损伤识别理论在桥梁中应用及存在问题

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1、公路2005年4月第4期HIGHWAYApr12005No14文章编号:0451-0712(2005)04-0156-03中图分类号:U446文献标识码:B损伤识别理论在桥梁中的应用及存在问题陈昕(郑州市公路交通学校郑州市450053)摘要:损伤识别是旧桥评定的基础工作,本文对国内外的研究现状进行了分析,认为目前的损伤识别理论距实际应用尚有一定的距离,尽快研究损伤识别中的一些关键性问题已迫在眉睫。关键词:损伤识别;关键问题;研究桥梁损伤后出现大量裂缝,引起结构刚度下降。题。当结构受到损伤后,刚度、频率、振型分别发生变但哪些部位刚度发

2、生了变化,其量值是多少,需要准化,而质量一般不变化,则损伤后结构的振动微分方22确地知道,才能更精确地做进一步的结构计算分析,程为:[(K+△K)-(X+△X)M](<+△<)=0,忽T这个问题目前尚没有得到实质性地解决。在对旧桥<$K<2略二阶项可得△X=,对于任意阶模态,T进行计算分析时,往往依据经验加近似计算的方式

3、影响。基于此项原理,利用实测结构的任意两阶22释这种现象,因为收缩徐变完成期为3年,而许多桥频率变化之比△Xiö△Xj,便可以确定结构受损的[1,2]T梁在建成3～5年乃至更长时间,挠度仍在增加。如部位。如果将MSEij=

4、[3～7]在此方面做了大量的研究工作,考虑到有限元模型的1国内外最新研究状况自由度一般较大,而实际只能比较精确地测出有限从结构动态或静态特性的变化推断结构可能存个较低阶模态以用于损伤识别,应用任何一种分析在的损伤是一种较常用的方法,在很多领域得以应方式都会产生截断误差,并且有限元方法在求解低用,如航天、航空、机械、土木工程等。这方面的研究阶模态时精度很高,求解高阶模态时误差较大。文献是当前国内外的热点。在基于结构动态特性的损伤[8]又提出了一种改进算法,将损伤前后的模态差利识别研究中,常用的指标包括结构频响函数、固有频用低阶模态表示

5、,有效地降低了截断误差。率、模态振型、模态振型曲率、动测柔度阵矩等。利用灵敏度研究损伤是另一种模态分析方法,模态分析的基本出发点是利用振动特性来识别文献[9～11]研究了钢筋混凝土桥梁的损伤问题。一结构参数。根据动力学原理,结构振动的基本微分方般情况下,桥梁结构动态测量时频率的精度比振型¨·程可表示为MX+CX+KX=F,忽略阻尼时结构高得多,文献中提及的方法利用频率灵敏度来识别2损伤。假定{$f}为实测新老桥频率变化值、{r}为结构自由振动的基本微分方程可表示为(K-XM)<=0。振动方程包含了结构许多信息,这是模态分析的刚度、[

6、A]为灵敏度,{E}为测量和模型误差引起的残基本出发点。差向量,则模态参数增量可表示为:{$f}=[A]({r}运用模态振型来识别损伤是一个研究较多的课-{r0})+{E},根据实测的多阶频率,利用最小二乘收稿日期:2004-11-202005年第4期陈昕:损伤识别理论在桥梁中的应用及存在问题—157—法原理,可判断出结构刚度的改变。小,难以用现有的模态识别方法识别损伤。近年来,应变模态分析课题已逐渐为国内外学一座跨径400m的钢管混凝土拱桥,假定拱顶[12～15]者所重视。根据应变是位移一阶导数的关系,部位有4根腹杆失效,通过对损

7、伤前后的结构振动用W表示应变模态振型矩阵;<表示位移模态振型特性比较,发现拱桥前20阶自振频率基本不变,前矩阵;C表示模态坐标列向量;F表示激振力列向10阶的振型变化很小,以后的高阶振型在损伤的局量,可以将应变响应表示为E=WC

8、为5%～10%。的识别损伤程度。除了动态方法外,静态的测量数据也可用于识别损伤,许多大型桥梁设有监控系统,可长期对桥梁的恒载变形予以观测,并且精度较高。在静态状况下,结构损伤前后的平衡方程可表示为KuDu=F和KdDd=F,将其转化为