基于固有頻率的梁結構疲勞損傷演化規律

衛軍，杜永瀟

(中南大學土木工程學院，湖南長沙，410075)

在車輛等重復荷載作用下，橋梁結構將產生疲勞損傷累積，從而導致其結構功能退化，影響橋梁的正常使用性能和安全性能[1-3]，有效識別橋梁結構的疲勞損傷及其損傷演化規律是定量評價鋼筋混凝土橋梁結構性能退化及使用壽命預測的重要前提。國內外許多學者進行了梁結構疲勞性能試驗研究[4-9]，并針對疲勞損傷演化規律提出了以剛度[8-11]、應變[12]、超聲波速[13]等定義的損傷變量研究方法。但目前有關梁結構疲勞性能的研究方法比較單一，對梁結構的疲勞損傷演變過程及其失效機理仍不統一，難以滿足現今快速發展的高速鐵路和重載鐵路的建設需要，亟需采用新的研究手段對該問題展開研究。近年來，基于動力特性的混凝土梁損傷識別和監測方法應用越來越廣，NEILD等[14]通過對鋼筋混凝土梁進行沖擊激振試驗，研究了非線性損傷振動特性，發現非線性振動行為隨損傷而發生變化；HAMED等[15]通過數值算例研究了裂縫等損傷的影響對預應力梁固有頻率的非線性行為，發現大的裂縫損傷會導致固有頻率急劇減少；曹暉等[16]通過對預應力混凝土梁的單調加載與動測分析，發現隨著損傷加重，梁的1階頻率逐漸減小。以上研究均表明梁結構損傷與動力特性具有一定的相關性，但都沒有考慮疲勞歷程中損傷對梁動力特性的影響。AHN 等[17]首先將動力測試與疲勞試驗相結合，通過測量得到疲勞試驗前后的動態特性的變化，但未對考慮疲勞損傷的動力特性演化規律進行深入研究，基于動力特性的疲勞損傷演化研究也很少。……