连续钢桁梁桥的损伤诊断分析.pdf

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1、第27卷第2期华中科技大学学报(城市科学版)V01．27No．22010年6月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Jun．2010连续钢桁梁桥的损伤诊断分析魏保立，董晓马，魏锦辉(1．郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院，河南郑州450015)摘要：现阶段的桥梁结构健康监测已经从理论分析转到实际应用，对于桥梁监测来说，桥梁的损伤诊断特别是旧桥(或服役桥梁)的损伤诊断是其重要的组成部分。桥梁结构所处的环境比较复杂，其自身受环境影响又比较大，探究一种合理的、可行的桥梁结构损伤诊断方

2、法成为当务之急。本文针对芜湖长江大桥连续钢桁梁桥部分进行动力特性分析，结合神经网络以频率和振型动力特性参数对连续钢桁梁进行了损伤辨识、损伤定位和损伤标定，并对损伤诊断结果进行了讨论，指出三阶段诊断方法在复杂桥梁损伤诊断中具有诊断概念明确、操作简便、实际可行性的现实意义。关键词：连续钢桁梁桥；动力特性；神经网络；损伤诊断中图分类号：U446文献标识码：A文章编号：1672~037(2010)02-0063-04桥梁结构的损伤诊断对于桥梁的耐久性和安设在主桁节点处，纵梁间距2．3～2．75m。桥面全性具有

3、重要作用，而基于振动的神经网络损伤系均采用工型构件，公路横梁高1356mm，纵梁高诊断技术¨在近年来得到了飞速的发展和应1076mm；铁路横梁高2161lTlm，纵梁高14801Tim。用，国内的许多研究者对桥梁的检测技术进行过公路桥面板通过M22剪力键栓钉与主桁上弦杆前期理论研究。这几年规模较大的桥梁都进行了及公路纵横梁上翼缘相结合，结构简图如图1所损伤检测研究，如青马大桥、汲水门大桥和润扬长示。江大桥等，并在损伤检测的基础上准备进行长期实时监测。对于监测系统的设计和结构安全评2结构的损伤辨识价川也

4、随之应运而生，长期实时监测系统必定要以损伤诊断或状态评估为基础，只有对桥梁结本文建立了面向损伤检测的三维有限元模构健康状态合理的评估才能使投资巨大的监测系型，对桥梁结构进行数值模拟研究。该三维有限统发挥有效的作用。本文以连续钢桁梁桥为例，元模型应用环境振动实测结果进行了多方面对损伤诊断进行研究，旨在探究一种方便可行的校正，保证了模型能够较准确地反映实际结构的桥梁诊断方法。动力学特性，然后，基于校正后的有限模型计算了健康结构的动力桴陛和模拟了多种损伤情况下的1连续钢桁梁桥简介动力特性。由于桥梁结构包含上

5、千多个构件，直接识别具体的损伤构件是困难的，因此，采用了三本文引用文献[9]中的板桁结合式连续钢桁阶段分步识别策略。首先诊断结构是否发生了损梁结构，桁高14in，桁宽12．5m，节间长度12m，伤；如果发生了损伤，则确定损伤发生的区域。最采用无竖杆的三角形桁式，在支点处设置强劲的后，以损伤区段为研究对象，指出具体的损伤构件桥门架，不设中间横联，杆件采用焊接整体节点连和损伤程度。为此，根据连续梁的结构特点，以两接。连续钢桁梁下层为双线铁路，上层为4车道个节间作为一个区段，将桥梁结构划分为18个区公路桥面

6、，两侧设1．8m人行道，公路桥面宽21．段，如图1所示。71TI。公路桥面系为纵横梁体系，横梁间距121TI，收稿日期：2009~1-01作者简介：魏保立(1978一)，男，河南郑州人，讲师，硕士，研究方向为桥梁结构健康监测与损伤诊断,ciilblwei@163．。。。基金项目：中国航空工业第一集团公司航空科学基金(2008ZA55004)。·64·华中科技大学学报(城市科学版)2010芷区段1区段2区段3一区段l6区段17区段18E247群图1连续梁桥区段划分和节点编号网络训练阶段，输入向量由健康结

7、构的若个相互独立的、正态分布的随机序列数来模拟实干自振频率组成，一般为由多次测量而获得的向测数据，即：量序列。输出目标Y定义如下Y=Yi(1+尺)(5)Y=(—mf)OL+m(1)式中，Y为考虑误差后的测量数据；Yi为未损伤式中，为正常数为输入向量厂的第i个元素；或某一损伤模式类的理论分析模态参数；R是均为的平均值。值为0、偏差为1的正态分布随机数；占为范围属网络训练完成后，将训练用的输入向量厂再于[0，1]的随机数。次输人上面已经训练好的网络，其输出记为Y，每个损伤模式样本及无损伤模式样本都随机于是

8、训练阶段奇异指标定义如下：产生200个测量数据，每个样本的输出按照式(1)计算，形成一系列样本数据集。其中训练神经网络的训练样本集采用无损伤的模式产生的A(Y)=(2)200个数据，而检验神经网络的检验样本则用18在检测阶段，检测数据作为新的输入模式个损伤模式样本产生的样本集，每个样本集有输入给训练好的网络，记产生的输出为Y，相应200个数据。的得到检测阶段的奇异指标神经网络的网络结构采用三层BP网络。因为本文所构造的神经网络输入向量为大桥模型前八阶频率