基于模态柔度改变率的拱桥结构损伤识别分析

《基于模态柔度改变率的拱桥结构损伤识别分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于模态柔度改变率的拱桥结构损伤识别研究1．2桥梁结构损伤识别方法的研究现状自20世纪80年代以来，欧美一些国家就明确地指出了结构健康监测的重要性，并先后对一些重要的大型结构体系及新型的土木工程结构上进行了健康监测。到了20世纪90年代，日本等国家开始研究健康监测系统，并在一些工程结构上进行了实验研究。而现今随着经济社会的不断发展，学者们对结构的健康监测也日益重视，大型和新型的土木工程结构的健康监测迅速成为国际上学者们研究的热点问题之一。2l世纪初，全球范围内的在役工程结构进入修复期。由于大量重建不仅耗费巨额投资，花费大量的人力、物力，而且需要较长的时间，影响国民经济的快

2、速发展。所以，各国都力图通过修复加固，能够对现有结构予以充分利用。可以分为四个阶段进行结构损伤识别并预测结构的损伤程度：(1)识别结构的损伤是否已经发生；(2)判断结构产生的损伤点；(3)判断结构产生的损伤点以及结构损伤的大致严重情况；(4)判断结构产生的损伤点以及结构损伤的大致严重情况同时判断结构产生损伤对该建筑正常使用是否产生影响，评估出该建筑是否可以继续使用【l】。上述四个阶段中最基本的就是判断结构是否发生损伤，它是对结构的定性分析，可以判断结够是否需要进行下一步的测试；第二个阶段是对结构产生的损伤点的判断，这一阶段最为重要，这是后面确定结构损伤程度的基础，是建筑结

3、构进行局部损伤判别的重要部分；第三阶段是判断结构产生的损伤点以及结构损伤的大致严重情况，由此得到结构损伤的具体程度，为结构的可靠性的评测以及结构加固设计、施工工作的开展提供了依据，是结构检测最困难的任务；阶段四是结构损伤识别的目标任务。针对这四个阶段国内外许多学者，已经进行了大量的研究工作，为结构的损伤识别奠定了扎实的理论基础，并通过实践研究总结归纳了一系列的损伤识别方法。1．2．1基于固有频率变化的结构损伤识别方法从上个世纪开始，国内外许多的学者就开始致力于研究基于固有频率变化的结构损伤识别方法。唐小兵、高清芳等一批著名学者通过研究分析悬臂梁、简支梁等基本结构后证明了利

4、用固有频率的变化来识别结构损伤的方法是十分可行并且可以得到很好的发展【241。Cawley和Ad锄s【5】是最先提出依靠结构固有频率的变化来判断结构的损伤位置的学者，他们对结构单处损伤的情况下的特征值结构物理参数的灵敏度研究分析，得出结论：损伤位置只与结构损伤前和损伤后固有频率的比值有关。Stubbs[61等通过使用广义逆方法对结构单元损伤指标的灵敏度分析，完成了结构损伤定位的研究，总结出了利用共振频率识别结构损伤的灵敏度方法。利用固有频率的变化进行损伤识别具有固有频率在测试时精度比较高的优点。但是，工程实践表明固有频率具有对结构早期的程度较低的损伤有时并不敏感，当结构发

5、硕士学位论文生较小损伤时，固有频率的变化是不能识别出结构的损伤位置的。1．2．2基于模态振型变化的结构损伤识别方法与利用结构固有频率变化进行损伤识别比较，利用结构模态振型的变化更容易识别结构的损伤位置，在振型变化损伤识别方法的基础上，又衍生出了很多其他的方法：振型曲率法、振型变化图法、模态置信因子法以等很多方法。Jay-chungchen【7】等最先通过对现有结构的研究，得到可以利用实测结构的振型来识别结构损伤的大小和位置的结果。于德介【8】等在Jay-chungchen等研究成果的基础上提出了一种利用一种能抑制测试误差对诊断准确性影响的正则化技术求解质量和刚度损伤识别方

6、程来识别结构损伤大小和位置的方法，并通过对实例梁的损伤识别的模拟，证明了利用结构模态振型进行结构损伤识别方法的有效性。但是，此种方法由于先假定了结构损伤后单元的质量和刚度矩阵与损伤前的质量和刚度矩阵是成一定比例的，因此，此方法是有无法用于有裂缝的结构的损伤识别这一弊端。万小朋【c：等对一悬臂梁的损伤进行有限元模拟分析，其采用该结构的第一阶振型改变率作为结构的损伤识别指标，得出第一阶振型改变率对结构不同位置和不同程度的损伤的敏感性较高，并且能够成功识别出结构损伤的位置和程度。但是该文章还是有弊端：只是对悬臂梁结构进行了有限元仿真模拟分析，并没有将该指标应用到实际结构上来。结

7、构模态振型可以用来确定结构可能损伤的位置。但是也有这些缺点：模态振型的测量由于受测试仪器精度、测点多少和测试环境周围噪声的影响，使得测试结果产生一些偏差，而影响了模态振型测试结果的准确性，从而使得测试结果产生较大的误差。此外，由于结构的现场测试可能得到的模态振型结果是不太完整的，诸如自由度不完整和模态振型的阶数不完整，这就给基于振型的结构损伤识别方法在实际应用中造成较大的阻碍。再者，由于结构损伤引起的局部刚度的变化在高阶模态下容易识别，但是高阶模态在结构测试中不容易得到精确的结果，更有甚者没办法得到结果。于是基于模态振型来判断