橋梁損傷識別

1、橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測與識別技術(shù)研究綜述橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測與識別技術(shù)研究綜述摘要：摘要：隨著橋梁建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的形式和功能也日趨復(fù)雜，橋梁的修補(bǔ)和加固也越來越受到關(guān)注。橋梁建成通車后，由于受氣候、環(huán)境因素以及人為因素的影響，結(jié)構(gòu)材料會被腐蝕和逐漸老化，長期的靜、動力荷載作用，使其強(qiáng)度和剛度隨著時間的增加而降低。這不僅會更會使橋梁的使用壽命縮短，更嚴(yán)重的會影響交通行車安全，危機(jī)人的生命。橋梁結(jié)構(gòu)的檢測、監(jiān)測作為結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護(hù)、正常使用

2、的保證措施之一受到關(guān)注，如何對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢測和安全監(jiān)測也已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界研究的熱點。本文主要研究橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法的發(fā)展和應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別引言：引言：橋梁結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代交通系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運(yùn)營關(guān)系著國家財產(chǎn)和人民生命的安全，以及社會穩(wěn)定。國內(nèi)外橋梁垮塌事件屢屢發(fā)生，如，1999年重慶彩虹橋垮塌、2004年遼寧盤錦大橋垮塌、2006年廣東深汕高速公路橋梁垮塌、2007年中國廣東佛山九江大

3、橋垮塌、2008年云南曲靖獨木水庫孫家馬場大橋垮塌、2009年黑龍江省哈伊公路鐵力路段西大橋垮塌等事件，嚴(yán)重威脅著國家財產(chǎn)和人民生命的安全、嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和穩(wěn)定。因此，為保證橋梁結(jié)構(gòu)安全與健康的運(yùn)營，確保人民生命、國家財產(chǎn)的安全，對橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別提出了越來越高的要求，結(jié)構(gòu)損傷識別方法和技術(shù)的研究已成為業(yè)界的研究重點和熱點一、一、結(jié)構(gòu)損傷識別理論結(jié)構(gòu)損傷識別理論目前結(jié)構(gòu)的損傷識別常用的方法有如下幾類，1）靜態(tài)識別法：基于靜態(tài)測

4、試數(shù)據(jù)，施加的主要是靜力荷載；2）動態(tài)識別法：基于振型、振型曲率、結(jié)構(gòu)固有頻率、結(jié)構(gòu)柔度、頻響函數(shù)等動力特性變化的識別方法；3）智能識別法：利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、小波變換屬于智智能識別法。橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的主要任務(wù)就是通過實際測量數(shù)據(jù)，對結(jié)構(gòu)是否有損傷、損傷種類、損傷位置、損傷程度等做出準(zhǔn)確、合理的判斷。橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識別方法大致可分為局部法和整體法兩大類。橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別局部檢測法具有目標(biāo)針對性強(qiáng)，檢測結(jié)果具體、準(zhǔn)確等優(yōu)點；同時也存

5、在需要預(yù)先知道損傷部位，且受檢測部位的測試條件限制較大，無法對大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測等不足。橋梁結(jié)構(gòu)整體損傷識別主要是通過對橋梁結(jié)構(gòu)特征點數(shù)據(jù)（位移、應(yīng)變、內(nèi)力、頻率和振型等）的檢測，并結(jié)合結(jié)構(gòu)自身的力學(xué)特點，來對整個橋梁結(jié)構(gòu)的損傷狀況進(jìn)行評估的一種方法，整體法可分為靜態(tài)識別法和動態(tài)識別法。整體法中因動態(tài)識別方法具有現(xiàn)場工作量小，實驗時間短，經(jīng)濟(jì)代價低，也可以實現(xiàn)實時、在線監(jiān)測等優(yōu)點，以動態(tài)識別方法為主。安寧，夏禾，戰(zhàn)家旺在《基于參數(shù)不確

6、定列車作用下橋梁振動響應(yīng)的橋梁損傷識別研究》一文中提出了當(dāng)車輛某參數(shù)值不確定時基于橋梁在線振動響應(yīng)的橋梁損傷識別方法。基于列車橋梁耦合振動模型和響應(yīng)靈敏度方法，利用橋梁的在線響應(yīng)進(jìn)行損傷識別。通過計算損傷識別結(jié)果對隨機(jī)車輛參數(shù)的靈敏度并由此得到損傷因子的數(shù)學(xué)期望及方差，進(jìn)一步得到各單元的損傷因子可能分布區(qū)間，并進(jìn)行了算例研究。得出了如下結(jié)論：(1)當(dāng)某車輛參數(shù)值不確定且其不確定度較小時，基于橋梁在線振動響應(yīng)的橋梁損傷識別靈敏度方法仍然是

7、可行的。(2)實際應(yīng)用中可給定車輛某參數(shù)值的不確定度，據(jù)此得到各個單元識別損傷因子的分布區(qū)間，這更方便判斷橋梁某處的實際情況。(3)車體質(zhì)量、一系豎向剛度和阻尼對識別結(jié)果影響較大，而轉(zhuǎn)向架和輪對質(zhì)量、二系豎向剛度和阻尼對識別結(jié)果影響較小。(4)隨機(jī)參數(shù)可能會導(dǎo)致識別出虛假損傷位置，所以在實際應(yīng)用中需要判斷識別出的損傷位置是否為虛假損傷位置，并盡量減少參數(shù)的誤差，特別是一系豎向剛度等對損傷位置識別影響比較大的參數(shù)的誤差，以便得到更準(zhǔn)確的識

8、別結(jié)果。這三位學(xué)者在另一篇論文《一種利用車激橋梁響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)識別橋梁損傷的方法》中，提出一種利用車激橋梁響應(yīng)互相關(guān)函數(shù)靈敏度識別橋梁損傷的方法，通過記錄設(shè)置在橋梁上的兩個測點的加速度響應(yīng)，比較橋梁損傷前后兩點響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)的變化值，使用靈敏度方法來識別橋梁損傷通過算例對橋梁損傷進(jìn)行了識別，并與使用響應(yīng)靈敏度方法得到的識別結(jié)果進(jìn)行了對比結(jié)果表明，使用互相關(guān)函數(shù)靈敏度方法可以提高識別結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且計算較簡單，收斂速度較快，同時能夠

9、很大程度地抑制測點的高水平噪聲，對橋梁多單元損傷也有較好的識別結(jié)果。戰(zhàn)家旺，夏禾，張楠三位學(xué)者在《基于在線振動響應(yīng)的橋梁損傷識別方法》一文中選用橋梁單元的剛度下降率作為損傷因子?；阼F路列車橋梁耦合振動模型，計算橋梁在線振動響應(yīng)對損傷因子的靈敏度并構(gòu)建靈敏度矩陣，以結(jié)構(gòu)不同狀態(tài)下的響應(yīng)殘差為約束條件建立靈敏度方程，用Tikhonov正則化方法求解靈敏度方程得到各單元的損傷因子，實現(xiàn)對橋梁損傷的定位和定量評估。應(yīng)用該識別方法對簡支梁橋和兩

10、跨連續(xù)梁橋的識別結(jié)果表明：該識別方法對測點位置不敏感，可根據(jù)梁上任意一個測點的響應(yīng)準(zhǔn)確確定損傷位置及損傷程度；不但能識別橋梁的絕對損傷，而且能識別橋梁的損傷增量，即相對損傷；抗噪能力較強(qiáng)，即使噪聲水平達(dá)到1O%，也能正確識別出5%以上的損傷，但對5%以下小幅損傷可能會有誤判。南昌大學(xué)建筑工程學(xué)張純，宋固全兩位學(xué)者在《去噪正則化模型修正方法在橋梁損傷識別中的應(yīng)用》中，以傳統(tǒng)基于靈敏度分析的有限元模型修正方法為基礎(chǔ)，提出一種結(jié)合小波去噪過程

11、的正則化模型修正損傷識別方法。為改進(jìn)模型修正方法損傷識別效果，一方面利用有損結(jié)構(gòu)模態(tài)與模態(tài)噪聲的波形在時頻域內(nèi)的差異，以結(jié)構(gòu)有限元模型為基準(zhǔn)，對實測模態(tài)差進(jìn)行小波去噪處理，并利用修正后的模態(tài)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；一方面采用正則化方法改善反問題求解的非適定性。由于從輸入數(shù)據(jù)和求解過程兩方面同時改善了結(jié)構(gòu)損傷識別反問題的求解，因此可以有效抑制實測模態(tài)參數(shù)中噪聲的影響，正確識別結(jié)構(gòu)損傷。以連續(xù)梁橋模型為例的損傷識別數(shù)值模擬表明，所提出方法在保持識別算