橋梁損傷識(shí)別

1、橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)研究綜述橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)研究綜述摘要：摘要：隨著橋梁建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的形式和功能也日趨復(fù)雜，橋梁的修補(bǔ)和加固也越來越受到關(guān)注。橋梁建成通車后，由于受氣候、環(huán)境因素以及人為因素的影響，結(jié)構(gòu)材料會(huì)被腐蝕和逐漸老化，長期的靜、動(dòng)力荷載作用，使其強(qiáng)度和剛度隨著時(shí)間的增加而降低。這不僅會(huì)更會(huì)使橋梁的使用壽命縮短，更嚴(yán)重的會(huì)影響交通行車安全，危機(jī)人的生命。橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)作為結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護(hù)、正常使用

2、的保證措施之一受到關(guān)注，如何對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和安全監(jiān)測(cè)也已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界研究的熱點(diǎn)。本文主要研究橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法的發(fā)展和應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別引言：引言：橋梁結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代交通系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運(yùn)營關(guān)系著國家財(cái)產(chǎn)和人民生命的安全，以及社會(huì)穩(wěn)定。國內(nèi)外橋梁垮塌事件屢屢發(fā)生，如，1999年重慶彩虹橋垮塌、2004年遼寧盤錦大橋垮塌、2006年廣東深汕高速公路橋梁垮塌、2007年中國廣東佛山九江大

3、橋垮塌、2008年云南曲靖獨(dú)木水庫孫家馬場(chǎng)大橋垮塌、2009年黑龍江省哈伊公路鐵力路段西大橋垮塌等事件，嚴(yán)重威脅著國家財(cái)產(chǎn)和人民生命的安全、嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和穩(wěn)定。因此，為保證橋梁結(jié)構(gòu)安全與健康的運(yùn)營，確保人民生命、國家財(cái)產(chǎn)的安全，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提出了越來越高的要求，結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法和技術(shù)的研究已成為業(yè)界的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)一、一、結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別理論結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別理論目前結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別常用的方法有如下幾類，1）靜態(tài)識(shí)別法：基于靜態(tài)測(cè)

4、試數(shù)據(jù)，施加的主要是靜力荷載；2）動(dòng)態(tài)識(shí)別法：基于振型、振型曲率、結(jié)構(gòu)固有頻率、結(jié)構(gòu)柔度、頻響函數(shù)等動(dòng)力特性變化的識(shí)別方法；3）智能識(shí)別法：利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、小波變換屬于智智能識(shí)別法。橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的主要任務(wù)就是通過實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)是否有損傷、損傷種類、損傷位置、損傷程度等做出準(zhǔn)確、合理的判斷。橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法大致可分為局部法和整體法兩大類。橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別局部檢測(cè)法具有目標(biāo)針對(duì)性強(qiáng)，檢測(cè)結(jié)果具體、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)也存

5、在需要預(yù)先知道損傷部位，且受檢測(cè)部位的測(cè)試條件限制較大，無法對(duì)大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測(cè)等不足。橋梁結(jié)構(gòu)整體損傷識(shí)別主要是通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)數(shù)據(jù)（位移、應(yīng)變、內(nèi)力、頻率和振型等）的檢測(cè)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)自身的力學(xué)特點(diǎn)，來對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的損傷狀況進(jìn)行評(píng)估的一種方法，整體法可分為靜態(tài)識(shí)別法和動(dòng)態(tài)識(shí)別法。整體法中因動(dòng)態(tài)識(shí)別方法具有現(xiàn)場(chǎng)工作量小，實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，經(jīng)濟(jì)代價(jià)低，也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，以動(dòng)態(tài)識(shí)別方法為主。安寧，夏禾，戰(zhàn)家旺在《基于參數(shù)不確

6、定列車作用下橋梁振動(dòng)響應(yīng)的橋梁損傷識(shí)別研究》一文中提出了當(dāng)車輛某參數(shù)值不確定時(shí)基于橋梁在線振動(dòng)響應(yīng)的橋梁損傷識(shí)別方法。基于列車橋梁耦合振動(dòng)模型和響應(yīng)靈敏度方法，利用橋梁的在線響應(yīng)進(jìn)行損傷識(shí)別。通過計(jì)算損傷識(shí)別結(jié)果對(duì)隨機(jī)車輛參數(shù)的靈敏度并由此得到損傷因子的數(shù)學(xué)期望及方差，進(jìn)一步得到各單元的損傷因子可能分布區(qū)間，并進(jìn)行了算例研究。得出了如下結(jié)論：(1)當(dāng)某車輛參數(shù)值不確定且其不確定度較小時(shí)，基于橋梁在線振動(dòng)響應(yīng)的橋梁損傷識(shí)別靈敏度方法仍然是

7、可行的。(2)實(shí)際應(yīng)用中可給定車輛某參數(shù)值的不確定度，據(jù)此得到各個(gè)單元識(shí)別損傷因子的分布區(qū)間，這更方便判斷橋梁某處的實(shí)際情況。(3)車體質(zhì)量、一系豎向剛度和阻尼對(duì)識(shí)別結(jié)果影響較大，而轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)質(zhì)量、二系豎向剛度和阻尼對(duì)識(shí)別結(jié)果影響較小。(4)隨機(jī)參數(shù)可能會(huì)導(dǎo)致識(shí)別出虛假損傷位置，所以在實(shí)際應(yīng)用中需要判斷識(shí)別出的損傷位置是否為虛假損傷位置，并盡量減少參數(shù)的誤差，特別是一系豎向剛度等對(duì)損傷位置識(shí)別影響比較大的參數(shù)的誤差，以便得到更準(zhǔn)確的識(shí)

8、別結(jié)果。這三位學(xué)者在另一篇論文《一種利用車激橋梁響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)識(shí)別橋梁損傷的方法》中，提出一種利用車激橋梁響應(yīng)互相關(guān)函數(shù)靈敏度識(shí)別橋梁損傷的方法，通過記錄設(shè)置在橋梁上的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的加速度響應(yīng)，比較橋梁損傷前后兩點(diǎn)響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)的變化值，使用靈敏度方法來識(shí)別橋梁損傷通過算例對(duì)橋梁損傷進(jìn)行了識(shí)別，并與使用響應(yīng)靈敏度方法得到的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比結(jié)果表明，使用互相關(guān)函數(shù)靈敏度方法可以提高識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且計(jì)算較簡單，收斂速度較快，同時(shí)能夠

9、很大程度地抑制測(cè)點(diǎn)的高水平噪聲，對(duì)橋梁多單元損傷也有較好的識(shí)別結(jié)果。戰(zhàn)家旺，夏禾，張楠三位學(xué)者在《基于在線振動(dòng)響應(yīng)的橋梁損傷識(shí)別方法》一文中選用橋梁單元的剛度下降率作為損傷因子。基于鐵路列車橋梁耦合振動(dòng)模型，計(jì)算橋梁在線振動(dòng)響應(yīng)對(duì)損傷因子的靈敏度并構(gòu)建靈敏度矩陣，以結(jié)構(gòu)不同狀態(tài)下的響應(yīng)殘差為約束條件建立靈敏度方程，用Tikhonov正則化方法求解靈敏度方程得到各單元的損傷因子，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁損傷的定位和定量評(píng)估。應(yīng)用該識(shí)別方法對(duì)簡支梁橋和兩

10、跨連續(xù)梁橋的識(shí)別結(jié)果表明：該識(shí)別方法對(duì)測(cè)點(diǎn)位置不敏感，可根據(jù)梁上任意一個(gè)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)準(zhǔn)確確定損傷位置及損傷程度；不但能識(shí)別橋梁的絕對(duì)損傷，而且能識(shí)別橋梁的損傷增量，即相對(duì)損傷；抗噪能力較強(qiáng)，即使噪聲水平達(dá)到1O%，也能正確識(shí)別出5%以上的損傷，但對(duì)5%以下小幅損傷可能會(huì)有誤判。南昌大學(xué)建筑工程學(xué)張純，宋固全兩位學(xué)者在《去噪正則化模型修正方法在橋梁損傷識(shí)別中的應(yīng)用》中，以傳統(tǒng)基于靈敏度分析的有限元模型修正方法為基礎(chǔ)，提出一種結(jié)合小波去噪過程

11、的正則化模型修正損傷識(shí)別方法。為改進(jìn)模型修正方法損傷識(shí)別效果，一方面利用有損結(jié)構(gòu)模態(tài)與模態(tài)噪聲的波形在時(shí)頻域內(nèi)的差異，以結(jié)構(gòu)有限元模型為基準(zhǔn)，對(duì)實(shí)測(cè)模態(tài)差進(jìn)行小波去噪處理，并利用修正后的模態(tài)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；一方面采用正則化方法改善反問題求解的非適定性。由于從輸入數(shù)據(jù)和求解過程兩方面同時(shí)改善了結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別反問題的求解，因此可以有效抑制實(shí)測(cè)模態(tài)參數(shù)中噪聲的影響，正確識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷。以連續(xù)梁橋模型為例的損傷識(shí)別數(shù)值模擬表明，所提出方法在保持識(shí)別算