综合识别指标在桥梁结构损伤识别中应用

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1、第3期北方交通·103·综合识别指标在桥梁结构损伤识别中的应用敖然于成勇2姚百恕。(1．沈阳建筑大学土木工程学院，沈阳110168；2．辽宁驰通公路工程监理有限公司，沈阳110000；3．鞍山市公路管理处，鞍山114000)摘要：提出一种应用振动模态频率变化值和静力位移变化值之比而建立的综合识别指标对桥梁损伤进行分析与评定。试验结果表明，应用该方法能够对损伤的位置和程度进行准确的定位和评估。既安全又方便，可为现在的桥梁检测提供参考。关键词：综合识别指标；损伤定位；损伤程度中图分类号：U446文献标识码：B文章编号：1673—6052(2009)03—0103—04损伤识别输入参数

2、的选择直接决定了识别的正无数的微小单元，当结构的刚度发生变化时，就可以确性以及精度，本文意在将动力和静力指标结合起将刚度破坏看作是所有单元的刚度破坏程度的总和。来，建立一个新的综合识别指标，并通过模型试验来AK=ZB~AKiB(6)．检验其可行性。如果将综合识别指标作为损伤识别1l其中m是破坏单元的总和，B是对应第i个元的输入参数能够对模型的损伤予以准确定位，并能素的特征向量，AKi’是第i个单元的刚度变化量，可进一步评估模型的损伤程度，将会解决那些例如破以进一步的表示为损程度和仪器的精度等对于损伤识别准确程度的限AKi’=仅iEiAKi(7)制。该方法充分利用桥梁监测过程中获得

3、的信息，较i是第i个单元的刚度比例系数，E．是第i个单之仅用振动测量值来进行损伤识别的方法更加可靠。元的抗弯刚度。在相同的加载条件下结构可能会出现l损伤识别的原理单处损伤和多处损伤，在不同的情况下取不同的值，这1．1损伤位置的确定一过程对于区分损伤位置和损伤程度很有帮助。对于未损伤的结构，在静荷载作用下分析模型未损伤结构的自由振动可以用下面的式子来表示：的静力反应可用以下的式子来描述：(K一(1)M)j=0(8)Ku=P(1)(1)是结构第j阶自振频率，M是结构的质量矩K、U、P分别是系统的刚度矩阵、静应变、静荷阵，是结构第j阶模态振型。由式(8)可以得出载。在静荷载作用下产生的

4、静应变可以表示为u=KP(2)=(9)一般来讲，结构的损伤都会引起自身的刚度发通过上面的推导可以知道结构的损伤可以导致生一定的变化。对于发生了损伤的结构可以应用下动态分析指标∞；和静态分析指标u的变化，而这两面的公式进行描述：个指标的变化是由于结构自身质量和刚度发生变化(K+AK)u=P(3)而产生的，二者存在一定的函数关系。为了将这两损伤后的结构在荷载作用下产生的应变U可个指标结合起来，建立一个新的损伤识别指标R：进一步表示成DAUK(1O)U=(K+AK)～P(K～一KAKK)P(4)由于结构的损伤而产生的静应变的差值为损伤识别的过程实际上是建立模型并根据检测Au=u—u’K

5、AKKP(5)的结果，将其进行一次结构加载模拟而得出检测结在对损伤的结构进行分析时，可以将结构分解成论的过程。为了完成这一过程，需设定两个参数，Ri·l04·北方交通和Ri，其表达式为：Ri：(11)R(12)R；表示结构在荷载i作用下未发生损伤的情况，Ri表示结构在荷载i作用下k单元发生损伤的情况。为了判断k单元是否损伤，需要对所有的加载方式都加以考虑，设定参数N，其表达式为：N=∑lIRi—RiIl(13)隐堪m表示施加的静荷载的数量。从上式可以知道图lBP网络模型当只有一个单元损伤并且发生在i单元时，N为0。N1+1当有超过一个或更多的单元发生损伤时，N不断减Nj=ViIi

6、j：1，2，⋯L(16)．小，N值越小表明第i个单元损伤的几率越大。下输出层的输出值可表示为：面的式子用来判断k单元是否损伤：0=f(Nk)(17)E1(14)L+1Nk=王WjkYik=1，2，⋯n(18)．E的值较大时可认为k单元损伤的几率较高。这里Ni、N为隐层第j个神经元和输出层第k1．2损伤程度的确定个神经元的输入；V{；和w_k表示输入层与隐层以及在损伤位置一定时，损伤程度越大频率的改变隐层与输出层之间的权值。隐层与输出层之间的作量就越大；在损伤程度一定时，损伤的位置对频率的用函数采用Sigmoid非线性函数：改变的影响相当复杂。即一些位置的损伤对某些低f(X)=1／

7、(1+e)(19)频成分影响大，另一些位置的损伤则对某些高频成训练一个神经网络就是通过调整权值以实现对分的影响大，还有一些位置的损伤对结构某些特定复杂非线性对象的建模和估计，训练网络的指标函频率的改变影响不大，甚至没有影响。因此，在损伤数取为：定位准确的条件下应用频率对损伤程度的识别是可行的。所以，在此模块中，我们选取前三阶模态频率E舌主(D—Oqk)。(20)作为神经网络的特征参数来识别梁的损伤程度。构其中D表示第q个学习样本的第k个分量，通造具体的特征参数，再对训练样本经过归