基于阻尼特性的RC桥梁损伤识别方法.pdf

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1、基于阻尼特性的RC桥梁损伤识别方法黄晓敏1韩晓健2顾大鹏31.昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明6500932.南京工业大学土木学院，江苏南京21181623.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，黑龙江哈尔滨1500903.北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京100124摘要：针对工程中常见的钢筋混凝土简支梁结构进行研究，利用静力加载试验模拟简支梁的损伤累积过程，试验中采用沙袋对简支粱施加一突变荷载，对简支梁的自由振动信号进行分析，分析不同阻尼取值时模型的计算结果，分别采用粘性阻尼和库仑阻尼2种模型，利用自由振动信号分析2种阻尼在不同损伤

2、等级下的变化规律，对已有的研究结果进行论证，从而进一步提出一种基于阻尼特征的损伤识别指标，并验证了该指标的优越性，将其应用到实际桥梁的检测中。结果表明：阻尼在钢筋混凝土桥梁中具有弱的非线性，提出的耗能指标较阻尼参数鲁棒性强，可在实际桥梁检测中的应用。桥梁工程；RC桥梁；静力加载试验；损伤识别；阻尼参数；新损伤参数U441.3A1002-0268(2012)11-0063-06DamageDetectionofRCBridgeBasedonDampingCharacteristicsHUANGXiaominHANXiaojianGUDapeng2011-

3、02-12黄晓敏（1977-），男，云南保山人，博士研究生.(hjs.sy@163.com)公路交通科技第29卷塌，将对国家和人民的生命财产造成极大的损失。桥梁结构中普遍为混凝土梁式桥⋯，为了保障桥梁的正常使用，适时地、及时地进行检测和监测是必不可少的心]，而损伤识别方法是保证健康检测和监测可靠性的关键所在。目前，国内外学术界和工程界所普遍采用的方法主要是：(1)技术成熟的基于静态测试的无损检测方法；(2)逐渐成熟的基于动力响应测试的损伤诊断方法。基于静态测试的检测方法虽然技术成熟，但是存在需要中断交通和测试速度慢的棘手问题；而基于动力特性的检测方法测

4、试速度快，无需中断交通，为学术界和工程界较多地研究和采用。结构损伤程度的估计方法主要有：(1)直接比较损伤前后结构模态参数变化的识别方法。-51；(2)利用作用于结构上的载荷和结构的反应，通过系统识别手段得到结构的系统参数，比较它们的变化来估计结构损伤情况+¨7。上述问题目前虽然已取得了较多成果‘卜9

5、，不过在实际工程中的应用还较少。尤其是针对目前最为普遍的钢筋混凝土简支梁的裂缝型损伤，如何构造一个简单而实用的损伤检测指标，是一项具有较高工程应用价值的研究课题。1钢筋混凝土简支梁试验1．1试验目的根据实测的钢筋混凝土简支梁的自由振动响应数据，分析结构在

6、各静力加载等级下的阻尼特征，建立其与简支梁静载损伤等级的关系，对已得出的研究结果进行验证，并进一步提出评价指标来判断结构的损伤程度。1．2试验过程钢筋混凝土简支梁试件截面尺寸为200mEX180mm，梁全长为4350mm，计算跨度为4000rain。钢筋采用双筋配置，受拉区采用直径为12mm的Ⅱ级钢筋，共3根；受压区采用直径为8mm的I级钢筋，共2根。全梁箍筋为双肢配置，采用直径为6mm的I级钢筋，间距为100mE。梁的弹性模量为E=3．53X104MPa，密度为P=2400kg／m3。根据试件的设计参数可知：简支梁的基频计算值在18Hz左右；设计极限

7、弯矩为21．4kN·m，设计极限剪力为64kN。试验中利用静力加载模拟损伤程度，利用沙袋试验测试简支梁结构的自由振动信号。根据极限弯矩值将加载分为6级进行，设计加载大小依次为3、6、10、14、18、21kN，每一次荷载等级的增加看作简支梁损伤程度增加一级。静力加载装置如图1所示。当加至各级荷载后，保持荷载静置20rain左右，然后再进行卸载，卸载后再静置几分钟，之后进行振动测试。静力加载试验如图l所示。图1静力加载试验Fig．1Staticloadtest利用沙袋突加荷载，沙袋质量为10kg，使其在距梁上表面200mnq左右高度自由下落，冲击梁后作为

8、附加质量随梁振动，激振位置距跨中约500rain，见图2。试验工况共7种，即加载前的完好状态和6级加载后的损伤状态，每种工况进行振动测试3—5次，取各次分析结果的平均值作为该工况的最终分析结果。图2沙袋法突加荷载试验Fig．2Suddenlyappliedloadwithasandbag2试验数据分析2．1振动信号的处理试验中采用的速度拾振器采样频率为l000ttz，由于收集到的信号长度较大而且振动幅值最终是逐渐变小，因此对数据的处理可以直接采用数字滤波。本论文中采用低通滤波器，以滤除测试信号中的噪声或者虚假信号，达到提高信噪比的目的【10’。从图3可

9、以看出，直接利用滤波后的全部数据进行处理，必然会产生大量的无效值。因此，为了便于数据研究，使所