【摘 要】
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本文通过对珠江水系水位、船舶、桥梁的特点分析,在综合现有各类船舶撞击监测预警方法的基础上,结合珠江水系桥梁量大面广、中小桥密布的特点,分析了珠江水系桥梁船撞风险,开展了针对珠江水系桥梁及船舶特点的桥梁上部结构船撞感知及损伤方法研究。主要工作及研究结论如下:(1)提出基于动力响应的船撞桥梁上部结构感知方案:预先在桥梁特定位置布置加速度传感器,以加速度传感器实时幅值超过设定阈值感知桥梁上部结构遭受船舶
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本文通过对珠江水系水位、船舶、桥梁的特点分析,在综合现有各类船舶撞击监测预警方法的基础上,结合珠江水系桥梁量大面广、中小桥密布的特点,分析了珠江水系桥梁船撞风险,开展了针对珠江水系桥梁及船舶特点的桥梁上部结构船撞感知及损伤方法研究。主要工作及研究结论如下:(1)提出基于动力响应的船撞桥梁上部结构感知方案:预先在桥梁特定位置布置加速度传感器,以加速度传感器实时幅值超过设定阈值感知桥梁上部结构遭受船舶撞击;由各测点加速度幅值及分布规律大致判断被撞击位置;根据上部结构撞击损伤后刚度减小会发生自振特性变化的动力学基本原理,得到船撞损伤与多阶自振频率间的方程表达式,探讨了根据多阶频率变化规律识别上部结构船撞损伤识别方法。(2)定义船撞感知阈值为非船撞最大横向动力响应与典型船舶最小撞击响应在一定保证率条件下的响应值。一般情况下,非船撞最大横向动力响应为设定规律风荷载和行车振动引起,基于此提出了珠江水系典型桥梁的船撞感知阈值计算方法。基于动荷载作用下结构动力响应与激励大小、位置相关的原理,分析了多种船撞工况下的主梁测点加速度响应幅值,得到不同船撞位置和撞击力下加速度响应幅值变化及其分布规律,针对提出基于加速度响应幅值变化的船撞感知算法。(3)基于桥梁刚度矩阵与自振频率之间的动力学方程,分析了不同船撞工况与上部结构损伤度之间的规律,开展了基于不同假定损伤度的上部结构多阶模态分析,运用最小二乘法提出了基于统计分析的上部结构损伤度与前五阶自振频率变化关系,以及船桥碰撞位置与多阶自振频率变化的对应关系,探索了基于自振频率变化规律的上部结构船撞损伤识别方法。(4)结合基于桥梁动力响应幅变特征的船撞感知方法与基于自振特性频变特征的桥梁上部结构船撞损伤识别方法,开展了桥梁上部结构撞击模拟试验,通过摆锤模拟了多种撞击质量,撞击位置、撞击速度等船撞参数作用下的结构动力响应。试验结果表明,本文所提方法可以有效的感知上部结构撞击,并可初步判别撞击力大小、位置以及初步估计桥梁的损伤,验证了基于桥梁动力响应的船撞感知及损伤识别方法的可行性。
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