基于动态试验的桥梁快速诊断技术研究

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1、中嫌A航六奢硬士学位论文基于动态试验的桥梁快速诊断技术研究研究生姓名：金喜莎导师姓名：张献民教授2015年5月5日中国民航大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宂成果，也不包含为获得中国民航大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：/公辜帝曰期：川5年孓马5曰中国民航大学学位论文使用授权声明中国民航大

2、学、中国科学技术信息研宄所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权中国民航大学研宂生部办理。研宄生签名：-导师签名日期：别s斗叫叫分类号：U446.3密级：公开UDC：625学号：1208006中国民航大学硕士学位论文基于动态试验的桥梁快速诊断技术研究研究生姓名：金喜莎导师姓名：张献民教授申请学位类别：工学硕士学科专业名称

3、：道路与铁道工程所在院系：机场学院论文答辩日期：2015年5月5日2015年5月5日ResearchinBridgeRapidDiagnosisBasedonDynamicTestADissertationSubmittedtoCivilAviationUniversityofChinaFortheAcademicDegreeofMasterofScienceBYJINXi-shaSupervisedbyProf.ZHANGXian-minAirportCollegeCivilAviationUniversityofChinaMay20

4、15摘要目前已有的桥梁结构检测方法主要有静力荷载试验法和动力试验法。其中静载试验法需长时间中断交通、耗时耗力；已有的动力试验法多以获得桥梁结构的模态信息作为评价桥梁结构性能的依据，其理论方法尚不够成熟，且实测数据对结构损伤灵敏度较弱。拟静力荷载试验是介于静力荷载试验和动力荷载试验之间的一种试验方法。通过对实测应变或挠度影响线分析对桥梁结构承载能力进行评定。拟静力荷载试验由于其对试验方法及数据采集设备的精度要求较高，在我国一直未得到大范围的应用。本课题在河北省交通科学基金资助下，提出基于动态试验的桥梁快速诊断技术。动态试验包括动力模态试验

5、和动力荷载荷载试验。动力模态试验通过采集桥梁结构在正常交通量和大地振动激励下的加速度信号，对实测数据作傅里叶变换，得到桥梁结构的频率、振型、阻尼比、刚度等。动力荷载试验通过在桥面施加指定路径的标准加载车车辆荷载，采集桥梁结构各测点的应变或挠度影响线。以两种试验获得的桥梁结构的力学响应为依据，修正桥梁结构的有限元模型。模型优化过程中采用合理的设计变量、状态变量和有效的目标函数。将相同荷载工况下桥梁结构有限元模型的计算值与实测值进行比对，借助大型有限元软件ANSYS中的优化模块，不断调整设计变量的取值，直至有限元计算值与实测值误差无限小，即

6、认为桥梁结构有限元模型修正完成，此时有限元模型等效于实际桥梁结构力学模型。在修正好的室内桥梁结构有限元模型上施加满足加载效率的静力荷载，利用静力荷载试验法评价桥梁结构的理论，对桥梁结构性能作出评价，从而达到快速有效评价桥梁健康状况的目的。针对本课题提出的基于动态试验的桥梁快速诊断技术，本论文做了如下几方面的研究：1.针对桥梁结构可能出现的各种损伤，通过室内有限元仿真模拟，研究了桥梁结构出现横向连接损伤、梁底裂缝等损伤时，动态试验实测结果的变化。为实际桥梁检测工程提供了理论支持，为试验方案的合理选择提供了依据。2.研究了配筋率、弹性模量、

7、截面惯性矩对应变或挠度影响线的影响规律及影响程度，为有限元模型修正过程中设计变量的合理选取提供理论依据。3.建立了基于动力模态参数和应变影响线的桥梁结构初始有限元模型校准技术中的目标函数，通过合理选择目标函数的表达式，保证结构模型优化的收敛性和有效性，为桥梁结构有限元模型优化提供了依据。4.将本课题所提出的桥梁快速检测方法应用于机场滑行道桥和公路桥实际检测工程。借助桥梁实际检测工程详细介绍了动力模态试验和动力荷载试验的数据采集、分析过程，以及模型优化、仿真I静力加载、桥梁结构评价的全过程，验证了本论文所提出方法的可行性。关键词：桥梁结构

8、安全性能动态试验动力模态试验动力荷载试验模型修正仿真静力荷载试验IIAbstractTheexistingbridgestructuredetectionmethodsaremainlydividedint