基于動(dòng)力分析的鐵路橋梁損傷診斷方法研究.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷是橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。對(duì)于重要的在役橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)與評(píng)估,充分了解橋梁的實(shí)際狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)損傷并診斷出損傷的位置以及損傷程度,不僅能夠及時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修復(fù),恢復(fù)結(jié)構(gòu)承載能力,而且可以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生,保障人民的生命安全。所以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)開(kāi)展損傷識(shí)別的研究有著重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值,也是當(dāng)前橋梁工程研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文結(jié)合濟(jì)南鐵路局《鐵路橋梁結(jié)構(gòu)分析檢算軟件開(kāi)發(fā)》研究項(xiàng)目,做了以下幾方面的研究:
　

2、　(1)在對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料的閱讀和分析的基礎(chǔ)上,對(duì)現(xiàn)有主要的動(dòng)力損傷指紋實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷診斷的原理進(jìn)行闡述和剖析,并對(duì)其應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。
　　(2)針對(duì)鐵路橋梁檢測(cè),用Fortran語(yǔ)言編制鐵路橋梁結(jié)構(gòu)分析檢算程序RBAP(Rail-way Bridge Analysis Program)的動(dòng)力分析模塊。相對(duì)于大型通用程序,RBAP程序具有目的意義明確、針對(duì)性強(qiáng),有限元建模簡(jiǎn)單、易操作,結(jié)果輸出簡(jiǎn)便,快捷的最不利荷載位置計(jì)

3、算和試驗(yàn)荷載自動(dòng)布載等特點(diǎn)。程序可實(shí)現(xiàn):①計(jì)算在恒載、列車(chē)活載及其它荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形;②計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率和振型;③可輸出橋梁結(jié)構(gòu)模型圖、變形圖、影響線(xiàn)和振型曲線(xiàn)等;④可實(shí)現(xiàn)三維圖形不同視角顯示、平移、旋轉(zhuǎn)、編輯等功能。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析有限元理論的基礎(chǔ)上,從橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程建立、質(zhì)量矩陣形成、動(dòng)力特性計(jì)算三個(gè)方面進(jìn)行RBAP動(dòng)力分析程序設(shè)計(jì),并用流程圖對(duì)動(dòng)力分析程序主結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。用一連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)BAP程序動(dòng)力分析模塊計(jì)算

4、結(jié)果可靠性進(jìn)行驗(yàn)證,并結(jié)合驗(yàn)證算例對(duì)RBAP的界面數(shù)據(jù)輸入,計(jì)算結(jié)果圖形輸出進(jìn)行說(shuō)明。驗(yàn)證結(jié)果表明:頻率計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS計(jì)算結(jié)果基本一致,前十階振型坐標(biāo)值計(jì)算結(jié)果也基本一致。驗(yàn)證結(jié)論表明了RBAP動(dòng)力分析程序模塊計(jì)算結(jié)果的正確性。
　　(3)重點(diǎn)分析了曲率模態(tài)指紋作為橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷的理論依據(jù),從曲率模態(tài)與位移模態(tài)的關(guān)系、曲率模態(tài)與應(yīng)變模態(tài)的關(guān)系兩個(gè)方面對(duì)曲率模態(tài)指紋法的損傷診斷原理進(jìn)行分析,由梁彎曲的變形近似方程

5、可得曲率是位移的二階導(dǎo)數(shù),對(duì)應(yīng)于每一階位移模態(tài),則必有與其對(duì)應(yīng)的曲率模態(tài)。同時(shí)曲率又與應(yīng)變存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。應(yīng)變又對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)的剛度,所以結(jié)構(gòu)的曲率模態(tài)可以作為檢測(cè)結(jié)構(gòu)剛度變化的依據(jù)。而結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷就表現(xiàn)在剛度變化上,所以結(jié)構(gòu)的損傷可以用曲率模態(tài)的變化來(lái)判別。以一片損傷簡(jiǎn)支梁為工程背景,用RBAP程序建立了損傷識(shí)別計(jì)算的有限元模型,對(duì)該簡(jiǎn)支梁進(jìn)行動(dòng)力分析得到動(dòng)力特性參數(shù)振型和頻率,由此進(jìn)而計(jì)算得到近似差分曲率模態(tài)和曲率模態(tài)差,最后用曲率

6、模態(tài)和曲率模態(tài)差兩個(gè)損傷識(shí)別參數(shù)對(duì)一簡(jiǎn)支梁從不同損傷位置的識(shí)別能力、不同模態(tài)階次在損傷識(shí)別中的識(shí)別效果、不同程度損傷的識(shí)別效果三個(gè)方面進(jìn)行損傷識(shí)別能力的研究比較,得出曲率模態(tài)差識(shí)別參數(shù)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行有效地識(shí)別。
　　(4)對(duì)基于曲率模態(tài)差的損傷識(shí)別方法用于連續(xù)剛構(gòu)橋主梁的損傷位置識(shí)別問(wèn)題進(jìn)行了探討性研究。以一連續(xù)剛構(gòu)鐵路實(shí)橋?yàn)楣こ瘫尘?用RBAP建立了以損傷識(shí)別為目標(biāo)的有限元分析模型,進(jìn)行了主梁損傷對(duì)動(dòng)力特性的敏感性分析,然后