基于小波包分析的大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法.pdf

1、結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警是大跨橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。小波包分析具有優(yōu)良的時(shí)一頻域特性，能夠通過檢查不同放大倍數(shù)下的變化來研究信號(hào)的特征，對(duì)細(xì)微的結(jié)構(gòu)損傷具有較好的敏感性，因此可以用于大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警。 本文在基于小波包分析的大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警基本原理的基礎(chǔ)上，以潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋?yàn)槔ㄟ^大量數(shù)值算例模擬，分析了典型損傷下大跨橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率和小波包能量譜的變化規(guī)律，得出了如下結(jié)論： 1．對(duì)于大跨斜拉橋拉索和主梁、大跨

2、懸索橋主纜和主梁的早期損傷，基于小波包分析的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警指標(biāo)——能量比變化ERV和能量比偏差ERVD——能夠進(jìn)行有效預(yù)警，并且對(duì)測(cè)量噪聲具有良好的魯棒性。相對(duì)于其他損傷位置，損傷預(yù)警指標(biāo)對(duì)大跨斜拉橋跨中拉索和主梁、大跨懸索橋靠近主塔的主纜段和跨中主梁的早期損傷尤其敏感。文中還給出了損傷預(yù)警指標(biāo)隨損傷位置和構(gòu)件不同的變化規(guī)律。由于吊桿損傷造成的大跨懸索橋動(dòng)力特性的變化非常小，基于小波包分析的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警指標(biāo)無法識(shí)別其早期損傷。 2

3、．測(cè)點(diǎn)不同時(shí)，損傷預(yù)警指標(biāo)的報(bào)警效果不同。一般來說，靠近損傷位置處的測(cè)點(diǎn)得到的響應(yīng)包含的損傷信息更豐富，中跨跨中處的測(cè)點(diǎn)得到的響應(yīng)所包含的損傷信息也比較豐富。在實(shí)橋?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)中，宜通過布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)采集響應(yīng)以避免損傷信息遺漏。 3．采用加速度時(shí)程響應(yīng)和位移時(shí)程響應(yīng)作為輸入建立小波包能量譜，最終都得到較為滿意的預(yù)警效果。可見，基于小波包分析的大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法具有廣泛的適用性?？紤]到量測(cè)的簡(jiǎn)便性，建議在實(shí)際結(jié)構(gòu)預(yù)警操作中采用

4、加速度響應(yīng)作為輸入進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可將其他響應(yīng)作為校驗(yàn)，保障實(shí)時(shí)報(bào)警的準(zhǔn)確性。 4．典型損傷下潤(rùn)揚(yáng)斜拉橋和懸索橋的自振頻率變化均非常小，前80階自振頻率相對(duì)變化一般小于1﹪，相對(duì)變化大于1﹪的主要是30階以后的高階頻率，在實(shí)際中難以測(cè)準(zhǔn)。因此，單純利用頻率變化來對(duì)大跨斜拉橋和懸索橋的早期損傷進(jìn)行預(yù)警是非常困難的。 5．面向結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警的大跨橋梁結(jié)構(gòu)有限元建模目標(biāo)是動(dòng)力特性與實(shí)橋相符。本文以此為指導(dǎo)，建立并修正了潤(rùn)揚(yáng)懸索橋