基于動(dòng)力測(cè)試的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別及性能評(píng)定理論與應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)量巨大的既有橋梁不同程度地存在損傷與病害，且日益嚴(yán)重，為保證此類橋梁的安全運(yùn)營(yíng)并降低總體養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，如何及時(shí)有效地進(jìn)行損傷識(shí)別與評(píng)定已成為橋梁工程領(lǐng)域面臨的重要課題。基于動(dòng)力測(cè)試的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別與評(píng)定因其方便、快捷、可實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的工程特性，針對(duì)動(dòng)力法損傷識(shí)別與評(píng)定進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作： 1、分析總結(jié)各類橋梁結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)損傷，討論損傷單元參數(shù)化的方法及其影響，并選取彈性模量退降因子作為待

2、識(shí)別的損傷參數(shù)。采用矩陣攝動(dòng)理論分析橋梁結(jié)構(gòu)損傷對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性的影響，推導(dǎo)固有頻率、振型向量對(duì)結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)的一階、二階攝動(dòng)解析公式。并對(duì)典型的簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁、拱結(jié)構(gòu)采用數(shù)值分析的方法分析典型損傷對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性的影響。同時(shí)介紹了橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力測(cè)試?yán)碚撆c方法，為橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力法損傷識(shí)別與評(píng)定提供了有效的先驗(yàn)知識(shí)。 2、分析實(shí)際橋梁的邊界支承狀況，并通過(guò)解析分析以及實(shí)橋測(cè)試、計(jì)算分析表明，相對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件輕微損傷對(duì)固有振

3、動(dòng)特性的影響，橋梁結(jié)構(gòu)邊界條件變異的影響更為顯著。因而提出既有橋梁的動(dòng)力法損傷識(shí)別必須考慮邊界條件變異的影響。針對(duì)邊界條件變異的影響，提出基于固有頻率、振型向量攝動(dòng)分析與最小二乘優(yōu)化算法相結(jié)合的邊界條件變異反演理論方法。在邊界條件變異反演理論方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)拱橋豎直吊桿的病害問(wèn)題提出基于邊界條件反演的吊桿損傷識(shí)別理論方法。并分別用數(shù)值算例驗(yàn)證了反演方法識(shí)別精度高，且計(jì)算量較小。 3、針對(duì)通常的橋梁結(jié)構(gòu)損傷，在考慮邊界條件變異的

4、預(yù)識(shí)別之后，分別采用先損傷定位后優(yōu)化反演分步損傷識(shí)別法及損傷參數(shù)分組優(yōu)化反演識(shí)別法來(lái)實(shí)現(xiàn)橋跨結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)以及邊界條件變異參數(shù)的反演。前者采用單元模態(tài)應(yīng)變能變化率(MSECR)進(jìn)行損傷預(yù)定位以降低待識(shí)別損傷參數(shù)數(shù)目，后者以參數(shù)分組來(lái)降低待識(shí)別參數(shù)，并用參數(shù)細(xì)分的方法來(lái)細(xì)化識(shí)別損傷參數(shù)。兩者均采用Marquardt形式下的非線性最小二乘法或改進(jìn)的Powell法進(jìn)行優(yōu)化反演。針對(duì)所提出的考慮邊界條件變異的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別理論方法，提出相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)優(yōu)

5、化布置方法，基于Matlab平臺(tái)編制相應(yīng)的損傷識(shí)別程序，并以一連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的損傷數(shù)值模擬分析驗(yàn)證了識(shí)別方法具有良好的識(shí)別精度。 4、對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力測(cè)試中的測(cè)試誤差問(wèn)題，分別以解析法和數(shù)值模擬法來(lái)分析確定性動(dòng)力測(cè)試誤差對(duì)損傷識(shí)別方法的影響狀況。結(jié)果表明：測(cè)試誤差明顯降低損傷識(shí)別的識(shí)別精度，甚至造成誤判。進(jìn)而分析在動(dòng)力測(cè)試設(shè)備選擇、測(cè)試方法及信號(hào)處理中降低測(cè)試誤差的方法。 5、分析橋梁結(jié)構(gòu)性能評(píng)定現(xiàn)狀，提出基于本文動(dòng)力