者: 涂胜
导　师: 马琨
学　校: 昆明理工大学
专　业: 光学
关键词: ANSYS模拟曲率模态钢筋混凝土梁损伤诊断
分类号: U446.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国交通事业的迅速发展,桥梁、公路网密度不断提高,大跨度桥梁不断涌现。但是很多桥梁在使用过程中由于各种原因均有可能会发生不同程度的损伤、开裂或老化,从而埋下安全隐患,若不及时发现并修补就有可能造成重大事故,危害人民群众生命安全并导致重大财产的损失。所以,对现役桥梁结构进行损伤识别和早期预报,及时获取桥梁运营下的健康状况具有很重要的意义。本文在分析桥梁工程结构无损检测损伤方法的研究现状及存在问题的基础上,对应用曲率模态理论检测桥梁工程结构损伤进行了探讨和研究。具体的研究工作如下：(1)对目前国内外现有桥梁结构安全性评估方法现状进行了简要的介绍,并探讨了利用几种常用的损伤识别方法对桥梁结构损伤识别的理论。(2)鉴于曲率模态能比较好的识别桥梁结构损伤,能够准确反映桥梁的局部状态变化,可以用来检测损伤位置及损伤的程度。本文在详细论述曲率模态分析的理论依据及其特性的基础之上,针对桥梁等承弯结构,分析得到了曲率模态与应变模态之间的关系。另外,由于曲率模态是结构中性面的变形模态,其对结构的局部变化非常敏感,而且曲率模态表达式比应变模态更简单,再加上应变与曲率之间有较简单的关系,选择曲率模态对结构进行损伤识别将更为方便和实用。(3)简要介绍钢筋混凝土结构的有限元模型和桥梁结构的有限元分析的一些基本理,有限元分析的基本理论。包括有限元分析方法、步骤和单元选择等。为实际桥梁工程的有限元建模提供了理论依据。(4)利用大型有限元软件ANSYS对大尺寸钢筋混凝土进行结构分析。通过基于曲率模态理论对预设缺陷的钢筋混凝土梁进行了有限元分析。通过有限元分析表明,曲率模态对桥梁结构的整体损伤、局部损伤都有较好的敏感性,所得结论可为实际公路桥梁的损伤诊断提供参考。但也存在不足之处,最重要的一点就是曲率模态方法受测量误差的影响较大,若要应用于实际工程结构,还需进行大量的工作。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究的目的与意义  8-9
  1.2 结构损伤识别的国内外研究现状  9-13
    1.2.1 基于模态振型变化的损伤识别方法  9-10
    1.2.2 基于刚度变化的损伤识别方法  10
    1.2.3 基于频响函数(传递函数)的结构损伤识别方法  10-11
    1.2.4 基于模态分析的结构损伤识别的神经网络方法  11-12
    1.2.5 小波变换法  12
    1.2.6 结构损伤识别的其它方法  12-13
  1.3 结构损伤动力识别存在的问题  13
  1.4 本文研究方法和主要工作  13-15
第二章曲率模态诊断桥梁结构损伤理论基础  15-22
  2.1 结构损伤原理  15
  2.2 模态分析的基本原理及基本假设  15-17
    2.2.1 模态分析简介  15-16
    2.2.2 自由度和模态分析的基本假设  16-17
  2.3 模态实验的基本过程  17-18
  2.4 应用曲率模态检测损伤的理论基础  18-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章基于ANSYS钢筋混凝土梁的有限元分析  22-30
  3.1 有限元法对钢筋混凝土结构分析的优点和意义  22-23
  3.2 有限元程序在结构试验中的应用  23
  3.3 应用有限元分析的一般步骤  23-24
  3.4 有限元软件ANSYS在钢筋混凝土中的应用  24-27
  3.5 ANSYS对钢筋混凝土梁建模的基本步骤及注意事项  27-28
    3.5.1 单元的选取和参数的设定  27
    3.5.2 建立模型  27
    3.5.3 网格划分  27
    3.5.4 加载和求解  27-28
    3.5.5 用ANSYS进行模态分析  28
  3.6 本章小结  28-30
第四章钢筋混凝土梁有限元分析实体  30-38
  4.1 前言  30
  4.2 钢筋混凝土实例  30-32
  4.3 ANSYS模拟结果及分析  32-38
第五章总结与展望  38-40
  5.1 总结全文及结论  38
  5.2 研究展望  38-40
致谢  40-41
参考文献  41-43
附录:攻读硕士学位期间发表的论文  43

基于曲率模态理论研究桥梁损伤诊断的有限元分析

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