基于车致振动响应的含分布损伤桥梁结构识别方法-中山大学学报

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1、第５４卷第３期中山大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ５４Ｎｏ３２０１５年５月ＡＣＴＡＳＣＩＥＮＴＩＡＲＵＭＮＡＴＵＲＡＬＩＵＭＵＮＩＶＥＲＳＩＴＡＴＩＳＳＵＮＹＡＴＳＥＮＩＭａｙ２０１５ＤＯＩ：１０１３４７１／ｊｃｎｋｉａｃｔａｓｎｕｓ２０１５０３００２基于车致振动响应的含分布损伤桥梁结构识别方法李海龙，吕中荣，刘济科（中山大学应用力学与工程系，广东广州５１０２７５）摘要：采用Ｎｅｗｍａｒｋ直接积分法和龙格库塔法求解了非线性车桥耦合系统的振动响应，并利用加速度响应灵敏度方法对含裂纹梁结构进行分布类型的损伤识别。文中车辆采用含非线性弹簧的半车模型，桥梁被离散为欧拉梁单元，裂纹

2、引起的桥梁损伤模拟为桥梁局部刚度的线性分布的减少。数值算例表明，在５％噪声情况下，加速度响应灵敏度方法依然可以较准确地识别出桥梁损伤的分布情况。关键词：车桥耦合系统；动力响应；非线性弹簧；裂纹识别；灵敏度中图分类号：Ｏ３９文献标志码：Ａ文章编号：０５２９－６５７９（２０１５）０３－００１０－０４ＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＤａｍａｇｅｉｎＢｒｉｄｇｅｓｆｒｏｍＶｅｈｉｃｌｅＩｎｄｕｃｅｄＤｙｎａｍｉｃＲｅｓｐｏｎｓｅｓＬＩＨａｉｌｏｎｇ，ＬＵＺｈｏｎｇｒｏｎｇ，ＬＩＵＪｉｋｅ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，

3、ＳｕｎＹａｔｓｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２７５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄａｍａｇｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｕｎｄｅｒｍｏｖｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｌｏａｄｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎａｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｅａｍｕｎｄｅｒａｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｐｒｉｎｇｓｆｏｒｉｄｅｎｔｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄａｍａｇｅｄｕｅｔｏｔｈｅｃｒａｃｋ．Ｃｏｍｂｉ

4、ｎｅｄＮｅｗｍａｒｋｄｉｒｅｃｔｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄＲｕｎｇｅｋｕｔｔａｍｅｔｈｏｄａｒｅｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｈｅｃｏｕｐｌｅｄｂｒｉｄｇｅｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄａｍａｇｅ（ｓ）ｃａｎｂｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｖｅｎｗｉｔｈ５％ｎｏｉｓｅｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｄａｔａ．Ａｎｄｍｏｒｅａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｓａｒｅｎｅｅｄｅｄｉｆｔｈｅｒｅａｒｅｍｕｌｔｉｐｌｅｃｒａｃｋ

5、ｓｉｎｔｈｅｂｒｉｄｇｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ；ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｐｒｉｎｇｓ；ｄａｍａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．在过去几十年中，随着经济和科技水平的发率、振型、柔度曲率、模态能量等数据识别结构损［４－８］展，世界各地修建了越来越多的大跨度桥梁。这些伤。但是，频域法易丢失原始数据的部分损伤桥梁在使用过程中由于材料老化、疲劳和其他不利信息，损伤识别结果往往不够准确。因素的影响下很容易产生损伤裂纹，进而影响桥梁随着计算机和数学的发展，损伤识别方法发展［９－１０］结构的耐久性和行车舒适性，甚至引发灾难

6、性事了时频域方法，利用信号分析工具对结构的故。因此，对桥梁结构的损伤裂纹进行识别和监测响应进行分析，获得结构的时频特性，从而对结构研究具有重要的理论和现实意义。进行损伤识别。近年来，直接利用结构振动响应进［１１－１２］已有许多种损伤识别方法被提出来并在工程中行损伤识别的时域方法逐渐受到学者的重视。［１－２］［１３］得到初步应用，主要分为频域、时频域、和时Ｌｕ和Ｌａｗ提出的基于响应灵敏度的时域方法既［３］域。早期发展的主要是频域方法，根据固有频能准确识别出结构的损伤参数，并且所需测点数量收稿日期：２０１４－１０－２７基金项目：国家自然科学基金资助项目（１１１７２３３３，１１２７２３６１）

7、作者简介：李海龙（１９８９年生），男；研究方向：结构损伤识别；通讯作者：吕中荣；Ｅｍａｉｌ：ｌｖｚｈｒ＠ｍａｉｌｓｙｓｕｅｄｕｃｎ第３期李海龙等：基于车致振动响应的含分布损伤桥梁结构识别方法１１［１４－１６］较少，具有一定的工程应用潜力。［Ｍｂ］、［Ｃｂ］和［Ｋｂ］分别为桥梁系统质量矩阵、本文采用Ｎｅｗｍａｒｋ直接积分法和龙格库塔法阻尼矩阵和刚度矩阵。本文中采用瑞利阻尼矩阵，求解了非线性车桥耦合系统的振动响应，并利用即［Ｃｂ