基于移動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)及小波分析的橋梁損傷診斷研究.pdf

1、本文是基于國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào):2013CB036203）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《基于車橋耦合振動(dòng)分析的橋梁損傷診斷方法研究》(項(xiàng)目編號(hào):51078029)的研究成果之一。
　　橋梁結(jié)構(gòu)在服役中會(huì)出現(xiàn)損傷病害從而影響其使用壽命和行車安全，這就使得研究損傷橋梁的動(dòng)力特性以及對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)及時(shí)進(jìn)行損傷診斷尤為必要。在傳統(tǒng)的各種基于振動(dòng)理論的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中，存在著各種缺陷，如較難獲得精準(zhǔn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，或是需要暫時(shí)中斷交

2、通等。如何對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速有效的損傷識(shí)別成為目前工程界關(guān)注的課題之一。
　　本文研究了損傷橋梁的動(dòng)力特性，用基于小波分析的方法識(shí)別出結(jié)構(gòu)損傷，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新成果如下:
　　(1)在比較了幾種常用的損傷模型的基礎(chǔ)上，以扭轉(zhuǎn)彈簧模型模擬橋梁的裂縫損傷，用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程對(duì)裂縫橋梁進(jìn)行模態(tài)分析，研究了損傷橋梁的模態(tài)特性，如自振頻率、振型等。理論推導(dǎo)了裂縫損傷梁在移動(dòng)力和移動(dòng)質(zhì)量作用下的動(dòng)力響應(yīng)，通過(guò)數(shù)值算

3、例，研究了在不同荷載大小和荷載速度等因素下?lián)p傷梁的動(dòng)力特性。推導(dǎo)了移動(dòng)質(zhì)量和輪對(duì)-簧上質(zhì)量?jī)煞N模型下簡(jiǎn)支梁有載頻率的數(shù)值求解方法。
　　(2)在介紹了小波理論的基礎(chǔ)上，探討了基于結(jié)構(gòu)模態(tài)和連續(xù)小波變換的橋梁損傷識(shí)別方法。以損傷結(jié)構(gòu)的位移模態(tài)為輸入，對(duì)其進(jìn)行連續(xù)小波變換，用小波系數(shù)灰度圖和小波系數(shù)模極大值軌跡圖識(shí)別出損傷位置，并利用可以評(píng)價(jià)信號(hào)奇異性特征的Lipschitz指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)損傷程度。考察了不同損傷程度、多損傷位置的識(shí)別、不

4、同模態(tài)階數(shù)、稀疏布置測(cè)點(diǎn)以及噪聲的影響，比較了Euler梁和Timoshenko梁的損傷識(shí)別結(jié)果的異同。
　　(3)用位移互等定理和影響線理論證明了移動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的位移時(shí)程在荷載通過(guò)損傷位置時(shí)存在奇異性。提出了基于移動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的損傷識(shí)別方法。以移動(dòng)荷載通過(guò)橋梁時(shí)梁上某一測(cè)點(diǎn)的位移響應(yīng)時(shí)程為輸入，對(duì)其進(jìn)行連續(xù)小波變換，通過(guò)小波系數(shù)灰度圖和小波系數(shù)模極大值軌跡圖識(shí)別損傷的位置，并用Lipschitz指數(shù)評(píng)價(jià)損傷程度。通過(guò)

5、數(shù)值算例研究了該損傷識(shí)別方法的有效性，考察了不同程度損傷、多位置損傷下的損傷識(shí)別，研究了不同測(cè)點(diǎn)位置、荷載速度以及荷載大小等因素對(duì)識(shí)別結(jié)果的影響。此外，用一個(gè)模型試驗(yàn)對(duì)該損傷識(shí)別方法進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有很好的實(shí)用性。
　　(4)將曲率模態(tài)差法應(yīng)用到識(shí)別空間結(jié)構(gòu)的損傷中，提出了基于曲率模態(tài)差的系桿拱橋吊桿損傷識(shí)別方法?？疾靸蓚€(gè)吊桿面內(nèi)各個(gè)吊桿與拱橋主梁結(jié)合點(diǎn)，對(duì)其正對(duì)稱和反對(duì)稱豎向彎曲的曲率模態(tài)差進(jìn)行分析，通過(guò)綜合比對(duì)，