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行车激励下桥梁建筑动力响应频谱局部化特性及损伤识别

日期:2018年02月26日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:1256
论文价格:150元/篇 论文编号:lw201802252103462517 论文字数:37485 所属栏目:建筑工程管理论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis
摘要:本文是建筑工程管理论文,建筑工程管理专业以“项目带动式”为人才培养的主要模式,在实施过程中,关键是科学选择项目并对项目进行优化设计;本专业核心教学与训练项目主要有:建筑工程项目管理;工程财务管理;建筑工程招投标;建筑工程监理;工程量清单计价等。(以上内容来自百度百科)今天无忧论文网为大家推荐一篇建筑工程管理论文,供大家参考。

第一章 绪论

1.1 引言
随着社会进步和科学技术的飞速发展,各行各业都迎来了自己的春天。土木工程行业作为人类社会发展的基石也迎来了快速发展的大好时代,比如各类复杂空间结构如雨后春笋般蓬勃发展就是最好的例证。然而任何事物都具有两面性,我们同时发现,土木工程结构在其使用过程中由于受到荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应以及材料老化等不利因素的影响,各种结构都不可避免的会产生累积损伤、抗力衰减、功能退化等病害,有的甚至会导致突发性的工程事故。以桥梁为例,桥梁作为交通发展的枢纽工程,一直被作为国家重点建设项目。桥梁不仅能够跨越沟谷、河流,也能够节约地面空间,同时在美学上也自成一派。然而桥梁也是损伤频发、易发的一种结构,引起桥梁结构损伤主要有以下几个因素:① 交通运输快速发展,交通量猛增,超出当时设计规范考虑范围,使桥梁运营压力增加,疲劳累积损伤严重;② 桥梁超载引起结构损伤;③ 超出使用年限或使用基准期,老化衰老现象自然发生;④ 使用期间可能出现各种不可预见的灾害和意外事件,也会导致桥梁结构损伤或破坏。造成桥梁结构损伤的因素有很多,以上只是其中几个,不管何种原因造成的损伤,最终都会形成安全隐患甚至造成财产损失。据统计,在美国 60 万座桥梁中有 28.6%的桥梁存在不同程度的性能损伤和功能缺陷,而每年 90%的桥梁投资都用于旧桥维修加固,只有 10%用来新桥建设。我国更是如此,在役桥梁中三分之一都存在结构性缺陷、不同程度损伤和功能性失效等隐患。近年来,由于桥梁结构损伤引起的事故有很多。1994 年 10 月韩国汉城跨江大桥发生断裂,造成多人无辜丧命;2007 年 8 月,美国密西西比河一座四车道高速公路桥梁发生坍塌,造成多人死亡、多辆汽车掉入河里;2001 年 11 月我国四川宜宾南门大桥突然断裂倒塌;2004 年 6 月辽宁锦盘田庄台大桥由于长期严重超载,大桥北起第十五孔的悬臂突然断裂导致桥板脱落;2004 年 9 月四川三渡水大桥塌落。类似的桥梁结构灾害数不胜数。
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1.2 国内外桥梁结构损伤识别研究现状
20 世纪初,国内外学者开始认识到对大型土木工程结构进行健康监测的重要性。为此,诸多学者开始寻找各种有效的结构损伤识别技术,同时做了大量的研究,并积累了大量关于结构损伤识别的理论方法和实用技术[1]。桥梁损伤识别的目的是对桥梁的工作状态、损伤程度和安全性能进行评估,即通过各种可能的、结构允许的测试手段,测试其当前工作状态,并与其临界失效状态进行比较,评价其安全状况[2]。损伤识别大致可以分为如下 4 个阶段:(1)通过全局检测手段探测损伤是否存在,即判断结构是否发生损伤;(2)在确定结构发生损伤的前提下,利用局部检测手段对结构进行损伤定位;(3)建立损伤量化指标,对结构损伤程度进行量化;(4)损伤识别的最终目的是评估结构健康状态和剩余使用寿命[3]。通常我们根据获得实测数据的方法不同将损伤识别分为静力损伤识别和动力损伤识别。目前静力损伤识别最普遍的是结构模型试验和桥梁现场荷载试验,两种方法都是使用静力测试数据进行损伤识别[9]。对于静力损伤识别,只要试验测试条件较好,位移和应变测试精度较高且稳定性好,静力损伤识别方法就会得到可靠度高的识别结果。静力测试时,外在荷载通常都是已知的,因此静力损伤识别是以结构响应的误差最小为目标,进行最优化求解的结果输出反演[10-12]。不难看出,静力损伤识别有一个最大的缺点就是会中断运营中桥梁交通,而且一些测试条件无法满足,这就为动力损伤识别发展提供了机会。结构动力损伤识别的基本出发点是结构模态参数和结构物理参数[13]。众所周知,任何结构都是由刚度、阻尼、质量三者组成的力学系统,假如结构出现损伤,结构参数也会发生变化,这就会使结构频率响应函数和模态参数发生变化[14]。即结构振动的模态参数是结构物理参数的函数,反过来说就是物理参数的变化必然引起结构振动模态参数的变化,这就是动力损伤识别的基本原理[15]。
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第二章 结构动力响应频谱局部化特性与损伤识别研究

2.1 基于结构频率的损伤识别原理和方法
结构刚度、质量、阻尼以及边界条件等几何物理特性组成了结构的动力系统,结构损伤识别的基本原理大都是结构物理特性的改变引起结构的动力响应发生变化,将在时间历程下不同时间段的结构状态对应的结构动力参数进行比较实现结构的损伤识别。在结构出现损伤过后,结构内部的几何、物理性质会发生改变,对于结构频率而言,结构的固有频率会发生变化,这就是以固有频率变化作为判断结构损伤的方法。同时外界因素的改变对固有频率影响较小,且固有频率的获得较为简单。利用固有频率的变化判断损伤的方法相对于其他方法更容易、更经济实用,并且识别精度也较高。但是因为结构低阶固有频率对局部裂纹损伤的敏感性偏低,而结构高阶频率敏感性高而且又常常难以被人工方法有效的激励起来,这样,传统基于低阶动力响应的结构损伤识别方法在使用时受到了限制,只有在结构严重损伤或需要利用十分复杂精确的观测方法才能进行有效识别,且难于同时识别出损伤的位置、程度等。为了解决固有频率在损伤识别中敏感性低、无法识别损伤位置和程度等问题,提出了行车激励下结构动力响应频谱局部化特性的理论,通过行车激励下结构动力响应频谱局部化特性就能够解决频率在损伤识别中的问题。
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2.2 结构动力响应频谱局部化特性理论分析
在结构振动理论研究中,通常假设结构系统是有理想化的规则性的,其实实际情况并不是这样的,实际结构系统都会具有一定程度的不规则性、缺陷性或则不确定性,统称为失调。研究表明结构失调对结构系统的动态特性有显著影响。在结构失调的情况下,当有振动发生时,振动能量就会部分局限在结构的各个局部区域,因此输入系统的能量就会被部分限制在失调位置区域,这就是结构振动局部化现象。对于一些敏感结构,当物理参数具有小量变化时就会使结构的某些模态振型发生变化,同时这些振动模态的变化局限于结构的局部区域[37]。结合结构振动理论,桥梁结构本身就是一个不规则的结构,当有激励源对桥梁结构进行激励时,激励产生的能量在结构中传播时由于结构中自身存在缺陷使部分少量能量限制在缺陷区域,因此引起结构的振动局部化效应。由于对于整个结构而言这种局限在缺陷区域的能量只有很少的一部分,因此从结构的振动频率上来看就是结构低阶频率受影响比较小稳定性比较好,而结构高阶频率受影响比较大表现出有和无、强和弱的区别。本文研究的桥梁结构动力响应频谱局部化特性不仅包含了结构自身的因素,还有随机车辆参数的因素。因为实际情况中影响结构振动频率的因素很多,比如桥梁自身大小、环境因素、车辆因素、激励源等,特别是动力响应高阶振动频率表现出来的敏感性尤为明显。结构频谱局部化特性就是基于结构自身因素和这些不定外界因素对频率的影响,从结构局部出发来研究结构的振动频率进而对结构进行损伤识别。
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第三章 缩尺模型桥动力试验............22
3.1 试验方案设计.........22
3.1.1 模型结构状态设计..........22
3.1.2 加速度测点布置.....22
3.1.3 荷载试验工况设计..........23
3.2 试验缩尺模型处理..........24
3.2.1 缩尺模型介绍.........24
3.2.2 缩尺模型处理与改造......28
3.3 试验数据采集与处理......31
3.4 模型试验数据采集系统...........33
3.5 缩尺模型桥脉冲试验......37
3.6 缩尺模型桥行车试验......42
3.7 本章小结........44
第四章 随机车辆参数行车激励对实测频率的影响分析............46
4.1 随机车辆参数对实测频率的影响....46
4.2 排除随机车辆参数行车激励对桥梁结构频率影响的方法.........49
4.3 本章小结........53
第五章 缩尺模型桥动力损伤识别....56
5.1 模型结构状态分析..........56
5.2 模型结构损伤有无识别...........76
5.3 模型结构损伤定位识别...........86
5.4 模型结构损伤程度识别...........87
5.5 本章小结........89

第五章 缩尺模型桥动力损伤识别

5.1 模型结构状态分析
在第三章里对结构模型一共定义了四种结构状态,它们分别是:结构状态 I代表对局部如翼板等非结构缺陷进行表观修补,现有人为施加产生的裂缝暂不处理的状态;结构状态 II 代表对前期试验的人为施加产生的裂缝进行封闭修补处理,得到裂缝修复的状态;结构状态 III 代表在 4 号测点和 5 号测点之间人为引入新的裂缝,得到裂缝损伤的状态;结构状态 IV 代表人为加深、加宽状态 III 下的裂缝,得到程度恶化的裂缝损伤的状态。对每个结构状态不再去分析每次行车获得各阶频率值,而是对每次行车获得的指针频率值进行分析,每次行车获得的指针频率均通过数据采集与分析系统自动计算获得,即在系统里面通过对每次随机行车激励获得的加速度时程曲线进行快速傅里叶变换后得到的前 20 阶振动频率值进行自动加权平均。
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结论

频率作为桥梁结构的动力参数,能够很好的反应桥梁结构的动力特性,当桥梁结构出现损伤时由于桥梁结构