EMD在橋梁異常診斷上的應(yīng)用研究.pdf

1、為了確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全與正常運(yùn)營(yíng),必須對(duì)其進(jìn)行有效的安全維護(hù).目前橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為土木工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),而損傷診斷和定位則是橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)核心之一.本文首先從橋梁健康監(jiān)測(cè)的概念出發(fā),回顧橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展概況以及損傷識(shí)別技術(shù)的理論研究現(xiàn)狀,總結(jié)了已有的損傷識(shí)別方法及損傷診斷特征量及其在實(shí)際應(yīng)用中所存在的困難.然后在近年來(lái)的研究基礎(chǔ)上,結(jié)合動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析技術(shù)的最新發(fā)展,提出了一種橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的方法,并通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)研

2、究了提出方法的可行性和有效性.本文采用一種新的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)—經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?Empirical mode decomposition,EMD)方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)的分析與處理.EMD方法是一種直接針對(duì)數(shù)據(jù)的、自適應(yīng)的和不需預(yù)先確定分解基的非線(xiàn)性非平穩(wěn)信號(hào)的分解方法,通過(guò)這種方法任何復(fù)雜的數(shù)據(jù)組都可以分解成有限多個(gè)包含不同時(shí)間尺度的固有模式函數(shù)(Intrinsic Mode Function,IMF).本文利用沿橋梁分布的各測(cè)點(diǎn)信號(hào)IM

3、F分量的能量,構(gòu)成一個(gè)在一定頻率帶寬內(nèi)的振動(dòng)能量序列,作為反映結(jié)構(gòu)整體性的特征量.由于能量序列(特征量)中含有多個(gè)變量,所以采用主成分分析對(duì)正常狀態(tài)結(jié)構(gòu)和未知狀態(tài)結(jié)構(gòu)下的大量能量序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并通過(guò)它們?cè)谄淝皟蓚€(gè)主成分上的映射進(jìn)行損傷診斷.同時(shí),本文認(rèn)為當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷后,結(jié)構(gòu)響應(yīng)發(fā)生改變,不同狀態(tài)下信號(hào)的能量在不同模態(tài)頻率上的分布可能是不同的.因此健康結(jié)構(gòu)和損傷結(jié)構(gòu)響應(yīng)的某些IMF分量可能出現(xiàn)差異.本文找到并利用這個(gè)差異提出了損傷特

4、征參數(shù),通過(guò)對(duì)兩種結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的多個(gè)特征參數(shù)采用單因子方差分析進(jìn)行損傷定位.本文通過(guò)對(duì)一個(gè)三跨連續(xù)梁的數(shù)值模擬,研究了本文提出的損傷診斷和損傷定位方法的有效性.在數(shù)值模擬中,考慮不同損傷程度、測(cè)量噪聲、單點(diǎn)損傷位置和多點(diǎn)損傷等對(duì)損傷識(shí)別結(jié)果的影響.結(jié)果表明,本文提出的方法能夠準(zhǔn)確地診斷和定位損傷并且具有較強(qiáng)的抗噪聲能力,同時(shí)結(jié)果也證明了EMD方法在橋梁異常診斷上的應(yīng)用潛力.最后,通過(guò)討論數(shù)值模擬結(jié)果,指出下一步研究的方向和橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別