无背索斜拉桥主梁损伤识别研究.pdf

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1、72低温建筑技术2013年第1期(总第175期)无背索斜拉桥主梁损伤识别研究郑宇，孙全胜(东北林业大学，哈尔滨150040)【摘要】基于动力测试方法，采用模态应变能理论对无背索斜拉桥进行了主梁损伤识别研究，得到能用于钢混叠合梁结构损伤的识别指标，假定结构存在不同位置和不同程度的损伤，运用数值模拟计算结果，得到主梁损伤前后的前5阶模态，选取损伤凸显效果最好的第3阶模态进行损伤分析，计算各单元的损伤指标，数值模拟结果表明，损伤指标在损伤单元处的数值是最大的，可以准确的判断损伤的位置和程度。【关键词】无背索斜拉桥；模态应变能；损伤识别【中图分类号】TU375．1【文献标识码】B

2、【文章编号】1001—6864(2013)01—0072—02随着我国交通事业的快速发展，特大型桥梁结构不断例Fq可按式(3)表示：涌现，新旧桥梁数量日益增多。为确保人民生命财产安全，M快速有效地识别出桥梁结构可能发生损伤的部位和损伤程丽SEq=(3)度，及时掌握桥梁运营下的健康状况，是当前桥梁工程研究领域的热点问题之一。当结构无损且为等截面梁时，截面刚度E1()为常数结构损伤识别技术长期以来都是一个非常活跃的研究，则式(3)可变化为：领域，尤其是近年在结构健康监测中的重要表现，使得人们衄SE~i=，D开始探索可用于识别工程结构损伤的技术方法，以对结构M(4)进行整体评估

3、，因此新的损伤识别技术不断出现。这些J0方法在本质上都是以结构静力或动力分析为基础，并通过如果梁发生损伤，损伤处单元截面刚度会有倍折减变不同识别指标的发展而进行更新，其中动力分析理论包括为，使得式(3)中各单元的分母刚度和损伤单元的分子固有频率法、结构振型变换识别法、曲率模态法、柔度矩阵刚度发生变化。但由于损伤只发生在少数单元，分母刚度可法和模态应变能法。目前模态应变能法经过Stubbs、Kim、近似为原刚度，而损伤单元的分子刚度在按原刚度考虑时，Humar以及李爱群等多位学者的发展，已成为主要的损伤识显然有放大损伤处数值的效果，故也取值为常数。由此损别方法之一。伤后单元

4、的应变能比可表示为：1基于模态应变能理论的损伤指标当结构有损伤在局部发生时，将会对该处结构材料的物理力学性能产生影响，主要是以损伤处的局部刚度下降：(5)f())dx体现出来。而以结构的刚度和整体模态振型为函数自变量的模态应变能，必然会在损伤部位发生突变，借此现象就可式中，()为结构损伤后已经发生变化的模态曲率，制定相应标识对结构损伤加以识别。而对于该方法具体的由此可知，在结构损伤后会发生改变，可利用这一变化量损伤识别指标，可根据下列推导制定。以一般欧拉梁为例，△作为指标进行结构损伤识别。其第i阶模态对应的长度己范围内的梁段弯曲模态应变能可AF=—F(6)按式(1)表示。

5、2实例分析一1MSE=I÷()d2。1桥梁概况J0金州斜拉桥位于大连市金州区西北跨越沈大高速公=÷dx=-~flEl(dx路、哈大客运专线，金州斜拉桥主跨130m，采用墩、塔、梁固(1)结体系的单塔单索面无背索斜拉桥，索塔采用钻孔灌注桩基础、单柱式倾斜钢筋混凝土塔，索塔全高124．2m，为变截式中，M()为梁单元处弯矩；El()为相应截面抗弯刚；”()为i阶模态振型的二阶导数，即模态曲率。现假设面矩形截面。主梁采用钢混组合箱梁，其顶板为混凝土桥面板，中心线处梁高3．0m，主梁全宽30．5m。图1给出了无梁沿长度方向可分化为段，则第个单元在其长度[o，b]背索斜拉桥主桥立面

6、图及损伤识别研究中所设定的3处损范围内对应的第i阶模态应变能为：1伤位置。即：①主梁跨中位置；②靠近主塔侧主梁四分点位MSE=1lE1()((x))．dx(2)置；③远离主塔侧主梁四分点位置，各位置的损伤通过该位而梁的号单元的模态应变能在整个梁结构中所占比置处梁单元弹性模量的折减来模拟，分别模拟主梁损伤郑宇等：无背索斜拉桥主梁损伤识别研究7310％、20％和40％的情况。3．50E一043．00E一042．S0E—O4监2．00E一04嚣裔1．50E-041．00E一04q5．00E一050．00E+00—5．00E-05—1．00lE一04l10l92837465564

7、73829ll0o109单元号图3L1梁段损伤图l金州斜拉桥立面图(cn1)2．O0E—O42．2计算模型1．00E—O4金州斜拉桥的计算采用的是Midascivil有限元分析软O．00E+00蜷一1．00E—O4件。该软件是针对土木结构分析的空间有限元软件，能对一2．00E一04司一3．00E一04预应力混凝土箱梁桥、悬索桥、斜拉桥等桥梁结构进行分—4．OOE—O4析，并且能够进行非线性边界分析，水化热分析、材料非线—5．00E—D4性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。Midascivil有—6．00E一04ll0l92