基于pso的中、下承式拱桥吊杆损伤识别与安全评定

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1、（申请工学硕士学位论文）武汉理工大学基于PSO的中、下承式拱桥吊杆损伤识别与安全评定培养单位：理学院学科专业：工程力学研究生：吴孝清指导教师：谢官模教授2015年5月分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目基于PSO的中、下承式拱桥吊杆损伤识别与安全评定英文DamageIdentificationandSafetyEvaluationofSuspender题目inThroughandHalf-throughArchBridgesBasedonPSO研究生姓名吴孝清姓名谢官模职称教授学位博士指导教师单位名称武汉理工大学邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称工程力学论文提交日期2015

2、年4月论文答辩日期2015年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席李卓球评阅人教育部学位中心盲审教育部学位中心盲审2015年5月中文摘要近年来，接连发生的中、下承式拱桥运营期安全事故中，由于吊杆损伤、断裂等原因引起的占了绝大多数，造成了重大的经济损失及人员伤亡，安全形势非常严峻。但与之相对应的是，现阶段吊杆的损伤识别及安全评定技术相对还比较落后，少数的无损检测手段和基于测试参数的损伤识别方法，无论在工程实用性还是识别准确性上都远远没有达到要求。因此，对中、下承式拱桥吊杆的损伤识别与安全评定研究有十分重要的理论意义和工程应用价值。本文以铜瓦门大桥为背景，采用中承式拱桥的有限元结构

3、计算体系，研究了吊杆损伤与索力变化之间的理论关系，导出了索力变化列阵与损伤程度列阵关系的矢量表达式。在修正后有限元模型的基础上，对吊杆系进行损伤模拟，得到了中、下承式拱桥吊杆损伤与索力变化关系的一些基本特征，并利用上述基本特征，结合理论分析的成果，对吊杆损伤与索力变化的关系进行线性改造。进一步地，考虑测试误差的影响，建立了新的吊杆损伤预测模型。结合上述吊杆损伤预测模型，将粒子群优化算法（PSO）进行有针对性的改造。通过自编FORTRAN程序，解决了高维损伤向量的约束优化问题，建立了一套基于PSO的中、下承式拱桥吊杆损伤识别算法，从而可借助索力测量结果确定受损吊杆的位置和数量，并输出损伤程度信息

4、。通过考虑多种损伤组合及不同程度误差干扰工况下的数值试验，表明该损伤识别方法具有较高的识别精度，并具有较好的鲁棒性。论文最后利用铜瓦门大桥的实测索力资料对全桥吊杆进行损伤识别，给出了全桥38根吊杆的损伤预报结果。以此为基础，提出了一套基于现存安全系数的中、下承式拱桥吊杆安全状况评定方法。该方法考虑了吊杆内力修正及吊杆抗力折减，并参考我国中、下承式拱桥吊杆安全系数的发展历史及现有的国家标准，制定了吊杆安全的分级评价准则，同时利用该方法对铜瓦门大桥进行了全面的吊杆安全评价。理论与实践效果表明，本文所提出的吊杆损伤识别及安全状况评定方法可以较好地描述吊杆现有的安全状态，且算法稳定，使用方便，可以在一

5、定程度上提高中、下承式拱桥养护作业的水平。关键词：吊杆，损伤识别，PSO算法，有限单元法，安全评定IAbstractInrecentyears,therearemanyaccidentsofthroughandhalfthrougharchbridges,resultinginsignificanteconomiclossesandcasualties.Accordingtothestatistics,mostofthedirectreasonisthesuspenderdamageandfracture.Butincontrastwiththegrimsecuritysituation,th

6、edamageidentificationandsafetyassessmenttechnologyinthepresentstageisrelativelybackward.Theexistingmethodsofnondestructivetestinganddamageidentificationbasedontestparametersdobadlybothinpracticalityandaccuracy.Therefore,theresearchonsuspenderdamageidentificationandsafetyevaluationofthroughandhalfthr

7、ougharchbridgehasveryimportanttheoreticalsignificanceandengineeringapplicationvalue.Inthispaper,basedonahalfthrougharchbridgefiniteelementmodelofTongwamenBridge,theeffectsofthedamagevalueandthecablefo