基于虛擬變形的橋梁結構損傷識別方法研究.pdf

1、結構健康監(jiān)測是保證橋梁服役安全的重要手段。它通過傳感器測量環(huán)境信息和結構響應，來監(jiān)測結構的安全狀況。橋梁結構損傷識別則是結構健康監(jiān)測的核心問題之一。本文引入虛擬變形法(VDM)來提高橋梁結構損傷識別的計算效率，通過對其進行改進，實現(xiàn)了快速準確的損傷定位和損傷定量，并對某實際大橋的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了初步分析，主要工作內容及結論如下:
　　(1)研究了基于靜力虛擬變形的橋梁結構損傷識別方法。首先基于VDM的基本原理，推導了損傷因子與虛擬變

2、形的關系;其次，建立模擬損傷應變與實際損傷應變的目標函數(shù)，并利用序列二次規(guī)劃(SQP)算法優(yōu)化目標函數(shù)，在平面桁架橋梁模型算例中實現(xiàn)了結構損傷識別的快速計算;最后以某實際大橋有限元模型為例，對其吊桿的損傷識別進行了數(shù)值模擬研究。通過基于恒荷載的實時監(jiān)測和基于車輛靜荷載的定期檢測兩種工況，驗證了該方法能夠大大提高計算效率，并快速準確地識別出損傷發(fā)生的位置和程度。
　　(2)研究了基于動力虛擬變形的橋梁結構損傷識別方法。和靜力VDM不

3、同，動力VDM比較復雜，損傷因子、影響矩陣、虛擬變形等都需要重新推導和建立。首先基于動力VDM的理論，構造以損傷因子為變量的模擬損傷應變的函數(shù);其次，為實現(xiàn)損傷識別，建立模擬損傷應變和實測損傷應變的目標函數(shù)，并使用序列二次規(guī)劃算法和遺傳算法對目標函數(shù)進行優(yōu)化;最后利用平面桁架模型算例進行數(shù)值模擬，模擬分為單損傷和多損傷，無噪聲和有噪聲的不同工況。結果表明:SQP算法在抗噪性較差，不能識別有噪聲情況下的結構損傷。而遺傳算法抗噪性較好，即使

4、在噪聲環(huán)境下也能準確地實現(xiàn)損傷定位和定量。
　　(3)根據(jù)設計方案和工程實際，建立了伯官大橋監(jiān)測系統(tǒng)。并對大橋監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了初步的統(tǒng)計分析。將結構實測模態(tài)和理論模態(tài)進行了對比分析，得出大橋剛度較好，而有限元模型需要進行修正的結論;對橋梁重要的控制荷載-風荷載進行了統(tǒng)計分析，將風速數(shù)據(jù)轉換為橋梁設計規(guī)范的十分鐘最大平均風速;研究了溫度應變的變化規(guī)律以及其對結構應變的影響;推導了GPS橋梁坐標的轉換關系，分析了GPS測點的位移變化。通