应变模态法在桥梁损伤识别中的应用

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1、第37卷，第4期公路工程Vo1．37，No．42012年8月HighwayEngineeringAug．，2012应变模态法在桥梁损伤识别中的应用李圭，戴佑才，戴宏亮，洪力(1．湖南路桥建设集团公司，湖南长沙410004；2．湖南大学，湖南长沙410082)[摘要】基于应变对局部损伤的敏感特性，引入应变模态法，通过比较完好桥梁和损伤桥梁的应变模态变化。即可判断桥梁损伤的位置和程度。首先在理论上给出了应变与振动模态之间的详细表达式；然后基于大型通用商用有限元软件ANSYS，对金属模型桥梁进行数值仿真模拟以及识别试验、数据分析；最后，应用应

2、变模态法对厦门市石鼓山立交桥进行现场损伤识别，得到了该桥梁的服役状态，为桥梁质量评估和维护提供了可靠的依据。[关键词]应变模态法；桥梁损伤；数值模拟；损伤识别[中图分类号】U445．7[文献标识码】A[文章编号】1674一o61o(2012)04—0185一O6ApplicationofStrainModeMethodinBridgeDamageDetectionLIGui，DAIYoucai，DAIHongliang，HONGLi(1．Hunanroad＆bridgeconstructiongroupcorporation，Chang

3、sha，Hunan410004，China；2．Hu-nanUniversity，Changsha，Hunan410082，China)[Abstract]Basedonsensitivecharacteristicsofstrainonpartialdamage，thestrainmodemethodwasintroducedtojudgebridgedamagelocationanddegree，bycomparingchangesofstrainmodebe-tweenintactbridgeanddamagedbridge．Th

4、ispaperfirstenrichedthestrainmodedamagerecognitionmethodintheory，andgavedetailexpressionbetweenstrainsandvibrationmodes；thenthemetalmodelbeamwerenumericalsimulatedbyapplyingwithlargegeneralcommercialfiniteelementsoftwareAN-SYS；finally，thisstrainmodemethodwasspecificallya

5、ppliedtodamagerecognitionofXiamenShiguhilloverpass，andgotthebridge~servicestate，alsoprovidesthereliablebasisonthebridgequalityevalua-tionandmaintenance．[Keywords]strainmodemethod；bridgedamage；numericalsimulation；damagerecognition频率是桥梁的固有特性，不受荷载值的影响，因此，0引言可以定义一个应变模态，其基本原理

6、是：对应于桥梁桥梁发生损伤其实质表现为桥梁的局部刚度和的每一阶位移模态，在桥梁各处必有其对应的固有质量发生损失，反映在桥梁动力特性上，则为桥梁模应变分布状态，称之为应变模态，它是桥梁的固有动态参数的变化，即桥梁频率、振型及应变模态等模态力特性，不受荷载大小的影响，因此，只要比较完好参数。近几年来，利用桥梁振动信息和系统动态特桥梁和损伤桥梁的应变模态变化，就可以判定桥梁性参数进行桥梁损伤识别，是目前国内外进行损伤损伤的位置和程度。诊断研究的主要方向¨。目前，用于损伤识别的l理论分析主要模态参数指标有固有频率、模态振型、模态柔度和应变模态等

7、。由于应变具有对局部损伤敏感的特1．1损伤机理点，故采用应变模态法对局部损伤程度的识别将非对于如图1所示的任一单元，A和A．分别表示常有效。根据材料力学理论，桥梁局部损伤区域的单元不含损伤时的横截面积和单元产生的缺陷面应变分布呈急剧变化。同时依据圣维南原理，远积，损伤后的有效承载面积A为：离桥梁损伤区域的应变变化很小。但是，桥梁的瞬A=A—A。(1)时应变值与承受载荷直接相关，而位移模态和固有定义损伤变量D：[收稿日期】2012—06—20[作者简介】李圭(1974-)，男，湖南永顺人，T程师，主要从事路桥施丁、检测与技术丁作。l86公

8、路工程37卷A—An有效应力与Cauchy应力之问的关系为：广(2)=M(D)·(12)式中：0≤D≤1，D=O表示单元处于无损伤状态，D损伤影响矩阵(D)为：=1表示已达到损伤破坏状态。O定义为连续性因子