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[硕士论文] 陈鑫
桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:钢绞线是预应力混凝土结构及缆索支承体系桥梁的主要承重构件,其健康状况直接影响到结构的耐久性和安全性。在服役过程中,钢绞线极易受水、空气及腐蚀性介质侵蚀而产生腐蚀,造成其静力性能和疲劳性能急剧退化,进而导致单根钢丝断裂甚至整根钢绞线破坏,造成重大安全事故。因此,及时、有效进行钢绞线健康状况的检测评估,是保证预应力结构安全性及耐久性的关键问题之一。
  本文从时频域研究了超声导波在钢绞线中的传播规律,并基于导波传播特征进行了钢绞线张拉力识别,为复杂波导结构中导波传播特性研究提供一种有效方法,也为超声导波在钢绞线无损检测中的应用提供理论支撑。首先采用小波变换提取导波时频分布,提出了基于单点波动信号的导波模态分析方法,并分析了腐蚀、张拉力等因素对导波传播模态及时频能量特征的影响;然后,将信息熵导波时频能量结合,提出了抗噪能力强的导波能量熵谱;最后,将导波能量熵谱作为特征向量,构建以特征向量距离为指标的钢绞线张拉力识别模型,考虑了传播距离和传感器布置策略的影响,得到以下结论:
  (1)基于单点波动信号的时频能量分布可以有效进行导波多模态识别。通过提取高强钢丝单节点波动时程信号进行小波时频变换分析,可以识别导波多模态分布,有限元仿真计算及实验结果均理论模态曲线吻合良好,高频段的模态识别需要更高的网格划分。
  (2)导波时频能量分布特征随钢丝腐蚀程度增加而改变。高强钢丝经腐蚀之后,其L(0,1)阶能量占比逐渐上升,L(0,2)阶能量占比逐渐下降,截面损失10.84%之后,L(0,1)阶能量占比提高了52.1%,总体能量逐渐向低频转移。
  (3)导波能量熵谱可以有效反映钢绞线张拉力变化。基于小波时频变换结果的导波能量熵谱随钢绞线张拉力而变化,且在特定尺度范围内谱值变化明显,而即使在信噪比为0dB的强噪环境下,能量熵谱仍呈现良好的规律性。
  (4)基于能量熵谱建立的钢绞线张拉力识别指标钢绞线张拉力之间符合线性变化关系,确定系数大于095,有限元模拟试验结果一致性良好。随导波传播距离增加,张拉力识别指标的敏感性更好。
  (5)采用无耦合布置策略进行钢绞线张拉力识别效果更优。较耦合布置策略相比,采用无耦合布置策略进行钢绞线拉力识别,有限元和实测结果K值分别上升了24%和602%。推荐采用无耦合布置策略进行现场测试。
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