基于车桥耦合振动分析的公路桥梁损伤识别方法研究

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1、天津大学硕士学位论文基于车桥耦合振动分析的公路桥梁损伤识别方法研究姓名：邑强申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：朱劲松2011-12摘要公路桥梁作为市政基础设施和城市交通网络体系的重要组成部分，一旦发生事故，会造成城市交通的拥堵与中断，经济损失巨大，社会影响面广。对现有桥梁进行损伤检测，及早发现桥梁结构的缺陷或者损伤，及时进行维修加固，对保证桥梁结构的安全运营，避免桥梁倒塌事故的发生具有重要意义。现有的桥梁结构损伤诊断方法有很多，但大部分都处在仿真研究阶段，缺乏工程实际应用的检验。少数在实际工程中尝试应用的方法，其效果也不太理想，存在一定的局限性。因此，有必要

2、开发新的桥梁结构损伤识别方法，提高损伤识别方法的实用性。根据已有研究成果，本文以公路桥梁结构损伤识别方法研究为主题，主要进行了以下研究：1、将车辆简化为4个自由度的整车模型，根据D'Alembert原理推导了车辆振动方程，将桥梁离散为二维有限元模型，根据车辆与桥梁接触点处位移与力的协调条件，提出车桥耦合振动方程；采用Newmark一13算法，在MATLAB环境下编制了车桥耦合振动数值模拟程序VBAP-1；2、根据车桥耦合振动动力模型理论，采用Newmark-13算法，基于MATLAB环境与ANSYS的“APDL”语言开发了一套车桥耦合振动数值模拟程序VBAP-2。该程序能

3、够较方便的更换桥梁模型，通用性更强；3、利用车桥耦合振动分析程序VBAP．1对某下承式钢管混凝土拱桥在移动汽车荷载作用下的动力效应进行了数值模拟，分析了结构阻尼、桥上路面粗糙度、车重、车速以及车辆参数对吊杆应力冲击系数、挠度冲击系数的影响；4、提出了一套基于车桥耦合振动响应与静力试验数据的公路桥梁损伤识别方法。该方法中完好状态桥梁结构的动力响应通过VBAP．2程序模拟得到，桥梁损伤状态下的动力响应通过分布于桥梁主梁上的传感器采集得到，基于桥梁结构位移响应时程数据定义了位移能量损伤指标，通过计算各测点的位移能量指标识别出结构损伤位置；随后对桥梁结构进行静力加载试验，根据静力

4、试验数据通过模型修正的方法识别结构损伤程度。最后，以某简支梁桥为算例，用文中所提损伤识别方法对一系列单损伤与多损伤工况进行了识别。识别结果证明了该套损伤识别方法的有效性。兴雉词：公路桥梁；损伤识别；车桥耦合振动；静力试验；冲击系数；能量指标ABSTRACTHighwaybridge，asanimportantpartofurbaninfrastructureandtransportnetworks，oncedamaged，willinterrupturbantransportconsiderablyandcausehugeeconomiclosses．Earlydetec

5、tionanddiagnosisoftheinherentdefectsorexistingdamagesofbridgesisessentialtoensurethesafetyofbridgesandavoidpotentialcollapse．Althoughmanydamagedetectionmethodsofbridgeshavebeenproposed，mostofwhichremaininsimulationstageandthey’veneverbeenexaminedbypracticalengineering．Amongthosemethods，af

6、ewhavebeentestedbypracticalapplicationbutprovedtobeineffectivewithlimitedutilization．Therefore，itisnecessaryandpropertodevelopanoveldamageidentificationmethodforbridges．Basedontheexistingaccomplishmentinthebridgedamagedetection，thefollowingstudiesareconductedwithemphasisonurbanbridgestruc

7、turaldamagedetectiontechnologies：1．Thevehicleismodeledasafour-degree-of-freedomsystemandthevibrationequationsofthevehiclemodelarededucedbytheD’Alembertprinciple．Thenfiniteelementmethodisusedtodiscretizebridgeandfiniteelementmodelissetup．Thevibrationequationsofvehicl