基于柔度曲率矩阵的梁桥损伤识别方法

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1、学校代码10530学号201510181976分类号O327;TU311.3密级公开硕士学位论文基于柔度曲率矩阵的梁桥损伤识别方法学位申请人周楠指导教师唐盛华学院名称土木工程与力学学院学科专业建筑与土木工程研究方向结构损伤识别二〇一八年四月BeamBridgeDamageIdentificationMethodBasedonFlexibilityCurvatureMatrixCandidateZhouNanSupervisorTangShenghuaCollegeCollegeofCivilEn

2、gineeringandMechanicsProgramArchitecturalandCivilEngineeringSpecializationStructuraldamageidentificationDegreeMasterOfEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateApril.2018摘要结构损伤识别作为桥梁健康监测系统的核心内容之一，其识别方法较多，由于柔度类损伤识别指标仅需低阶模态就可进行损伤识别，低阶模态在工程测量中又容易确保精度，其

3、工程实用价值较高，故柔度曲率的损伤指标得到了大量学者的关注，并开展了许多研究工作。本文以均匀荷载面曲率差(ULSC)理论为出发点，经推导构造一种加权损伤指标的一般形式，根据选取不同的加权值可以得到不同的指标，简化了一些前人提出的柔度类曲率指标。由于ULSC指标计算存在正负抵消的问题，给指标识别带来一定的影响，有些柔度类损伤指标由于进行了两次曲率计算，会影响损伤程度的计算。本文构造了一个新的损伤指标，记为振型加权模态柔度损伤指标——MFCAD(absolutediagonalofmodeflexi

4、bilitycurvature)。新指标直接通过频率和振型进行计算而不必形成柔度矩阵，简化了计算量。根据位移与刚度的关系，假设损伤对梁的模态分布影响较小，即损伤前后梁的模态分布近似相同，由于直接使用振型进行损伤识别，不能有效反应损伤程度，本文采用加权柔度矩阵曲率代替振型曲率进行损伤程度计算，基于结构损伤前后指标的相对变化及节点损伤程度和单元损伤程度的关系，提出了指标的结构损伤程度计算方法。对于静定结构，结构损伤前后弯矩不会发生改变，对于超静定结构，结构损伤后会出现内力重分布的现象，这会使计算结果

5、比实际情况偏低，因此本文对超静定结构的损伤程度进行了修正。采用基本梁结构体系：简支梁、悬壁梁、一端固支一端铰支梁、固支梁、连续梁算例进行新指标损伤定位与损伤程度分析，并与其它指标进行对比分析，结果表明本文提出的新指标在损伤定位与损伤程度识别方面具有优势，该指标对多种结构类型均能进行损伤定位与损伤程度识别，效果较好。为了进一步验证新指标的适用性，选取符合实际工程背景的等高度连续梁、变截面连续梁、单肢薄壁墩连续刚构、双肢薄壁墩连续刚构为实例探讨了新指标的适用性，其结果表明本文提出的新指标在损伤定位与

6、损伤程度识别方面效果良好；该指标可以完全识别桥梁损伤位置，并且识别效果较好，损伤程度识别除双肢薄壁墩之间主梁损伤由于剪切变形影响导致损伤程度识别误差较大外，其余桥梁损伤程度识别效果较好，结果较为正确。关键词：柔度曲率矩阵；损伤定位；损伤程度；振型；梁桥IAbstractStructuraldamageidentificationisoneofthecorecontentsofthebridgehealthmonitoringsystem,andtherearemanyidentification

7、methods.Becausethedamageindexofflexibilitytypeonlyneedslow-ordermodestoperformdamageidentification,andlow-ordermodescanbeeasilyensureaccuracyinengineeringmeasurements.Theengineeringapplicationvalueisrelativelyhigh.Therefore,thedamageindexofflexibilit

8、ycurvaturehasattractedtheattentionofalargenumberofscholarsandmanyresearchworkshavebeencarriedout.Inthepaper,basedontheuniformloadsurfacecurvature(ULSC)theory,ageneralformofweighteddamageindexisdeduced,anddifferentindicatorscanbeobtainedaccordingtodif