基于運(yùn)行模態(tài)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別對(duì)比研究.pdf

1、如何從海量數(shù)據(jù)中獲取結(jié)構(gòu)的特征信息，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營狀況是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務(wù)。其中，有限測點(diǎn)下的傳感器優(yōu)化布置是基礎(chǔ)，環(huán)境激勵(lì)下的模態(tài)參數(shù)識(shí)別是核心，損傷識(shí)別方法則是關(guān)鍵。本文圍繞這三個(gè)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的共性關(guān)鍵問題，開展深入系統(tǒng)的研究、開發(fā)及應(yīng)用。
　　傳感器優(yōu)化部分，主要闡述8種經(jīng)典傳感器優(yōu)化算法的基本思想，系統(tǒng)梳理各算法的技術(shù)特點(diǎn)和計(jì)算流程，總結(jié)各算法之間的演變及聯(lián)系，并集成開發(fā)軟件，為模態(tài)識(shí)別提供基礎(chǔ)；模態(tài)識(shí)別部

2、分，詳細(xì)介紹兩種信號(hào)預(yù)處理方法和6種運(yùn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法的基本理論、歸納總結(jié)各算法的技術(shù)特點(diǎn)和數(shù)值計(jì)算方法，以各種算法的數(shù)值分析手段為出發(fā)點(diǎn)，探討不同算法的識(shí)別精度、適用范圍，以及抗噪水平。損傷識(shí)別部分，深入研究基于模態(tài)的損傷識(shí)別方法，主要包括基于頻率、基于曲率模態(tài)和基于柔度矩陣的損傷識(shí)別方法，探討各種損傷指標(biāo)的使用范圍以及抗噪水平。
　　目前，還沒有成套的健康監(jiān)測數(shù)據(jù)分析軟件，少有的幾個(gè)商業(yè)軟件均為黑箱模式、不能定制；更為關(guān)鍵的

3、是，它們需要人工干預(yù)，不能滿足橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)集成化、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化的要求。為此，本文以 MATLAB為平臺(tái)，集成開發(fā)模態(tài)分析工具箱和損傷識(shí)別工具箱。模態(tài)識(shí)別工具箱功能涵蓋6種經(jīng)典的模態(tài)識(shí)別算法，并針對(duì)不同算法增設(shè)參數(shù)調(diào)試功能，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)模態(tài)參數(shù)識(shí)別。損傷識(shí)別工具箱涵蓋了基于頻率、基于曲率模態(tài)和基于柔度矩陣三大類的損傷指標(biāo)計(jì)算功能，簡潔直觀地顯示結(jié)構(gòu)損傷位置。用戶可以直接使用模態(tài)分析工具箱進(jìn)行實(shí)時(shí)模態(tài)分析和研究，利用損傷識(shí)別工具箱判斷

4、結(jié)構(gòu)的損傷位置。
　　最后對(duì)一座三跨連續(xù)剛構(gòu)的數(shù)值模型通過8種傳感器優(yōu)化布置算法進(jìn)行傳感器優(yōu)化布設(shè)，并針對(duì)3種混合算法的影響因素進(jìn)行參數(shù)化分析，結(jié)果表明EI法效果最差，逐步消減法效果最穩(wěn)定，混合算法的性能與參數(shù)的選取有關(guān)；采用6種模態(tài)識(shí)別算法進(jìn)行模態(tài)識(shí)別，結(jié)果表明，模態(tài)識(shí)別方法中，F(xiàn)DD法抗噪性最好，SSI法和ERA法識(shí)別精度最高。通過損傷識(shí)別的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，損傷指標(biāo) MFC的抗噪性最好。為進(jìn)一步驗(yàn)證程序的可靠性和適用性，利用模態(tài)分析