利用加速度响应信号评估大跨度连续刚构桥的安全.pdf

《利用加速度响应信号评估大跨度连续刚构桥的安全.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、器桥梁工程BridgeEngineering利用加速度响应信号评估大跨度连续刚构桥的安全蔡建辉(福建省高速公路有限责任公司南平管理分公司，福建南平353000)摘要：介绍了小波包能量谱的结构损伤识别指标——相对小波熵损伤指标．s。；通过对大跨度连续刚构桥的数值分析，考察了损伤评估方法运用于实桥的可行性，并利用3年的加速度信号对实桥的损伤状况进行了评估。结果表明：该方法利用了虚拟脉冲函数，可以消除环境噪声的影响，JsWT具有良好的损伤识别能力，能发现刚构桥的初期损伤和实际损伤位置。关键词：桥梁；大跨度连续刚构桥；相对小

2、波熵损伤指标；加速度信号；有限元模型；损伤评估中图分类号：TU311．2文献标志码：B文章编号：1009—7767(2013)06—0070—05SafetyAssessmentofLongSpanContinuousRigidFrameBridgeUsingAccelerationSignals小波包能量分析的损伤识别方法是通过对完好结构和损伤结构分别施加振动激励得到响应并进行小波包分解．用构造结构响应的小波包能量指标．比较各频带的能量是否发生变化。该方法可以确定结构是否发生损伤。1)小波包能量谱能够应用于结构的损

3、伤诊断，从理论角度考虑需要解决以下3个问题：①小波包能量谱能够敏感地表征结构损伤原因；②小波包分解到哪个分析尺度上所形成的能量谱最能敏感地表征结构的损伤：③噪声对结构动力响应的小波包能量谱存在何种影响以及如何有效地消除观测噪声的影响。2)从T程实际应用的角度重点需要解决以下3个问题：①研究具有良好损伤敏感性和噪声鲁棒性的结构损伤指标：②研究环境激励下基于小波包能量谱的结构损伤诊断方法：③研究大型复杂结构基于小波包能量谱的结构损伤诊断方法，最终应用于工程实际结构的健康监测系统中。因此．笔者主要建立研究适合于环境激励下结

4、构动力响应的小波包能量谱及其损伤识别指标计算方70啼荭投木2013No．6(Nov．)V01．31法，通过大跨度连续刚构桥验证损伤指标的可行性．并通过长期监测的加速度信号构造实际损伤指标，以评价大跨度桥梁的实际损伤和安全状态。1小波包能量谱的相对小波熵损伤指标小波包能量谱通过某种变换有效地提取结构的损伤特征信息，从而形成适用于损伤识别的结构损伤特征向量。它应满足2个基本条件：1)对结构损伤要敏感：2)抗噪声干扰能力强。采用小波包分解结构动力响应时，观测噪声的能量均匀分布在各个频带上。因此，能量较小的频带易受噪声的干扰

5、，在确定结构损伤特征向量时应选用小波包频带能量谱中能量较大的频带，这些频带为损伤特征频带。考虑到随着小波包分解层次的增加，观测噪声效果有效地减弱，且观测噪声在各频带上分布比较均匀，因此，如果采用小波包能量谱中各特征频带能量相对于所有频带能量总和的比值作为结构损伤识别参数，而不是直接计算损伤前后特征频带能量的相对变化，则能更为敏感地发现结构的损伤。根据上述分析，可采用各损伤特征频带的能量相对于所有频带能量总和的比值——相对小波能量pf作为结构损伤识别参数，计算式为⋯：Fp『-鲁，U=1，2，⋯，m)。(1)式中：E为小

6、波包频带能量谱的第j个损伤特征频带的能量；E为小波包频带能量谱所有频带能量总和：m为损伤特征频带的数量。通过相对小波能量p，的变化可以判断结构的损伤情况。为此将各损伤特征频带的相对小波能量变化组成结构损伤特征向量Js，，即：Sj=pjlog(pj／gJ)，(歹=1，2，⋯，m)。(2)式中：．si为第7个特征频带的相对小波熵；pi和qi分别为结构在损伤和健康状态下第i个特征频带的相对小波能量。在计算小波包能量时，需要确定合理的损伤特征频带数量m。如果选择小波包能量谱向量中前m个较大能量系数的频带，使得这些频带内动力响

7、应的小波包重构能有效地反映原动力响应的时频特性．就可以认为这些特征频带基本保持了结构动力响应的动力特征信息。m的取值方法是将前m个较大能量系数频带的动力响应进行小波包重构，得到近似重构响应厂，。计算原始厂和重构响应厂’的频带相对累积能量s的公式为：肛器。㈤工程实际应用时．可以选择若干阶频带，计算其原始信号和重构信号的频带相对累积能量，从而综合考虑以确定特征频带数m的取值。定义小波包能量谱的结构损伤识别指标——相对小波熵-sw为：Sw=∑ls小(4)对于环境荷载激励，一般仅能量测到结构动力系统的响应信息(输出)，而输入

8、未知，此时可以采用环境荷载激励技术(NaturalExcitationTechnique，简称“NExT”)来获取类似于结构脉冲响应函数的互相关函数。理论分析表明，结构动力系统响应之间的互相关函数是结构动力学方程的一个解【2～I，从而消除环境因素对小波包能量谱的不利影响。NExT技术理论上要求环境激励满足白噪声的假定，而实际工程中很多环境激励是