基于移动荷载作用下结构响应及小波分析的桥梁损伤诊断研究

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1、基于移动荷载作用下结构响应及小波分析的桥梁损伤诊断研究-->第1章绪论1.1研究背景桥梁作为重要的生命线工程，影响到地区经济的发展。近年来，随着经济飞速发展的需要，国内外都进行了一系列的交通建设，包括相当数量的桥梁工程。以中国为例，根据交通部《2012年公路水路交通运输行业发展统计公报》，截止到2012年末，全国公路桥梁达71.34万座、3662.78万米，比上年末增加2.4万座、313.34万米。其中，特大桥梁2688座、468.86万米，大桥61735座、1518.16万米。铁路方面，由于桥梁容易满足线路平顺性和稳定性要求并

2、且可以减少对铁路沿线既有环境的影响，在高速铁路上占有较大的比重。截至2013年9月，中国高速铁路总里程为10463km[2]，运营里程约占世界高铁运营里程的45%，稳居世界高速铁路里程榜首。表1.1列出了我国部分高速铁路的桥梁比重（截至2008年）。可见，桥梁在中国高铁中所占的比重较大，在表中平均达到52.84%，而广珠城际更是达到了近94%。近年来国外的高速铁路也有较快的发展，以西班牙[3]为例，截至2013年，其高速铁路运营里程达到2665km，在全球仅次于中国。西班牙主要的高速铁路概况及桥梁比重如表1.2所示。可以看出，在

3、西班牙最早的高速铁路（Madrid-Sevilla)中，桥梁的比重比较小，而近年来开通的高速铁路中，桥梁比重有所增加。在桥梁的施工和运营过程中，都发生过各种各样的桥梁安全事故，以中国为例，据不完全统计从2007到2012年5年间，全国共有37座桥梁垮塌，共致使182人丧生，177人受伤，平均每年有7.4座夺命桥，其中2009年3起，2010年4起，2011年6起，2012年8起，呈逐年增长趋势。而美国在2000-2008年也发生了16起桥梁倒塌事故[5]。1.2研究现状1.2.1损伤桥梁动力特性研究现状桥梁病害不仅降低行驶车辆的

4、安全性，同时也影响着桥梁自身的使用寿命。而损伤桥梁的动力特性为桥梁健康监测提供了依据。结构损伤往往表现为局部刚度的下降，Abdekahmoud[22，23]研究了裂缝损伤对于简支梁在移动荷载作用下动力响应的影响，考察了荷载速度和大小等参数的影响。Lai(移动质量模型），簧下质量ms和弹簧刚度A(轮对和簧上质量模型）。有载频率相对变化率7可以用来评价频率变化了多少。(3)在移动质量模型中，有载频率比结构自振频率要小，而在轮对和簧上质量模型中，并非总是如此。(4)当其他参数都相同时，相对于轮对和簧上质量模型来说，移动质量模型计算得到

5、的有载频率变化量和要大得多。(5)对于移动质量模型，货车的空载和重载极大地影响有载频率的结果，而对于轮对和簧上质量模型，无论空载还是重载-->，结果一致。(6)在某些情况下，轮对和簧上质量模型计算得到的n是个负值，即有载频率大于结构的自振频率。本章在比较了几种典型的损伤模型的基础上，以扭转弹簧模拟裂缝损伤，对裂缝损伤梁进行了模态分析，研究了移动荷载作用下损伤桥梁的动力响应规律，并对移动质量和轮对簧上质量两种模型下简支梁的有载频率进行了比较。得到如下结论：(1)损伤对桥梁的模态参数有一定的影响。损伤程度越大，结构频率降低越多，位移

6、模态的最大值越大；越接近跨中的损伤对整个结构影响越大；梁的模态在损伤位置处会有一个拐点（如果损伤程度很小的话，不易被发现）；当损伤程度较小时，对结构整体频率和模态影响不大。(2)当移动荷载通过桥梁时，损伤的存在使得桥梁位移响应变大，损伤程度越大，位移响应幅值就越大，损伤对位移时程曲线的大致趋势并无显著影响；不同荷载速度对损伤梁位移响应的影响规律同无损伤梁的情况是一致的，当速度很大时，位移时程曲线趋于平滑，且位移的最大值增大很多；损伤对加速度幅值几乎没有影响，但是当荷载以较低的速度通过损伤位置处时，梁的加速度可能会出现突变；荷载速

7、度对损伤梁加速度幅值的影响和无损伤梁的规律一致，都是随着速度的增大，加速度幅值也相应增大；无论损伤位置位于何处，跨中的位移始终是最大的，损伤位置处的位移相对较大。(3)对于梁的位移响应，当荷载质量较大时，惯性力的存在会导致移动质量计算结果较之移动力计算结果偏大，而且质量越大，位移响应越大，损伤的存在融合了这种规律；随着荷载速度的增大，惯性力的影响也会不断增大，导致移动质量计算结果较之移动力计算结果偏大，损伤下的结构位移响应也都融合了荷载速度的影响。第3章小波分析理论..........................473.1F

8、ourier分析到小波分析..........................473.2连续小波变换..........................483.3离散小波变换..........................53第4章基于结构模态和连续小波变换