基于列車橋梁耦合振動響應(yīng)的橋梁損傷識別方法研究

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1、多皇未交博士學(xué)位論文基于列車一橋梁耦合振動響應(yīng)的橋梁損傷識別方法研究ResearchonDamageDetectionTechniquesBasedonCoupledVehicle-bridgeVibrationRsponses作者：安寧導(dǎo)師：夏禾教授北京交通大學(xué)2013年1月學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書Y2428855IIIHillllllllUlllllllilllilllll本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行

2、檢索，提供閱覽服務(wù)，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明)學(xué)位論文作者簽名：璉奇導(dǎo)師簽名：簽字同期：沙圬年／月／7F1簽字H期：加，多年，月7夕111中幽分類號：U24UDC：625．11學(xué)校代碼：10004密級：公開北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文基于列車一橋梁耦合振動響應(yīng)的橋梁損傷識別方法研究ResearchonDamageDetectionTechniquesBasedonCoupledVehi

3、cle—bridgeVibrationResponses作者姓名：安寧導(dǎo)師姓名：夏禾學(xué)位類別：工學(xué)(國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目51078029)學(xué)號：06115231職稱：教授學(xué)位級別：博士學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程研究方向：橋梁損傷診斷北京交通大學(xué)致謝這篇論文能夠順利完成要特別感謝我的導(dǎo)師夏禾教授!夏禾教授淵博的專業(yè)學(xué)識、嚴(yán)肅的治學(xué)念度和治學(xué)精神、科學(xué)的工作方法和精益求精的工作作風(fēng)，都深深地感染和激勵著我。幾年來，夏禾教授不僅在學(xué)業(yè)上對我精心指導(dǎo)，在生活上對我很多照顧，在做人方面也為我樹立了榜樣，在此謹(jǐn)向

4、夏禾教授致以最誠摯的謝意和最崇高的敬意!張楠教授和戰(zhàn)家旺老師悉心指導(dǎo)我完成了科研工作，并且在學(xué)習(xí)上和生活上都給予了我很大的關(guān)心和幫助，在此向張楠教授、戰(zhàn)家旺老師表示衷心的謝意!感謝郭薇薇副教授、姚錦寶老師、曹艷梅老師給予的鼓勵、關(guān)心和幫助!在學(xué)習(xí)及撰寫論文期間，魏鵬勃博士、鄧玉姝博士、陳建國博士、高飛博士、杜憲亭博士、王少欽博士、余竹博士、張F(tuán)開博士、侯忠明博士、程潛博士、王昆鵬博士、李徐博士、徐曼博士、李慧樂博士、崔塹鵬博士、陳上有碩士、蔡超勛碩士、鄭毅碩士以及其他各位同學(xué)給予我熱情的幫助，在此向他們

5、表達(dá)我的感激之情!感謝北京交通大學(xué)研究生院和土木建筑工程學(xué)院各位老師和同學(xué)的指導(dǎo)、關(guān)心和幫助!許多學(xué)者的科研成果給了我很大的啟發(fā)，在此向這些學(xué)者表示由衷的感謝!感謝其他所有給予我鼓勵、支持的朋友!最后，要特別感謝養(yǎng)育我的父親母親，感謝我的妻子，感謝我的女兒，感謝我所有的親人，有了他們的付出、關(guān)愛、理解和支持，才使我能夠最終完成我的學(xué)業(yè)，謝謝你們!安寧2012年9月中文摘要本文是國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于車橋耦合振動分析的橋梁損傷診斷方法研究”(51078029)的研究成果之一。目前常用的橋梁損傷檢測方法

6、往往需要進(jìn)行中斷交通、封閉橋梁，導(dǎo)致檢測時問多局限于凌晨區(qū)段進(jìn)行，以避免對交通運(yùn)輸造成影響，對于一些交通非常繁忙的線路，中斷交通是很難實(shí)現(xiàn)的。因此如何在不影響橋梁正常營運(yùn)的前提下，對橋梁進(jìn)行評估診斷是目前世界各國工程界最為關(guān)心的研究議題之一。使用工作狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)振動信號識別橋梁損傷無須中斷交通，而且利于長期健康監(jiān)測。本研究對基于車橋耦合振動分析的橋梁損傷診斷方法進(jìn)行了研究，主要研究工作和成果如下：(1)使用了一種利用過橋車輛響應(yīng)而不是橋梁響應(yīng)來識別橋梁頻率的方法，并設(shè)計(jì)了一個3跨連續(xù)梁和一個1：10的

7、模型車輛來驗(yàn)證這一方法。結(jié)果證明通過車輛響應(yīng)的功率譜可以識別出橋梁頻率。(2)分析了橋梁和車輛位移、速度、加速度等響應(yīng)對橋梁損傷的敏感性。使用少量橋梁或車輛測點(diǎn)的時域響應(yīng)，通過靈敏度方法來識別橋梁結(jié)構(gòu)損傷和支座變化，并分析了不同參數(shù)對識別結(jié)果的影響。討論了橋梁單元較多時的一些特殊處理方法(如單元縮減、結(jié)果可視化等)。(3)定義了橋梁振動能量密度的概念，并以此為參考量，提出了一種利用車激橋梁振動能量密度靈敏度識別橋梁損傷的方法，改善了使用響應(yīng)靈敏度方法沒有充分利用各測點(diǎn)聯(lián)系以及計(jì)算量過大的缺點(diǎn)，同時能夠很

8、大程度的抑制個別測點(diǎn)的高水平噪聲。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了加窗能量密度的概念，不但提高了結(jié)果的精度，而且很大程度的減少了運(yùn)算量。(4)提出了一種利用車激橋梁響應(yīng)互相關(guān)函數(shù)靈敏度識別橋梁損傷的方法，通過記錄設(shè)置在橋梁上的兩個測點(diǎn)的加速度響應(yīng)，比較橋梁損傷前后兩點(diǎn)響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)的變化值，使用靈敏度方法來識別橋梁損傷。使用互相關(guān)函數(shù)靈敏度方法可以提高識別結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且計(jì)算較簡單，收斂速度較快，同時能夠很大程度的抑制測點(diǎn)的高水平噪聲，對橋梁多單