基于阻尼特性的RC橋梁損傷識(shí)別方法.pdf

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1、基于阻尼特性的RC橋梁損傷識(shí)別方法黃曉敏1韓曉健2顧大鵬31.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,云南昆明6500932.南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,江蘇南京21181623.哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱1500903.北京工業(yè)大學(xué)工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100124摘要:針對(duì)工程中常見的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,利用靜力加載試驗(yàn)?zāi)M簡(jiǎn)支梁的損傷累積過程,試驗(yàn)中采用沙袋對(duì)簡(jiǎn)支粱施加一突變荷載,對(duì)簡(jiǎn)支梁的自由振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析,分析不同阻尼取值時(shí)模型的計(jì)算結(jié)果,分別采用粘性阻尼和庫侖阻尼2種模型,利用自由振動(dòng)信號(hào)分析2種阻尼在不同損傷

2、等級(jí)下的變化規(guī)律,對(duì)已有的研究結(jié)果進(jìn)行論證,從而進(jìn)一步提出一種基于阻尼特征的損傷識(shí)別指標(biāo),并驗(yàn)證了該指標(biāo)的優(yōu)越性,將其應(yīng)用到實(shí)際橋梁的檢測(cè)中。結(jié)果表明:阻尼在鋼筋混凝土橋梁中具有弱的非線性,提出的耗能指標(biāo)較阻尼參數(shù)魯棒性強(qiáng),可在實(shí)際橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用。橋梁工程;RC橋梁;靜力加載試驗(yàn);損傷識(shí)別;阻尼參數(shù);新?lián)p傷參數(shù)U441.3A1002-0268(2012)11-0063-06DamageDetectionofRCBridgeBasedonDampingCharacteristicsHUANGXiaominHANXiaojianGUDapeng2011-

3、02-12黃曉敏(1977-),男,云南保山人,博士研究生.(hjs.sy@163.com)公路交通科技第29卷塌,將對(duì)國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的損失。橋梁結(jié)構(gòu)中普遍為混凝土梁式橋?,為了保障橋梁的正常使用,適時(shí)地、及時(shí)地進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)測(cè)是必不可少的心],而損傷識(shí)別方法是保證健康檢測(cè)和監(jiān)測(cè)可靠性的關(guān)鍵所在。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界所普遍采用的方法主要是:(1)技術(shù)成熟的基于靜態(tài)測(cè)試的無損檢測(cè)方法;(2)逐漸成熟的基于動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試的損傷診斷方法?;陟o態(tài)測(cè)試的檢測(cè)方法雖然技術(shù)成熟,但是存在需要中斷交通和測(cè)試速度慢的棘手問題;而基于動(dòng)力特性的檢測(cè)方法測(cè)

4、試速度快,無需中斷交通,為學(xué)術(shù)界和工程界較多地研究和采用。結(jié)構(gòu)損傷程度的估計(jì)方法主要有:(1)直接比較損傷前后結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)變化的識(shí)別方法。-51;(2)利用作用于結(jié)構(gòu)上的載荷和結(jié)構(gòu)的反應(yīng),通過系統(tǒng)識(shí)別手段得到結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)參數(shù),比較它們的變化來估計(jì)結(jié)構(gòu)損傷情況+¨7。上述問題目前雖然已取得了較多成果‘卜9

5、,不過在實(shí)際工程中的應(yīng)用還較少。尤其是針對(duì)目前最為普遍的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的裂縫型損傷,如何構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)用的損傷檢測(cè)指標(biāo),是一項(xiàng)具有較高工程應(yīng)用價(jià)值的研究課題。1鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)1.1試驗(yàn)?zāi)康母鶕?jù)實(shí)測(cè)的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的自由振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù),分析結(jié)構(gòu)在

6、各靜力加載等級(jí)下的阻尼特征,建立其與簡(jiǎn)支梁靜載損傷等級(jí)的關(guān)系,對(duì)已得出的研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,并進(jìn)一步提出評(píng)價(jià)指標(biāo)來判斷結(jié)構(gòu)的損傷程度。1.2試驗(yàn)過程鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁試件截面尺寸為200mEX180mm,梁全長(zhǎng)為4350mm,計(jì)算跨度為4000rain。鋼筋采用雙筋配置,受拉區(qū)采用直徑為12mm的Ⅱ級(jí)鋼筋,共3根;受壓區(qū)采用直徑為8mm的I級(jí)鋼筋,共2根。全梁箍筋為雙肢配置,采用直徑為6mm的I級(jí)鋼筋,間距為100mE。梁的彈性模量為E=3.53X104MPa,密度為P=2400kg/m3。根據(jù)試件的設(shè)計(jì)參數(shù)可知:簡(jiǎn)支梁的基頻計(jì)算值在18Hz左右;設(shè)計(jì)極限

7、彎矩為21.4kN·m,設(shè)計(jì)極限剪力為64kN。試驗(yàn)中利用靜力加載模擬損傷程度,利用沙袋試驗(yàn)測(cè)試簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)信號(hào)。根據(jù)極限彎矩值將加載分為6級(jí)進(jìn)行,設(shè)計(jì)加載大小依次為3、6、10、14、18、21kN,每一次荷載等級(jí)的增加看作簡(jiǎn)支梁損傷程度增加一級(jí)。靜力加載裝置如圖1所示。當(dāng)加至各級(jí)荷載后,保持荷載靜置20rain左右,然后再進(jìn)行卸載,卸載后再靜置幾分鐘,之后進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。靜力加載試驗(yàn)如圖l所示。圖1靜力加載試驗(yàn)Fig.1Staticloadtest利用沙袋突加荷載,沙袋質(zhì)量為10kg,使其在距梁上表面200mnq左右高度自由下落,沖擊梁后作為

8、附加質(zhì)量隨梁振動(dòng),激振位置距跨中約500rain,見圖2。試驗(yàn)工況共7種,即加載前的完好狀態(tài)和6級(jí)加載后的損傷狀態(tài),每種工況進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試3—5次,取各次分析結(jié)果的平均值作為該工況的最終分析結(jié)果。圖2沙袋法突加荷載試驗(yàn)Fig.2Suddenlyappliedloadwithasandbag2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析2.1振動(dòng)信號(hào)的處理試驗(yàn)中采用的速度拾振器采樣頻率為l000ttz,由于收集到的信號(hào)長(zhǎng)度較大而且振動(dòng)幅值最終是逐漸變小,因此對(duì)數(shù)據(jù)的處理可以直接采用數(shù)字濾波。本論文中采用低通濾波器,以濾除測(cè)試信號(hào)中的噪聲或者虛假信號(hào),達(dá)到提高信噪比的目的【10’。從圖3可

9、以看出,直接利用濾波后的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,必然會(huì)產(chǎn)生大量的無效值。因此,為了便于數(shù)據(jù)研究,使所

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