環(huán)境激勵下橋梁結(jié)構(gòu)模態(tài)分析與損傷識別研究.pdf

1、近年來,橋梁倒塌的事故越來越多,且有上升趨勢。如何加強橋梁健康狀況的監(jiān)測和評估,實施全壽命周期的主動養(yǎng)護管理,受到橋梁工作者與全社會的廣泛關(guān)注。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中,有限測點下的傳感器優(yōu)化布置是基礎(chǔ),環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)識別是核心,損傷識別方法是關(guān)鍵。本文采用理論分析、數(shù)值試驗、軟件開發(fā)和實橋應(yīng)用驗證的方法,圍繞傳感器優(yōu)化布置、模態(tài)參數(shù)識別及損傷識別3個關(guān)鍵問題展開研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　以現(xiàn)有傳感器優(yōu)化布置方法的研究成果為基

2、礎(chǔ),研究橋梁結(jié)構(gòu)基于模態(tài)可識別的傳感器優(yōu)化布置問題,提出了一種新的傳感器優(yōu)化布置方法—QR-MAC混合算法,并基于MATLAB平臺開發(fā)了計算程序。結(jié)合一座連續(xù)剛構(gòu)橋的傳感器優(yōu)化布置問題,對QR-MAC混合算法、有效獨立法(EI法)和EI及MAC混合算法進行了對比分析。
　　根據(jù)自然激勵技術(shù)(NExT)與特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法(ERA)的基本原理,針對NExT-ERA聯(lián)合算法中系統(tǒng)階次判定不夠準確的問題,采用穩(wěn)定圖結(jié)合奇異值的判定方法提高

3、系統(tǒng)階次的判斷準確度,并編制程序。通過數(shù)值試驗驗證了程序的正確性及噪聲魯棒性,同時以一座三跨連續(xù)剛構(gòu)橋為背景,對比了采用穩(wěn)定圖結(jié)合奇異值進行階次判定的NExT-ERA聯(lián)合算法與隨機子空間算法的模態(tài)參數(shù)識別效果。
　　將NExT-ERA模態(tài)參數(shù)識別算法與基于等效柔度矩陣的損傷定位向量法結(jié)合,編寫環(huán)境激勵下橋梁損傷定位向量法的計算程序,首次將基于等效柔度矩陣的損傷定位向量法成功應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位。通過數(shù)值試驗,對基于等效柔度矩陣的

4、損傷定位向量法在不同損傷位置、不同損傷模式和不同噪聲水平下的損傷識別效果進行了驗證。通過一座鋼桁架橋梁的實橋測試結(jié)果驗證了基于等效柔度矩陣的損傷定位向量法的損傷識別結(jié)果的可靠性。
　　為改進基于等效柔度矩陣的損傷定位向量法僅采用加速度振動數(shù)據(jù)可能誤判和漏判的局限,在基于等效柔度矩陣的損傷定位向量法基礎(chǔ)上,建立了基于應(yīng)變與加速度融合的損傷定位向量法,以提高損傷識別的精確度,并減少誤判和漏判。通過數(shù)值試驗對基于應(yīng)變與加速度融合的損傷定