基于準(zhǔn)分布式應(yīng)變反應(yīng)大跨斜拉橋損傷識別研究.pdf

1、近年來，準(zhǔn)分布式傳感技術(shù)發(fā)展迅速，在大跨橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但目前缺乏與此相適應(yīng)的損傷識別技術(shù)?；诖耍疚奈鞋F(xiàn)有損傷識別方法的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)其缺點(diǎn)，結(jié)合近幾年新興的準(zhǔn)分布式（密集型測量）測試技術(shù)，發(fā)展了多種基于準(zhǔn)分布式應(yīng)變數(shù)據(jù)的損傷識別指標(biāo)，主要包括基于準(zhǔn)分布式應(yīng)變模態(tài)的損傷識別方法和基于準(zhǔn)分布式應(yīng)變響應(yīng)能量法的損傷識別方法兩大類，其優(yōu)勢在于通過直接采用結(jié)構(gòu)各部位的準(zhǔn)分布式應(yīng)變數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)地掌握結(jié)構(gòu)的整體和局部動力特性

2、，明顯地提高損傷指標(biāo)對結(jié)構(gòu)的損傷識別能力。本文所展開的主要工作和研究內(nèi)容如下:
　　 1.從多自由度動力方程出發(fā)，推導(dǎo)了大跨斜拉橋主梁準(zhǔn)分布式應(yīng)變響應(yīng)的頻域表達(dá)式，得到其準(zhǔn)分布式應(yīng)變傳遞函數(shù)，進(jìn)而提出“準(zhǔn)分布式應(yīng)變模態(tài)”概念。通過對大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，驗(yàn)證位移模態(tài)與準(zhǔn)分布式應(yīng)變模態(tài)的一致性。并基于斜拉橋不同機(jī)構(gòu)的損傷狀況，利用準(zhǔn)分布式應(yīng)變模態(tài)，對其損傷識別效果進(jìn)行了敏感性分析。
　　 2.分析了準(zhǔn)分布式應(yīng)變傳遞函數(shù)

3、和位移傳遞函數(shù)的關(guān)系，結(jié)合隨機(jī)振動功率譜譜密度理論和試驗(yàn)?zāi)B(tài)理論，開發(fā)了準(zhǔn)分布式應(yīng)變模態(tài)參數(shù)的新辨識方法。并通過處于隨機(jī)環(huán)境激勵作用下大跨斜拉橋進(jìn)行了模態(tài)辨識。其結(jié)果表明，識別出的振型不依賴于外部激勵的形式、大小等條件，能全面準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)內(nèi)在動力稟性，且空間局部性強(qiáng)。
　　 3.逐一分析了影響應(yīng)變模態(tài)差損傷指標(biāo)MSD識別效果的各種因素，通過對橋梁在不同測試環(huán)境條件下的多次辨識，提出了基于準(zhǔn)分布式應(yīng)變模態(tài)殘差趨勢的損傷識別策略。

4、最大程度上降低了隨機(jī)環(huán)境激勵、模態(tài)歸一化點(diǎn)位置選取、單元損傷程度以及噪聲干擾水平等因素對MSD識別效果的不利影響。有效地彌補(bǔ)了因傳統(tǒng)模態(tài)差損傷指標(biāo)魯棒性較差引起的對結(jié)構(gòu)初期微損傷辨識能力較弱的缺陷。
　　 4.引入應(yīng)變傳遞函數(shù)能量譜和相對應(yīng)變比能的概念，提出了基于準(zhǔn)分布式應(yīng)變響應(yīng)的能量法損傷識別策略，包括能量差(ED)和相對能量變化比(RSE)損傷指標(biāo)以及求解結(jié)構(gòu)單元損傷度的方法。數(shù)值算例驗(yàn)算表明，能量法損傷指標(biāo)具有很好的損傷量

5、化能力以及抗噪聲污染能力。對于結(jié)構(gòu)中等損傷和小損傷，通過任一指標(biāo)都能較為準(zhǔn)確辨識;對于初期微損傷，通過綜合兩種指標(biāo)進(jìn)行識別，更能有效地減少損傷誤判和損傷湮沒現(xiàn)象，對結(jié)構(gòu)起到一定損傷預(yù)警作用。
　　 本文的創(chuàng)新之處在于:
　　 1.所提出的基于準(zhǔn)分布式應(yīng)變模態(tài)殘差趨勢的損傷識別策略很好地解決了傳統(tǒng)模態(tài)法損傷指標(biāo)損傷識別效果不穩(wěn)定、對結(jié)構(gòu)早期輕微損傷不敏感的缺陷，有效地降低了各種隨機(jī)干擾對損傷識別過程的不利影響。