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隧道结构损伤识别的小波分析方法研究
| 论文题名： | 隧道结构损伤识别的小波分析方法研究 |
| 关键词： | 隧道结构;小波分析;损伤识别;位移模态;转角模态;曲率模态 |
| 摘要： | 隧道是交通运输系统的重要组成部分，隧道结构的安全是交通运输系统正常运转的前提。在实际工程应用中，由于隧道设计、施工和自然灾害等原因，往往使得许多隧道产生老化、裂缝、破损等损伤，可能使隧道结构发生断裂、垮塌等严重后果，从而导致人们生命财产的重大损失。小波分析方法是国际上近年来发展起来的一种新的时-频分析方法，它具有空间局部化性质，在信号奇异性检测方面有着独特的优势。采用小波分析方法，研究隧道结构的损伤识别问题，不仅具有重要的理论意义，而且对于工程实际具有重要的应用价值。 本文采用小波分析理论，研究损伤对隧道结构动力特性的影响，针对位移模态、转角模态和曲率模态，分别建立了隧道结构的损伤识别原理。 本文以含有损伤的隧道结构为研究对象，建立了隧道结构的曲梁单元模型，利用有限元法分析隧道结构的振动特性，通过计算得到隧道的位移模态、转角模态和曲率模态。以dbN小波为母小波，并采用小波分析对模态参数进行连续小波变换，用单元的尺寸减小来模拟隧道的局部损伤，计算表明小波系数模极大值的突变位置与损伤位置相吻合，从而验证了本文方法的有效性。 本文提出了二维刚性地基隧道模型，建立了相应的隧道损伤识别小波分析方法。采用有限元计算分析，研究二维刚性地基隧道损伤结构的振动特性，通过计算得到了隧道损伤模型的位移模态、转角模态和曲率模态，并利用dbN小波对模态参数分别进行连续小波变换，采用单元的尺寸减小来模拟隧道的局部损伤，计算表明小波系数模极大值的突变位置与模拟损伤位置相一致，从而验证了本文方法的有效性。 在考虑地基对隧道结构影响的基础上，本文提出了二维弹性地基隧道模型，建立了相应的隧道损伤识别小波分析方法。通过研究隧道结构的振动特性，得到弹性地基隧道模型的位移模态、转角模态和曲率模态，利用dbN小波对其模态参数分别进行连续小波变换，采用单元的尺寸减小来模拟隧道的局部损伤，计算表明小波系数模极大值的突变位置与模拟损伤位置相吻合，从而验证了本文方法的有效性。 本文以湖南省东常高速公路太阳山隧道为依托，根据太阳山隧道在开挖过程中发生坍塌这一实际情况，结合隧道施工监控数据，利用二维弹性地基隧道模型，对隧道进行了损伤识别研究，验证了基于模态参数识别隧道结构损伤方法的有效性，对隧道结构损伤识别的工程应用有一定的指导意义。 |
| 作者： | 董云涛 |
| 专业： | 防灾减灾工程及防护工程 |
| 导师： | 管德清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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