基于動力測試的橋梁損傷識別研究.pdf

1、隨著交通事業(yè)的發(fā)展,對梁式橋進(jìn)行損傷識別研究,有重要的理論意義和實(shí)用價值。損傷識別是橋梁健康監(jiān)測過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)橋應(yīng)用,對受損梁橋的頻率和曲率模態(tài)的變化規(guī)律進(jìn)行了研究,并以動力測試參數(shù)為輸入信息,基于固有頻率、曲率模態(tài)、柔度矩陣、頻響函數(shù)構(gòu)建梁橋的損傷識別方法體系。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　通過對固有頻率、曲率模態(tài)、柔度矩陣和頻響函數(shù)等方法在損傷識別應(yīng)用中的基本理論分析,界定了基于頻率、曲率模態(tài)

2、、柔度矩陣及頻響函數(shù)方法進(jìn)行損傷識別的適用情形。
　　以 Euler-Bernoulli梁理論和結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論為基礎(chǔ),通過數(shù)值模擬分析,引入損傷因子、頻率變化率、頻率變化率震蕩幅度、頻率變化率中值、頻率變化率比值等概念,從固有頻率以及頻率變化率、頻率變化率比值等方面,研究了梁橋振動頻率變化的規(guī)律;通過數(shù)值模擬分析,探討了曲率模態(tài)和曲率模態(tài)差對梁橋損傷的敏感性。
　　根據(jù)最小二乘目標(biāo)優(yōu)化方法和圖形法,以頻率為動力測試參數(shù),采用

3、頻率變化率比值及正則化的頻率變化率兩種頻率指紋,對單損傷梁橋的損傷位置進(jìn)行識別。依據(jù)“第 i階模態(tài)下,頻率變化的平方和損傷因子成線性關(guān)系”基本特征,采用頻率變化的平方和損傷因子數(shù)值模擬折線圖的線性插值對損傷程度進(jìn)行了識別。
　　通過數(shù)值模擬,以位移振型為動力測試參數(shù),對比分析了位移模態(tài)差和曲率模態(tài)差對梁橋的損傷識別效果,以及測點(diǎn)密度、噪聲對曲率模態(tài)差損傷識別的影響,并運(yùn)用曲率模態(tài)振型的相對變化量方法對損傷程度做出識別。
　　

4、以頻響函數(shù)損傷識別的已有研究成果為基礎(chǔ),通過理論分析,提取了加速度頻響函數(shù)能量曲率差和加速度頻響函數(shù)最大值曲率差兩種指標(biāo)。以脈沖激勵信號為輸入力,輸入和輸出的加速度時程為動力測試參數(shù),分析了加速度頻響函數(shù)能量曲率差和加速度頻響函數(shù)最大值曲率差在提取不同的測點(diǎn)度數(shù)目和不同的噪聲影響下對梁橋的損傷識別能力。
　　在結(jié)構(gòu)柔度矩陣?yán)碚摲治龅幕A(chǔ)上,根據(jù)已有的柔度矩陣對角元素差、模態(tài)柔度差、模態(tài)柔度改變率、模態(tài)柔度曲率差及均勻荷載面曲率差五

5、種指標(biāo),提出了修正的柔度曲率指標(biāo)。通過數(shù)值模擬,在模態(tài)測試信息不完備即提取不同的自由度數(shù)目和模態(tài)測試誤差即不同的噪聲影響的條件下,以頻率和位移振型為動力測試參數(shù),分別對基于柔度矩陣指標(biāo)的損傷識別能力進(jìn)行了分析,以及對損傷指標(biāo)和損傷程度的關(guān)系進(jìn)行了研究。
　　基于固有頻率、曲率模態(tài)、柔度矩陣及頻響函數(shù)方法構(gòu)建了相對完整地梁橋損傷識別方法體系,并編制 MATLAB應(yīng)用程序。以實(shí)際橋梁工程為背景,比較分析了均勻荷載面曲率差方法和本文提出