基于模态振型的钢桁架主梁损伤识别研究.pdf

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1、低温建筑技术2014年第4期(总第190期)基于模态振型的钢桁架主梁损伤识别研究孙永明，张雪峰(1．哈尔滨工业大学交通科学与T程学院．哈尔滨150090；2．黑龙江省林业设计研究院．哈尔滨150090)【摘要】基于模态振型法对一座单跨地锚式悬索桥的损伤情况进行识别。将结构实测模态振型与理论计算值进行比较，在确定结构整体刚度存在损伤的前提下，又进一步推断主梁损伤位置。经现场检测验证钢桁架主梁下弦杆在损伤位置处存在断裂情况，导致结构振型存在异常。【关键词】桥梁工程；安全评定；模态分析；损伤识别【中图分类号】TU392【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(

2、2014)04—0060—02基于结构模态参数的桥梁损伤识别、诊断技术具有经济有效、使用安全等优点⋯。目前用于桥梁结构损伤的动力学识别方法主要包括模态振型法、应变模态振型法和模态应变能法等。这些方法通过分析损伤对结构动力学参数(包括模态参数和结构参●秆吊杆I，，_拦蛀数)的改变，反过来用于识别损伤，能发现结构严重损伤的存在]。本文通过对比一座单跨地锚式悬索桥lIl45—It}的实测振型和理论振型，初步推断损伤状况和损伤范lIllI{ll围，又经现场检测验证钢桁架主梁在识别范围内确实存在较大损伤情况，本文提出分析方法和主要结论可为基于模态振型的桥梁损伤识别提供参

3、考。图2钢筋混凝土主塔和钢桁架主梁横断面图(m)1工程结构和分析模型(1)结构概述。95m单跨地锚式悬索桥，主索鞍至同侧散索套17m；钢桁架主梁高1．5m，宽6m，行车道宽4．5m；f1-7-形钢筋混凝土主塔采取扩大基础，桥面以上结构高度均为11．4m；主缆垂跨比为1／10，图3有限元模型图双索面布置(两条主缆面中心距5m)；全桥共设31对主梁和混凝土主塔)、65个桁架单元(模拟主缆)，模吊杆，吊杆纵桥向距离为3m，详见图1～图3。型中各杆件材料性质和截面性质如表1和表2所示。1717表1结构材料性质汇总表图195m单跨地锚式悬索桥立面图(m)表2结构各构建截

4、面性质汇总表该桥的钢桁架主梁在多年的使用过程中积累了一些例如开焊和锚栓松动等损伤情况，进而影响整个结构的安全运营，现使用模态法对钢桁架主梁的损伤程度和位置进行识别分析。(2)有限元分析模型。基于桥梁有限元分析软件《MidasCivil2010》建立结构平面有限元模型(图3)：全桥共有149个节点，205个梁单元(模拟钢桁架[基金项目]国家青年科学荩金项目(51308156)；博士后面向项目(2012M510969)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(HITNSRIF．2014077)孙永明等：基于模态振型的钢桁架主梁损伤识别研究612模态法评定主梁损伤状况(

5、1)计算模态和实测模态。基于结构有限元模型计算其在重力平面内的前四阶振型和频率，具体计算结果详见表3。表3有限元模型特征值分析结果Hz阶数频率振型，·图5钢桁架主梁下弦杆开焊、断裂(2)损伤状况分析。对比表3和表4数据：①实测频率均小于理论计算频率，表明实际结构整体刚度存在一定损伤情况；②实测第2阶振型在57m处出现反弯，实测第3阶振型在第32m处存在一定反弯情况，综上所述，初步推断钢桁架主梁在跨中30m范围内存在损伤，而现场观测发现主梁在此范围内确实存在严重情况。如图5所示，现场检测发现距梁端50m处的钢桁采用结构模态测试分析系统“DHDAS一5907”、无

6、架主梁下弦杆存在较严重的断裂情况，引起实测的第线速度传感器“DH5907”和结构模态分析软件“DH．2、3阶振型发生较大变化；而由于第1、4阶振型在此MA”实测大桥振动模态。具体测量方法如下：处的位移较小，其实测振型仍与计算振型吻合较好。3结语本文基于模态振型法对一座单跨地锚式悬索桥进行了损伤识别分析，经现场检测钢桁架主梁在识别损伤范围内确实处存在断裂情况，表明本文所提出的识别方法正确、有效，其对同类桥梁的损伤识别工作图4实测结构模态图具有一定的参考和借鉴价值。如图4所示，实测结构模态需使用三个传感器，固定1号传感器在2#吊杆处不动，移动2号和3号传感器，每安

7、置一次2号和3号传感器就需测量一次1参考文献号、2号和3号传感器同步振动情况，将这个测试过程[1]周勇军，赵小星，宋一凡，贺拴海．连续梁桥模态分析与试验称为一个批次，全桥共完成了七个批次测量。最后将[J]．长安大学学报(自然科学版)，2007，27(3)：57—59．七个批次的数据一并导入DHMA模态分析软件，可以[2]范晓望，李春，王海全，商旭峰．固支梁振型与损伤关系的试获得结构的初始几阶频率、振型和相应的阻尼比系数。验模态分析[J]．工程与试验，2009，49(2)：9一l1，29．[3]张吉刚，刘红绪，胡跃兵．基于模态应变能的桥梁损伤识别表4结构实测频率

8、和振型[J]．四川建筑，2007，27