管道悬索跨越结构抗震能力和健康诊断分析

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1、摘要摘要本文围绕长输油气管道悬索跨越工程的抗震能力和健康诊断技术，利用理论分析、模型实验和数值模拟手段进行了较为系统的研究。在总结震害经验和分析受力特点的基础上，概括归纳了该类结构的三种基本损伤模式。提出了基于模式识别的多级整体健康诊断方法，建立并验证了健康诊断的神经网络模型。此外，还建议了基于简单缆索受力监测的局部诊断方法，该方法可与整体诊断方法结合使用，判断结构系统的损伤模式、损伤位置和损伤程度。主要研究内容和成果如下：1设计制作了管道悬索跨越工程的1：8缩尺模型。在总结震害经验和分析受力特点的基础上，概括归纳了该类结构的三种基本损伤模式(塔架损伤模式、

2、吊索损伤模式和斜拉索损伤模式)。就系统的完好状态和三种损伤模式分别进行了实验研究。进行了模态实验、敲击激振实验、白噪声和地震波输入的振动台实验，以及缆索拉力和振动频率的测试。实验结果为评估结构体系的抗震能力和建立系统的健康诊断方法提供了依据。2利用ANSYS程序建立了原型结构和模型结构的有限元分析模型，考虑缆索的预应力和大变形、进行了完好状态和不同损伤模式下的静力分析和模态分析，也尝试进行了地震反应分析。就索力和体系自振频率而言，模型结构的实验结果和数值模拟结果基本吻合。数值分析也表明，原型结构和模型结构具有相似性，模型实验结果可作为分析实际工程的依据。3模

3、型实验和数值模拟表明，管道悬索跨越工程具有较强的抗震承载能力和系统的稳定性。在三向地震动同时作用下．当输入地震动加速度达到0．59(相当于地震烈度ix度)时，系统构件仍未达到强度极限、未发生破坏：即使在人为造成的三种损伤模式下，体系仍保持稳定，可维持运行功能。4对实验得到的结构体系自振频率参数进行了统计特征分析、区别不同损伤模式利用符号检验法进行了实测数据的显著性检验，确定前两阶频率参数可作为健康诊断的指标。建立了基于频率参数(频率和频率比)的多级整体健康诊断方法，可逐次识别结构的三种损伤模式。5运用MATLAB6．5工具箱，基于整体模式识别方法，建立了用于

4、管道悬索跨越工程健康诊断的BP人工神经网络。利用模型实验所得到的部分模态参数进行BP网络训练，再用其余部分数据对网络功能进行验证。结果表明，该网络模型对三种损伤模式具有良好的识别能力。6讨论了对缆索应力进行局部监测的技术方法。实验和分析表明，简单拉索的索力和振动频率间存在简单的线性关系，可利用敲击激振方法实测估中国地震局工程力学研究所博上学位论文计索力。鉴于斜拉索在维持体系稳定中的关键作用和斜拉索索力在不同损伤模式下的变化，可由其索力检测结果进行健康诊断。索力的局部检测方法与整体健康诊断方法可结合使用，判断结构体系的损伤模式、估计损伤程度、确定损伤位置。关键

5、词管道悬索跨越结构；抗震能力；振动台实验；健康诊断：模式识别人工神经网络Il摘要ABSTRACTTheaseismiccapacityandhealthdiagnosistechnologyforcable．suspendedslrucluresofoilandgaspipelinesarcstudiedsystematicallybythetheoryanalysesandthemodelexperimentsandnumericalsimulationanalyses．Threekindsofbasicdamagemodesofstructuresarc

6、brieflyinducedbasedontheexperiencefromearthquakedamageandthecharacteristicsofstructure’Smechanics．ThemultilevelmethodofwllolehealthdiagnosisiSputforwardaccordingtomodediscrimination．AneuralnetmodeliSsetupandtestedbyexperimentdatum．Furthermore．theleealhealthdiagnosismethodsarepropos

7、edf11roughmonitoringthecableforces．ThedamagemodesandthedamagepositionsandthedamagedegreesofstructuresystemCanbejudgedbyusingthewholehealthdiagnosismethodsincombinationwiththelocalhealthdiagnosismethods．ThemaincontentandoutcomeofthisPaperareasfollowing：Firstly，themodelSCaledtobeonee

8、ighthoftheactualcable—susp