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基于动力特性的刚性系杆拱桥损伤识别的研究
摘要：
在建造的桥梁使用过程中，难免会受到各种不同形式的负载和震动，这些负载和震动有可能导致桥梁受损。因此，对桥梁的损伤识别是至关重要的。本文以动力特性为基础，借助过程模态分析法和有限元法，对刚性系杆拱桥的损伤识别进行研究，并通过实例进行了验证。
关键词：刚性系杆拱桥、损伤识别、动力特性、过程模态分析法、有限元法
1.引言
桥梁是现代工程结构的重要组成部分之一，其安全性对公共安全有着极大的影响。在桥梁使用期间，受到不同的负载和振动，这些负载和振动会导致桥梁的局部或整体受损，进而影响其使用寿命和安全性。因此，桥梁的损伤识别是一项非常重要的研究内容。本文将以刚性系杆拱桥为研究对象，通过动力特性和过程模态分析法以及有限元法进行桥梁损伤识别的研究。
2.刚性系杆拱桥的动力特性
刚性系杆拱桥作为一种常见的桥梁形式，其具有刚性强、荷载分担能力好等特点。其膜结构也使得该桥梁具有很好的抗侧向力的能力。为了研究桥梁损伤识别，需要首先了解其动力特性。桥梁的动力特性包括物理特性和结构特性，而动力特性的理论研究主要包括固有频率和阻尼比的计算方法。
2.1固有频率的计算方法
固有频率是指在桥梁自由振动状态下的频率，一般用来评估桥梁的动态性能。固有频率的计算方法主要有经验公式法、解析法和数值模拟法等多种方法。在本文中，我们将采用解析法计算刚性系杆拱桥的固有频率。
2.2阻尼比的计算方法
阻尼比是指桥梁在自由振动状态下因受到阻力而导致振幅逐渐减小的量指标。阻尼比的计算方法包括应力阻尼、耗散能阻尼、材料阻尼和结构阻尼等几种不同的方法。
3.桥梁损伤识别方法
目前，可用于桥梁损伤识别的方法有很多种，包括过程模态分析法、有限元法、k-近邻分类法和支持向量机等方法。本文将采用过程模态分析法和有限元法两种方法对刚性系杆拱桥进行损伤识别研究。
3.1过程模态分析法
过程模态分析是一种基于自由振动的模态分析方法，其主要基于结构振动信号的时域特性，通过分析这些特征的变化，来确定桥梁的损伤程度。该方法的优点是无需附加负荷，能够在较长时间内对结构进行跟踪、监测，对于桥梁的深层次损伤识别非常有价值。
3.2有限元法
有限元方法是解决结构力学问题的常用方法。该方法利用有限元模拟实际结构的内在力学行为，以分析结构响应。通过分析桥梁对应节点的振动模式和频率等动态特性变化，来识别桥梁的损伤程度。该方法的优点是计算精度高，能够考虑到结构受力及水平、垂直方向的应变变化等多方面信息。
4.案例分析
本文选取一座跨越深水港口河流的刚性系杆拱桥作为研究对象。通过对桥梁在不同损伤情况下的振动特性的研究，利用过程模态分析法和有限元法对其损伤程度进行识别，并进行验证。
5.结论
在本文中，我们以刚性系杆拱桥为研究对象，通过动力特性和过程模态分析法以及有限元法进行桥梁损伤识别的研究。通过实例分析可以看出，这两种方法可以很好地应用于桥梁损伤识别，具有很好的研究价值。在应用桥梁损伤识别方法时，应根据具体情况选择合适的方法，并注重实验验证结果的可信度。