基于虛擬變形的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是保證橋梁服役安全的重要手段。它通過傳感器測量環(huán)境信息和結(jié)構(gòu)響應(yīng)，來監(jiān)測結(jié)構(gòu)的安全狀況。橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別則是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的核心問題之一。本文引入虛擬變形法(VDM)來提高橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的計(jì)算效率，通過對其進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確的損傷定位和損傷定量，并對某實(shí)際大橋的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步分析，主要工作內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)研究了基于靜力虛擬變形的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法。首先基于VDM的基本原理，推導(dǎo)了損傷因子與虛擬變

2、形的關(guān)系;其次，建立模擬損傷應(yīng)變與實(shí)際損傷應(yīng)變的目標(biāo)函數(shù)，并利用序列二次規(guī)劃(SQP)算法優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，在平面桁架橋梁模型算例中實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)損傷識別的快速計(jì)算;最后以某實(shí)際大橋有限元模型為例，對其吊桿的損傷識別進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。通過基于恒荷載的實(shí)時(shí)監(jiān)測和基于車輛靜荷載的定期檢測兩種工況，驗(yàn)證了該方法能夠大大提高計(jì)算效率，并快速準(zhǔn)確地識別出損傷發(fā)生的位置和程度。
　　(2)研究了基于動(dòng)力虛擬變形的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法。和靜力VDM不

3、同，動(dòng)力VDM比較復(fù)雜，損傷因子、影響矩陣、虛擬變形等都需要重新推導(dǎo)和建立。首先基于動(dòng)力VDM的理論，構(gòu)造以損傷因子為變量的模擬損傷應(yīng)變的函數(shù);其次，為實(shí)現(xiàn)損傷識別，建立模擬損傷應(yīng)變和實(shí)測損傷應(yīng)變的目標(biāo)函數(shù)，并使用序列二次規(guī)劃算法和遺傳算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化;最后利用平面桁架模型算例進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬分為單損傷和多損傷，無噪聲和有噪聲的不同工況。結(jié)果表明:SQP算法在抗噪性較差，不能識別有噪聲情況下的結(jié)構(gòu)損傷。而遺傳算法抗噪性較好，即使

4、在噪聲環(huán)境下也能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)損傷定位和定量。
　　(3)根據(jù)設(shè)計(jì)方案和工程實(shí)際，建立了伯官大橋監(jiān)測系統(tǒng)。并對大橋監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步的統(tǒng)計(jì)分析。將結(jié)構(gòu)實(shí)測模態(tài)和理論模態(tài)進(jìn)行了對比分析，得出大橋剛度較好，而有限元模型需要進(jìn)行修正的結(jié)論;對橋梁重要的控制荷載-風(fēng)荷載進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，將風(fēng)速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的十分鐘最大平均風(fēng)速;研究了溫度應(yīng)變的變化規(guī)律以及其對結(jié)構(gòu)應(yīng)變的影響;推導(dǎo)了GPS橋梁坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，分析了GPS測點(diǎn)的位移變化。通