《基於SHM的運營環境作用對橋樑模態頻率的影響研究》是依託北京科技大學，由周毅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於SHM的運營環境作用對橋樑模態頻率的影響研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：周毅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
根據模態頻率變化評估橋樑性能是結構健康監測(Structural Health Monitoring, SHM)的常用方法之一。然而實測結果表明，由溫度、交通荷載等運營環境作用引起的頻率正常變化比由結構輕微損傷或退化引起的頻率異常變化更大。為正確確定頻率的異常變化，有必要研究橋樑運營環境作用對頻率變化的影響規律，以便將頻率的正常變化從總變化中分離出去。利用長達6年的實測數據，本項目從周期性的角度研究橋樑正常運營時作用與頻率變化的相關性，比較作用的影響大小；通過理論推導、數值分析、模型實驗研究作用對頻率變化的影響機理，解釋實測結果；結合多元回歸分析和統計過程控制，提出基於“作用-頻率”關係監測的結構異常判別方法；對比公路橋與鐵路橋頻率隨作用變化規律的異同。研究成果能使根據模態頻率變化評估橋樑性能真正成為可能。
結題摘要
模態頻率、跨中豎向位移等監測指標隨運營環境作用的變化規律是結構健康監測的研究熱點之一。本項目從周期性的角度系統研究了斜拉橋運營環境作用對模態頻率、跨中豎向位移的影響規律，提出了分離不同作用效應的周期平均法，比較了不同作用效應的相對影響程度，揭示了溫度、交通荷載對橋樑模態頻率變化的影響機理，建立了斜拉橋跨中豎向位移隨不同構件溫度變化的簡化分析模型，構建了橋樑運營期性能變化監測方法。研究表明：溫度和交通荷載是引起背景橋樑頻率變化的主要因素，它們的相對影響程度取決於周期。在年周期上，溫度的影響大於交通荷載，而在周周期和天周期上，交通荷載的影響更為顯著。因材料彈性模量隨溫度變化，溫度升高會引起橋樑各階頻率降低。交通荷載與低階頻率呈現負相關關係，但與部分高階頻率呈現正相關關係，其機理可通過附加彈簧–質量系統做定性解釋。斜拉橋由溫度變化引起的跨中豎向位移主要受拉索溫度和主梁平均溫度的影響，拉索溫度升高時跨中橋面下降，主梁平均溫度升高時跨中橋面上升。因為拉索溫度與主梁平均溫度在不同時間尺度上的比例不同，所以跨中豎向位移與溫度變化之間沒有單調變化關係，其在年周期上的變化幅度與天周期相當。本項目提出的平面幾何分析模型可初步估計斜拉橋跨中豎向位移隨溫度的變化。以上研究成果有助於加深對橋樑運營期行為規律的理解，提高結構健康監測系統在橋樑管理養護中的實用價值。
