梁式結(jié)構(gòu)基于間接測量法的損傷識別方法研究.pdf

1、隨著工程結(jié)構(gòu)垮塌問題的頻發(fā)，加上地震、滑坡等引起的災(zāi)害問題越來越受到人們的關(guān)注，結(jié)構(gòu)檢測和監(jiān)測的研究也受到了更加廣泛的關(guān)注。本文以目前的一個研究熱點—橋梁間接測量法為出發(fā)點，針對梁式結(jié)構(gòu)，以簡支梁和一個兩跨連續(xù)梁為例，首先基于VBI單元（Vehicle-Bridge Interaction,VBI）建立車橋耦合模型，提取測試車輛的動力響應(yīng)。接著使用傅里葉變換、基于帶通濾波的奇異譜分析方法、希爾伯特變換等信號處理技術(shù)，從車輛加速度響應(yīng)中提

2、取出橋梁振動的模態(tài)振型。最后，提出使用改進的直接剛度法（頻域方法）對橋梁剛度進行識別，通過損傷前后剛度的變化對損傷位置和損傷程度進行初步判定；進一步基于統(tǒng)計矩理論，將橋梁劃分為若干測試單元，提出了基于測試車輛位移四階矩指標（時域方法），通過模型修正進行損傷診斷的方法。
　　本文完成的主要工作以及研究結(jié)果概括如下：
　?、俜謩e基于簡支梁和兩跨連續(xù)梁，對間接測量法進行了理論推導(dǎo)。基于車橋相互作用單元（VBI）分別建立簡支梁和兩跨

3、連續(xù)梁的車橋耦合模型，提取車輛動力響應(yīng)。同時也使用Abaqus有限元軟件實現(xiàn)了間接測量法的模型建立，為未來針對復(fù)雜橋型的研究奠定了基礎(chǔ)。
　?、趯κ褂瞄g接測量法提取橋梁模態(tài)振型的理論進行了研究。使用基于帶通濾波的奇異譜分析方法和希爾伯特變換等信號處理技術(shù)，考慮測試噪音、測試車輛的動力參數(shù)、濾波窗口長度、測試車輛速度、隨機車流等因素，對第一階振動模態(tài)地提取進行研究。簡支梁和兩跨連續(xù)梁算例分析表明，當(dāng)測試噪音小于20％或者信噪比（SN

4、R）大于20db時，可以取得準確的模態(tài)振型；測試車輛的速度越大，模態(tài)提取的準確性越小，分析結(jié)果表明當(dāng)車速與橋跨長之比小于0.25時，模態(tài)振型提取結(jié)果較好；測試車輛地選取，不應(yīng)使得車輛和橋梁產(chǎn)生共振，此時提取模態(tài)振型誤差較大；在橋上有隨機車行駛的情況下，可以通過間接測量法在線提取模態(tài)振型；為取得準確的模態(tài)振型，濾波的窗口長度選取應(yīng)盡量保證軌跡矩陣在行列方向的平衡性。
　?、厶岢鍪褂酶倪M直接剛度法，將提取出的模態(tài)振型導(dǎo)入嵌入該方法的O

5、penSeesNavigator系統(tǒng)識別工具箱，對橋梁剛度進行識別，通過節(jié)點剛度的變化對損傷位置和損傷程度進行初步判定。簡支梁和兩跨連續(xù)梁算例分析表明：測試車輛的速度與橋跨長比小于0.2時，可以識別出比較準確的剛度值；不同位置和不同程度的損傷工況下，該方法可以初步診斷出結(jié)構(gòu)的損傷位置及損傷程度。在噪音的影響下，損傷范圍會擴大，但識別出的損傷還是集中在實際損傷位置；頻域識別方法在不阻斷交通通行的情況下，可以一定程度上進行在線診斷，模擬結(jié)果

6、表明，剛度的識別結(jié)果與真實損傷雖有一定誤差，但識別出的損傷集中在設(shè)置位置處，在一定程度上可以指導(dǎo)實際檢測，縮減人工檢測范圍。
　?、軐⒋郎y橋梁劃分為若干待測單元，提出基于測試車輛位移的四階矩指標，通過有限元模型修正，對各測試單元的剛度進行識別，由單元剛度變化來進行損傷定位和損傷定量。簡支梁和兩跨連續(xù)梁算例表明：在不同橋梁阻尼比情況下，該方法均可以準確地識別出橋梁的損傷位置和損傷程度。但隨著噪音程度的增加，可能會在支座單元產(chǎn)生損傷誤