基于動力測試的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別及性能評定理論與應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)量巨大的既有橋梁不同程度地存在損傷與病害，且日益嚴(yán)重，為保證此類橋梁的安全運(yùn)營并降低總體養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，如何及時(shí)有效地進(jìn)行損傷識別與評定已成為橋梁工程領(lǐng)域面臨的重要課題?；趧恿y試的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別與評定因其方便、快捷、可實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的工程特性，針對動力法損傷識別與評定進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作： 1、分析總結(jié)各類橋梁結(jié)構(gòu)的常見損傷，討論損傷單元參數(shù)化的方法及其影響，并選取彈性模量退降因子作為待

2、識別的損傷參數(shù)。采用矩陣攝動理論分析橋梁結(jié)構(gòu)損傷對橋跨結(jié)構(gòu)固有振動特性的影響，推導(dǎo)固有頻率、振型向量對結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)的一階、二階攝動解析公式。并對典型的簡支梁、連續(xù)梁、拱結(jié)構(gòu)采用數(shù)值分析的方法分析典型損傷對橋跨結(jié)構(gòu)固有振動特性的影響。同時(shí)介紹了橋梁結(jié)構(gòu)的動力測試?yán)碚撆c方法，為橋梁結(jié)構(gòu)的動力法損傷識別與評定提供了有效的先驗(yàn)知識。 2、分析實(shí)際橋梁的邊界支承狀況，并通過解析分析以及實(shí)橋測試、計(jì)算分析表明，相對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件輕微損傷對固有振

3、動特性的影響，橋梁結(jié)構(gòu)邊界條件變異的影響更為顯著。因而提出既有橋梁的動力法損傷識別必須考慮邊界條件變異的影響。針對邊界條件變異的影響，提出基于固有頻率、振型向量攝動分析與最小二乘優(yōu)化算法相結(jié)合的邊界條件變異反演理論方法。在邊界條件變異反演理論方法的基礎(chǔ)上，針對拱橋豎直吊桿的病害問題提出基于邊界條件反演的吊桿損傷識別理論方法。并分別用數(shù)值算例驗(yàn)證了反演方法識別精度高，且計(jì)算量較小。 3、針對通常的橋梁結(jié)構(gòu)損傷，在考慮邊界條件變異的

4、預(yù)識別之后，分別采用先損傷定位后優(yōu)化反演分步損傷識別法及損傷參數(shù)分組優(yōu)化反演識別法來實(shí)現(xiàn)橋跨結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)以及邊界條件變異參數(shù)的反演。前者采用單元模態(tài)應(yīng)變能變化率(MSECR)進(jìn)行損傷預(yù)定位以降低待識別損傷參數(shù)數(shù)目，后者以參數(shù)分組來降低待識別參數(shù)，并用參數(shù)細(xì)分的方法來細(xì)化識別損傷參數(shù)。兩者均采用Marquardt形式下的非線性最小二乘法或改進(jìn)的Powell法進(jìn)行優(yōu)化反演。針對所提出的考慮邊界條件變異的結(jié)構(gòu)損傷識別理論方法，提出相應(yīng)的測點(diǎn)優(yōu)

5、化布置方法，基于Matlab平臺編制相應(yīng)的損傷識別程序，并以一連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的損傷數(shù)值模擬分析驗(yàn)證了識別方法具有良好的識別精度。 4、對于橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際動力測試中的測試誤差問題，分別以解析法和數(shù)值模擬法來分析確定性動力測試誤差對損傷識別方法的影響狀況。結(jié)果表明：測試誤差明顯降低損傷識別的識別精度，甚至造成誤判。進(jìn)而分析在動力測試設(shè)備選擇、測試方法及信號處理中降低測試誤差的方法。 5、分析橋梁結(jié)構(gòu)性能評定現(xiàn)狀，提出基于本文動力