时变环境下桥梁集群结构损伤诊断方法
发布时间：2022-05-08 12:24
桥梁集群是指由区域路网或城市环线内多座桥梁所构成的桥梁群体。与单座大型桥梁不同,集群数据既涵盖有监测系统桥梁的监测信息又包含无监测系统桥梁的检测信息,数据类别多;集群内非相似桥梁结构需逐一进行针对性数据处理,工作量大;集群内相似桥梁之间数据具有关联性,可挖掘性强。因此,如何有效利用集群数据特征,实现全部桥梁的损伤诊断是健康监测领域颇具挑战性的课题。针对这一难题,分别从集群内有监测系统的非相似桥梁、有监测系统的相似桥梁及无监测系统的桥梁三个方面开展了系统研究,主要研究内容包括:针对如何构建时变环境下损伤诊断所需的桥梁有限元基准模型问题,提出概率有限元基准模型的概念。研究时变环境下桥梁固有频率监测数据的分布特征,提出基于高斯混合分布的聚类分析算法,实现对海量监测数据的分类;每一类别下,依托随机有限元模型修正理论,引入Kriging代理模型,提出桥梁结构概率有限元基准模型的构建算法;结合异常诊断算法理论,构造基于概率有限元基准模型的结构损伤诊断因子,实现对集群内非相似桥梁结构的损伤诊断,弥补了传统有限元技术无法描述监测数据分布规律的缺陷。探索适用于时变环境下损伤诊断的桥梁数据基准模型构建问题...
【文章页数】：192 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
斜拉桥实际照片
哈尔滨工业大学工学博士学位论文30图2-3斜拉桥实际照片Figure2-3Photoofthemonitoringcable-stayedbridge图2-4加速度传感器布置位置图Figure2-4Layoutmapofaccelerationsensors在2006年至2012年间，利用连续采集技术收集了主梁的加速度响应的大量监测数据。使用特征值识别算法（ERA）对每小时采集的加速度数据进行模态参数识别。主梁上随机选择的某一传感器的一小时的加速度响应及其功率谱密度，见图2-5及图2-6所示。图2-5主梁上某一传感器一小时的加速度响应Figure2-5Onehour’saccelerationresponseofonesensorsetonthemaingirder.图2-6主梁上某一传感器一小时的功率谱密度Figure2-6Onehour’spowerspectraldensity(PSD)ofonesensorsetonthemaingirder.用ERA算法识别的每小时的模态振型与有限元模型解析的模态振型的差异用MAC值来描述。2006年至2012年间模态振型监测数据的MAC值的波动情况见图2-7所示。
关性。这与图2-8与图2-9中的结果相一致。2.4.3桥梁结构初始有限元与Kriging模型的建立本节采用ANSYS软件建立该桥梁结构的有限元模型，该模型由2157个节点和2065个单元组成。具体模型参数如下，钢梁部分使用Beam44单元模拟，弹性模量为2.05×105Mpa；主塔部分依然使用Beam44单元模拟，其中钢材的弹性模量为2.00×105Mpa，混凝土的弹性模量为3.45×104Mpa；钢索部分使用Link10单元模拟，钢材的弹性模量为2.00×105Mpa；所有的钢材密度为7.85×103kg/m3，混凝土密度为2.55×103kg/m3。计算的前4阶振型（主梁的竖向振动），如图2-11所示。使用有限元模型计算的前4阶频率信息列在表2-2中。a）第1阶振型b）第2阶振型c）第3阶振型d）第4阶振型图2-11有限元模型计算的模态振型Figure2-11ThecalculatedmodalshapeofFEM桥梁的结构刚度反应的是桥梁的材料属性和几何尺寸。因此，在有限元模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模态柔度矩阵的结构损伤识别[J]. 邱飞力,张立民,张卫华. 噪声与振动控制. 2015(04)
[2]基于小波变换与Lipschitz指数的桥梁损伤识别研究[J]. 余竹,夏禾,殷永高,孙敦华. 振动与冲击. 2015(14)
[3]基于节点曲率和小波分析的梁式桥多尺度损伤识别[J]. 钟儒勉,宗周红,郑沛娟,杨泽刚. 振动与冲击. 2015(12)
[4]基于粒子群优化支持向量机的斜拉桥主梁损伤识别研究[J]. 赵世英,李延强. 石家庄铁道大学学报(自然科学版). 2015(01)
[5]基于支持向量机的大跨连续刚构桥可靠度分析[J]. 刘扬,曾浩. 交通科学与工程. 2014(04)
[6]斜拉桥结构模型修正的子结构方法[J]. 周林仁,欧进萍. 振动与冲击. 2014(19)
[7]基于环境激励的连续刚构桥模态参数识别及有限元模型修正[J]. 程永欢,陈彦江,李勇,李晰. 工业建筑. 2014(S1)
[8]基于参数灵敏度分析的连续刚构桥有限元模型修正[J]. 陈彦江,程永欢,李勇,李晰. 公路. 2014(07)
[9]江阴大桥强风报警及风场特性分析[J]. 汪锋,孙震,张宇峰. 现代交通技术. 2014(03)
[10]基于灵敏度分析的模型修正方法在隔震桥梁的运用[J]. 胡斌. 华南地震. 2014(S1)
博士论文
[1]有限元模型修正方法及自由度匹配迭代技术研究[D]. 李伟明.上海交通大学 2011
[2]基于有限元模型修正的结构损伤识别方法研究[D]. 方圣恩.中南大学 2010
[3]基于时域响应特征提取与异常检测的结构损伤诊断方法研究[D]. 李睿.湖南大学 2007
硕士论文
[1]基于支持向量机的斜拉桥拉索损伤识别技术研究[D]. 王昕.石家庄铁道大学 2014
[2]考虑环境因素影响的结构健康监测损伤识别[D]. 周翠.大连理工大学 2013
[3]基于BP神经网络和模态曲率法的拱桥损伤识别研究[D]. 张旭.兰州理工大学 2013
[4]基于高斯过程响应面及核密度估计的有限元模型确认方法的研究[D]. 张冬冬.南京航空航天大学 2012
本文编号：3651661
【文章页数】：192 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
斜拉桥实际照片
哈尔滨工业大学工学博士学位论文30图2-3斜拉桥实际照片Figure2-3Photoofthemonitoringcable-stayedbridge图2-4加速度传感器布置位置图Figure2-4Layoutmapofaccelerationsensors在2006年至2012年间，利用连续采集技术收集了主梁的加速度响应的大量监测数据。使用特征值识别算法（ERA）对每小时采集的加速度数据进行模态参数识别。主梁上随机选择的某一传感器的一小时的加速度响应及其功率谱密度，见图2-5及图2-6所示。图2-5主梁上某一传感器一小时的加速度响应Figure2-5Onehour’saccelerationresponseofonesensorsetonthemaingirder.图2-6主梁上某一传感器一小时的功率谱密度Figure2-6Onehour’spowerspectraldensity(PSD)ofonesensorsetonthemaingirder.用ERA算法识别的每小时的模态振型与有限元模型解析的模态振型的差异用MAC值来描述。2006年至2012年间模态振型监测数据的MAC值的波动情况见图2-7所示。
关性。这与图2-8与图2-9中的结果相一致。2.4.3桥梁结构初始有限元与Kriging模型的建立本节采用ANSYS软件建立该桥梁结构的有限元模型，该模型由2157个节点和2065个单元组成。具体模型参数如下，钢梁部分使用Beam44单元模拟，弹性模量为2.05×105Mpa；主塔部分依然使用Beam44单元模拟，其中钢材的弹性模量为2.00×105Mpa，混凝土的弹性模量为3.45×104Mpa；钢索部分使用Link10单元模拟，钢材的弹性模量为2.00×105Mpa；所有的钢材密度为7.85×103kg/m3，混凝土密度为2.55×103kg/m3。计算的前4阶振型（主梁的竖向振动），如图2-11所示。使用有限元模型计算的前4阶频率信息列在表2-2中。a）第1阶振型b）第2阶振型c）第3阶振型d）第4阶振型图2-11有限元模型计算的模态振型Figure2-11ThecalculatedmodalshapeofFEM桥梁的结构刚度反应的是桥梁的材料属性和几何尺寸。因此，在有限元模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模态柔度矩阵的结构损伤识别[J]. 邱飞力,张立民,张卫华. 噪声与振动控制. 2015(04)
[2]基于小波变换与Lipschitz指数的桥梁损伤识别研究[J]. 余竹,夏禾,殷永高,孙敦华. 振动与冲击. 2015(14)
[3]基于节点曲率和小波分析的梁式桥多尺度损伤识别[J]. 钟儒勉,宗周红,郑沛娟,杨泽刚. 振动与冲击. 2015(12)
[4]基于粒子群优化支持向量机的斜拉桥主梁损伤识别研究[J]. 赵世英,李延强. 石家庄铁道大学学报(自然科学版). 2015(01)
[5]基于支持向量机的大跨连续刚构桥可靠度分析[J]. 刘扬,曾浩. 交通科学与工程. 2014(04)
[6]斜拉桥结构模型修正的子结构方法[J]. 周林仁,欧进萍. 振动与冲击. 2014(19)
[7]基于环境激励的连续刚构桥模态参数识别及有限元模型修正[J]. 程永欢,陈彦江,李勇,李晰. 工业建筑. 2014(S1)
[8]基于参数灵敏度分析的连续刚构桥有限元模型修正[J]. 陈彦江,程永欢,李勇,李晰. 公路. 2014(07)
[9]江阴大桥强风报警及风场特性分析[J]. 汪锋,孙震,张宇峰. 现代交通技术. 2014(03)
[10]基于灵敏度分析的模型修正方法在隔震桥梁的运用[J]. 胡斌. 华南地震. 2014(S1)
博士论文
[1]有限元模型修正方法及自由度匹配迭代技术研究[D]. 李伟明.上海交通大学 2011
[2]基于有限元模型修正的结构损伤识别方法研究[D]. 方圣恩.中南大学 2010
[3]基于时域响应特征提取与异常检测的结构损伤诊断方法研究[D]. 李睿.湖南大学 2007
硕士论文
[1]基于支持向量机的斜拉桥拉索损伤识别技术研究[D]. 王昕.石家庄铁道大学 2014
[2]考虑环境因素影响的结构健康监测损伤识别[D]. 周翠.大连理工大学 2013
[3]基于BP神经网络和模态曲率法的拱桥损伤识别研究[D]. 张旭.兰州理工大学 2013
[4]基于高斯过程响应面及核密度估计的有限元模型确认方法的研究[D]. 张冬冬.南京航空航天大学 2012
本文编号：3651661
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