梁式結(jié)構(gòu)基于間接測(cè)量法的損傷識(shí)別方法研究.pdf

1、隨著工程結(jié)構(gòu)垮塌問題的頻發(fā)，加上地震、滑坡等引起的災(zāi)害問題越來越受到人們的關(guān)注，結(jié)構(gòu)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的研究也受到了更加廣泛的關(guān)注。本文以目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)—橋梁間接測(cè)量法為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)梁式結(jié)構(gòu)，以簡支梁和一個(gè)兩跨連續(xù)梁為例，首先基于VBI單元（Vehicle-Bridge Interaction,VBI）建立車橋耦合模型，提取測(cè)試車輛的動(dòng)力響應(yīng)。接著使用傅里葉變換、基于帶通濾波的奇異譜分析方法、希爾伯特變換等信號(hào)處理技術(shù)，從車輛加速度響應(yīng)中提

2、取出橋梁振動(dòng)的模態(tài)振型。最后，提出使用改進(jìn)的直接剛度法（頻域方法）對(duì)橋梁剛度進(jìn)行識(shí)別，通過損傷前后剛度的變化對(duì)損傷位置和損傷程度進(jìn)行初步判定；進(jìn)一步基于統(tǒng)計(jì)矩理論，將橋梁劃分為若干測(cè)試單元，提出了基于測(cè)試車輛位移四階矩指標(biāo)（時(shí)域方法），通過模型修正進(jìn)行損傷診斷的方法。
　　本文完成的主要工作以及研究結(jié)果概括如下：
　?、俜謩e基于簡支梁和兩跨連續(xù)梁，對(duì)間接測(cè)量法進(jìn)行了理論推導(dǎo)?；谲嚇蛳嗷プ饔脝卧╒BI）分別建立簡支梁和兩跨

3、連續(xù)梁的車橋耦合模型，提取車輛動(dòng)力響應(yīng)。同時(shí)也使用Abaqus有限元軟件實(shí)現(xiàn)了間接測(cè)量法的模型建立，為未來針對(duì)復(fù)雜橋型的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　②對(duì)使用間接測(cè)量法提取橋梁模態(tài)振型的理論進(jìn)行了研究。使用基于帶通濾波的奇異譜分析方法和希爾伯特變換等信號(hào)處理技術(shù)，考慮測(cè)試噪音、測(cè)試車輛的動(dòng)力參數(shù)、濾波窗口長度、測(cè)試車輛速度、隨機(jī)車流等因素，對(duì)第一階振動(dòng)模態(tài)地提取進(jìn)行研究。簡支梁和兩跨連續(xù)梁算例分析表明，當(dāng)測(cè)試噪音小于20％或者信噪比（SN

4、R）大于20db時(shí)，可以取得準(zhǔn)確的模態(tài)振型；測(cè)試車輛的速度越大，模態(tài)提取的準(zhǔn)確性越小，分析結(jié)果表明當(dāng)車速與橋跨長之比小于0.25時(shí)，模態(tài)振型提取結(jié)果較好；測(cè)試車輛地選取，不應(yīng)使得車輛和橋梁產(chǎn)生共振，此時(shí)提取模態(tài)振型誤差較大；在橋上有隨機(jī)車行駛的情況下，可以通過間接測(cè)量法在線提取模態(tài)振型；為取得準(zhǔn)確的模態(tài)振型，濾波的窗口長度選取應(yīng)盡量保證軌跡矩陣在行列方向的平衡性。
　?、厶岢鍪褂酶倪M(jìn)直接剛度法，將提取出的模態(tài)振型導(dǎo)入嵌入該方法的O

5、penSeesNavigator系統(tǒng)識(shí)別工具箱，對(duì)橋梁剛度進(jìn)行識(shí)別，通過節(jié)點(diǎn)剛度的變化對(duì)損傷位置和損傷程度進(jìn)行初步判定。簡支梁和兩跨連續(xù)梁算例分析表明：測(cè)試車輛的速度與橋跨長比小于0.2時(shí)，可以識(shí)別出比較準(zhǔn)確的剛度值；不同位置和不同程度的損傷工況下，該方法可以初步診斷出結(jié)構(gòu)的損傷位置及損傷程度。在噪音的影響下，損傷范圍會(huì)擴(kuò)大，但識(shí)別出的損傷還是集中在實(shí)際損傷位置；頻域識(shí)別方法在不阻斷交通通行的情況下，可以一定程度上進(jìn)行在線診斷，模擬結(jié)果

6、表明，剛度的識(shí)別結(jié)果與真實(shí)損傷雖有一定誤差，但識(shí)別出的損傷集中在設(shè)置位置處，在一定程度上可以指導(dǎo)實(shí)際檢測(cè)，縮減人工檢測(cè)范圍。
　?、軐⒋郎y(cè)橋梁劃分為若干待測(cè)單元，提出基于測(cè)試車輛位移的四階矩指標(biāo)，通過有限元模型修正，對(duì)各測(cè)試單元的剛度進(jìn)行識(shí)別，由單元?jiǎng)偠茸兓瘉磉M(jìn)行損傷定位和損傷定量。簡支梁和兩跨連續(xù)梁算例表明：在不同橋梁阻尼比情況下，該方法均可以準(zhǔn)確地識(shí)別出橋梁的損傷位置和損傷程度。但隨著噪音程度的增加，可能會(huì)在支座單元產(chǎn)生損傷誤