基于时域响应统计特征的桥梁结构损伤识别方法研究

《基于时域响应统计特征的桥梁结构损伤识别方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于时域响应统计特征的桥梁结构损伤识别方法研究第1章绪论1.1研究背景和意义道路交通系统是国家基础设施的重要组成部分，是国家经济的动脉，而桥梁作为道路的纽带和咽喉，其重要性不言而喻。武汉长江大桥建成之时，毛泽东感叹道一桥飞架南北，天堑变通途，就形象地反映出了桥梁建设的意义和重要性。建国以来，随着我国国民经济和交通事业的不断发展，我国桥梁建设取得了跨越式的发展和长足的进步。截至2011年年底，我国公路桥梁共有6.89万座，我国已然成为真正意义上的桥梁大国。然而，伴随着桥梁在经济生活中发挥着越来越重要的作用，桥梁结构一旦出现损伤乃至坍塌，其后果的严重性也是不言而喻的。1999年2月

2、，重庆市綦江县彩虹桥突然整体垮塌，共造成40人死亡，直接经济损失达628万余元；2007年8月，湖南凤凰县境内凤大公路堤溪段大桥突然垮塌，事故共造成64人遇难，直接经济损失3975万元；同在2007年8月，美国I-35A模型，通过模型的自回归系数建立损伤指标，结合统计方法进行损伤识别和损伤定位。刘毅、李爱群等[71]将时间序列的方法应用在三跨连续梁结构的损伤识别中，发现ARMA模型系数的加权距离可以实现损伤预警但对损伤位置指示不明显。综合来看，时间序列分析的方法能够识别损伤的出现，同时在质量相对集中的体系中指示出了损伤位置，但其在桥梁等一般结构中的损伤识别及定位效果有待进一步研

3、究。..第3章基于时间序列分析的损伤识别方法.......213.1时间序列分析简介...........213.2时间序列分析的经典模型.....223.3振动微分方程与ARMA模型的关系.......243.3损伤识别过程........283.4数值算例....283.5本章小结....38第4章基于自相关系数的损伤识别方法..........414.1概念提出....414.2识别结果....424.2.1基于时间序列模型参数的损伤指标.........424.2.2基于自相关系数的损伤指标.......434.3本章小结....44第5章基于加速度值的损伤定位方法..

4、.........455.1概念提出....455.2识别结果....465.3本章小结....49第5章基于加速度值的损伤定位方法5.1概念提出在本文的三、四章中，我们提出的损伤指标识别了损伤的出现，但都没有很好地识别出损伤位置。要想实现结构损伤定位，我们制定的损伤指标里面须包含对损伤位置敏感的特征量。在本文中，我们致力于利用结构的加速度响应（加速度在采集上优点，前文中已进行介绍）进行损伤识别和损伤定位。那么我们有必要先从理论上判断下：加速度信号是否包含对损伤位置具有足够的敏感性的特征量？如果有，我们应该用什么样的方式将其体现出来？这里我们要求同一时间段，其目的是在保证其他因

5、素相同的情况下，单独考虑位置因素的影响。测点的加速度响应值必然是跟这个点此时刻受到激励相关的，那么由于施加激励的随机性，不同时间段测得序列的平方和必然不同。故在只有在同一时间段，不同测点的数据之间才能比较位置因素造成的影响。本文中激励的施加方式在结构损伤前后是保持不变的，这也就排除了由于激励施加位置的变化对结果的干扰。健康工况跟损伤工况必然处于不同的时间段，这样两个工况下得到的平方和数据很可能处于两个不同的水平。..结论作为道路的咽喉，桥梁在交通系统中发挥着不可或缺的作用，它的健康与否关系重大。一方面，桥梁的健康状况直接决定了它的承载及通行能力；另一方面，桥梁结构一旦由于损伤累

6、积而发生垮塌，其损失往往是巨大的。所以，开展对桥梁结构的健康监测和损伤识别，保证在役桥梁的安全使用，具有重要的经济价值和社会意义。目前的桥梁检测技术或损伤识别技术包括了结构的局部无损检测，整体静力检测以及整体动力检测。其中基于动力响应的损伤识别技术因为其便捷性，得到越来越多的重视，相关的研究也十分广泛，但大多是对响应信号进行模态分析，得到其模态参数，进而进行损伤识别。本文的主要研究方向是利用时间序列等统计学的办法，直接提响应信号的时域特征进行损伤识别，相对于模态分析，此法更加的便捷，同时避免了有效信息的丢失。本文具体介绍了以下三种损伤指标。本文利用简支梁的数值算例，对基于时间序

7、列模型系数的加权距离指标，进行损伤识别验证，发现该指标可以识别损伤的出现，并且随着损伤程度加重呈现出指数增长的趋势。但该指标在本文简支梁算例中，对损伤位置并没有表现出很好的识别效果，同时由于模型拟合精度的问题，该指标对小损伤的识别效果不是特别理想。...........