探讨基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法

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1、探讨基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法四川省建筑科学研究院610084摘要：针对目前模型修正识别损伤技术的应用缺陷，文章分析了基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法构成，并提出了该方法的应用实践过程，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。结果表明，基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法，能够作用于结构的多处损伤，以提高结构损伤识别的应用效率。关键词；响应面模型修正；单元模态应变能指标；有限元模型修正；单元开裂损伤识别0.引言:随着我国市场经济发展进程的不断加快，人们对道路桥梁结构安全稳定性的需求越来越大。然而，桥梁结构在其运行使用过程中会受到不同程度的损伤影响，为此，研究

2、人员应加大科学技术的应用力度，从而提高结构损伤位置及损伤程度识别的准确性。基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法，能够实现多处结构损伤的有效识别，相关建设人员应在明确该损伤识别方法基木构成情况下，将其作用于实践，以满足桥梁工程运行维护人员高效应用科学技术的需求。这是促进交通运输行业健康稳定发展的重要课题内容，相关人员应将其重视起来。1.模型修正识别损伤技术应用现状基于响皮面模型修正损失识别方法的实质为模态皮变能(ModalStrainEnergy-MSE)。具体来说，当机体结构部位出现损伤后，会使得局部材料的力学性能发牛.变化，即局部材料刚度下降。这种情况下，结构损伤区域的模态应

3、变能就会发生变化。为此，研究人员在损伤识别数值模拟过程中，应用了模态应变能损伤指标作为识别结构损伤前后模态应变能变化率的指标。然而，该机体损伤识别技术并未有效作用于实现，这就其识别应用过程复杂分不开。为此，研宄人员在原有模型修正识别损伤技术的基础上，拓展了基于响应面模型修正技术，其对结构损伤的动力和静力响应面进行了有限元模型修正研宄。苏0的是加大模型修正识别损伤技术的应用普及度［1】。1.基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法构成分析2.1单元模态应变能损伤指标从桥梁结构的局面损伤机理上分析，其结构某一位置的刚度会下降，此结构动力特性的变化，会引起结构固冇振型以及固冇频率的改变。

4、在对梁结构单元模态损伤进行应变能分析吋，采用了如下两个计算公式。公式中，与是指，梁结构损伤前后单元的模态应变能；与是指，结构损伤前后单元的刚度；而与是指，梁结构损伤前后的模态振型。而后，采用灵敏度法对结构单元模态应变能进行分析后证实，前四阶的模态应变能对发生的损伤问题最为敏感，因此，可以判断前四阶模态应变能可采用结构损伤识别方法，来实现损伤指标识别的作用方法应用效果［2】。图1多项式响应面模型构建流程2.2三阶响应面模型与修正三阶多项式的响应面模型是通过相位的函数形式作为实践应用手段的。如图1所示，为多项式响应面模型的构建流程。在利用有限元模型修正分析梁结构局部损伤过程中，应采用最

5、优的设计方法，来进行试验设计，以获得具有代表性的样本点。这是实现响应面模型修正桥梁结构损伤识别目标的关键，研究人员应注重其应用价值与实践。2.3指标识别方法基于响应面模型修正以及单元模态应变能指标的识别方法，是通过响应面模型修正，来实现结构损伤前后精确以及冇效冇限元模型建立0标的。这样一来，就能计算出起桥梁结构单元发生损伤影响的基本指标，以确定结构损伤的影响程度及作用位置。1.基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法应用实践以简支钢梁模型为例，研究人员分别对其进行了模型试验、模型修正以及单元开裂损伤识别研宄。由于该简支钢梁模型是跨度为3m,不同位置均奋损伤的工字型钢梁。经研究分析，

6、不同位置的损伤缺口人小具冇一致性，即长高，为0.1m×0.05m。为此，研宄人员采用ANSYS有限元结构分析软件建立了初始的有限元模型。对于模型修正识别方法的应用，研究人员选取前三阶的自振频率作为结构响应特征，并将试验构件中三处梁跨损伤位置的截面惯性矩作为损伤模型修正参数。具体来说，研究人员利用了多项式响应面模型以及最优试验设计方法，对三次试验进行了设计，并将修正后的参数作为参数初始值的替代品,进行有限元模型计算。最终得出了模型修正后实测频率与频率的比较结果。由分析可知，模型修正后的参数不仅保留了自身的物理意义，还能控制试验设计过程存在的误差影响［3】。对于单元开裂损伤

7、的识别方法，研究人员根据相关公式计算了简支钢梁在各种工况下的模态应变能损伤指标变化情况。结果表明，对于单一的开裂损伤来说，损伤指标对于结构损伤识别效果具有实际意义，即确定了损伤单元模态应变能的变化率为900%,未损伤单元模态应变能的变化率则在50%左右。这种情况，就能确定模态成变能损伤总指标作用的结构损伤位置，并确定三处损伤中对结构的危害程度，进而找出具奋针对性的损伤问题控制方式方法。根据试验设计应用的变化数据分析可以得出，模态应变能损伤指标与总指标能够判定出桥梁结构