桥梁结构损伤识别方法概述与展望.pdf

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1、2017年第8期(总第209期)江西建材交通工程桥梁结构损伤识别方法概述与展望■郑季雨■重庆交通大学土木工程学院，重庆南岸400074摘要:结构损伤识别是桥梁健康监测系统的核心技术，是对桥梁进行维护和加中，对称位置损伤所引起的频率变化完全一样，确定损伤区域并不容固的前提。如今人们越来越重视结构安全问题，也随之提出了各种各样易。的损伤识别方法。文章介绍了结构损伤识别的基本识别方法，分析现有3．2基于结构固有振型变化的损伤识别方法结构损失识别方法的优点和不足，概括了结构损伤识别领域的热点问题结构振型对局部变化较敏感，可以用来定位结构的损伤。然而由及

2、其发展趋势。于观测噪声会干扰振型测量使其测量结果存在误差，不能正确反映振关键词:桥梁结构损伤识别型的变化而影响其识别的精确性。另外，不同位置的损伤对不同振型频率产生的影响不同，需要依据振型来测量大部分损伤。虽然振型的目前我国桥梁建设取得了举世瞩目的成就，各种桥梁不断涌现，逐测量精度比起固有频率的要低，但振型中所包含的损伤信息更多。步完善了我国的交通运输环境。然而随着交通量的迅猛增长，桥梁出3．3基于结构柔度变化的结构损伤识别方法现了裂缝、下沉和老化等一系列的桥梁损伤问题。如果不及时发现并运用柔度矩阵的变化来识别结构损伤，主要把结构的模型信息作采

3、取相应的维护措施，最终将危及结构的安全使用，导致事故的发生，为计算基础。在实际情况中，一般只能根据所获得的结构的低阶模态因此桥梁结构的损伤识别逐渐成为交通安全评价的核心，在实际情况和频率来近似得出实际的柔度矩阵。其优点在于:由于在测试中难以中对具体桥梁结构所采用何种识别方法显得尤为重要。获得结构的高阶模态，因此很难的得到准确的结构刚度矩阵，而在相同1结构损伤识别问题的主要层次条件下，如果要估计柔度矩阵，在低阶状态下就能使精度满足要求。各1．1结构是否发生损伤阶振型对柔度矩阵的贡献会随着相应频率的增大而迅速减少，但前几主要通过测试和分析结构的关键

4、性能指标，判别结构损伤是否发阶模态振型形成的柔度矩阵较为准确。生。研究问题的难点就是怎样在不破坏需要检测原结构部位的情况3．4基于振型曲率变化的损伤检测下，进行准确的测试并得到精确的分析结果。在受力结构中，梁式结构主要承受弯矩作用。当这类结构因损伤1．2确定损伤位置而发生改变后，往往产生较大弯矩，结构在弯矩作用下的曲率也会随之确定损伤区域是比较困难，是研究结构损伤识别问题的核心之一。改变，因此检测此类结构时，可以利用曲率的改变推导出损伤信息。同主要研究并测试结构可能存在损伤的部位工作性能，由此确定该位置时，振型曲率变化的大小随损伤程度的增大而增

5、大，可由此识别损伤程是否损伤。而如何快速准确找到结构损伤的具体位置又是其难点。度。1．3对结构损伤大小进行评价3．5基于能量变化的结构损伤识别方法通过前面确定的损伤位置，并对比无损结构的一些性能，从结构的该方法运用有限元法来分析结构损伤程度及损伤区域对结构固有局部到整体考虑该损伤对结构所造成的影响。该层次的难点就在于如频率的影响，计算出结构每一单元的损伤误差，其结果较为精确可靠。何来评定结构的损伤程度。这种方法只利用了结构的低阶模态而截断了其余的模态，但我们需要1．4估计结构剩余寿命完备的整体结构模态才能对结构进行损伤程度的判定，因此这种方法通

6、过确定其损伤程度来推算出因结构物变异而损失的寿命，并用还需要进一步研究和完善。预计寿命减去因变异而损失的寿命，便可得到结构的剩余寿命。即:结4结构的主要智能识别方法构物剩余寿命=结构物基准寿命－评定时结构物损失寿命。而如何来4．1基于神经网络的桥梁损伤识别确定评定时结构的损失寿命是一个棘手的问题，它与结构物发生的变这种方法是对人脑信息处理机制的模拟。一般将结构的动力参数化程度、经历时间等有关，因此它的评定结果带有很大的不确定性。如固有频率、振型等作为输入量，网络的输出量作为损伤识别的结果。2结构损伤的识别的方法首先用无损伤系统的振动测量数据对网

7、络进行训练，明确网络参数;然2．1局部识别方法后将输入数据送入网络中，网络就会产生相应的输出，当系统特性没有有目测法、射线法、超声波技术法等。这种方法的主要特点是要先发生变化时，系统和网络两者间的输出应该相吻合。反之，当系统发生大致了解结构损伤所发生区域，而且用检测仪器能够检测到。但是这了损伤时，系统和网络两者间的输出就会存在差异，从而通过该差异来种方法只能在小范围内识别出损伤，无法识别出整个结构的损伤信息，识别结构的损伤程度。因此对于大型复杂结构的损伤诊断该方法是不适用的。4．2损伤检测中的遗传算法2．2全局识别方法遗传算法是解决非线性、不确

8、定性问题的较有力的工具，是基于自主要有动力学方法、遗传算法、神经网络法等。任何结构都可以看然遗传和自然选择的寻优方法，主要通过编码、进化、交叉和变异物