[博士]基于動力測試的橋梁結構損傷識別

內容簡介

　　[博士]基于動力測試的橋梁結構損傷識別　　學科專業(yè):橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：長安大學　　學位年度：2008　　橋梁是交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分，橋梁結構的健康狀態(tài)是交通運輸系統(tǒng)正常運轉的前提。橋梁結構在其服役期間，由于受到荷載、環(huán)境腐蝕及自然災害等作用，損傷不可避免。一旦損傷達到一定程度，將導致橋梁結構發(fā)生破壞，對國民經濟和人民的生命財產安全造成巨大的損失.因此，對橋梁結構進行健康監(jiān)測研究，有重要的理論意義和實用價值?！　? 結構損傷識別方法是橋梁結構健康監(jiān)測的基礎和重要組成部分，近年來人們一直試圖尋找能夠適用于橋梁結構的損傷識別方法。基于動力測試的結構損傷識別方法是目前國內外研究的熱點。雖然該方法的研究已經取得了很大的進展，提出了很多的損傷識別理論和方法，但是由于受到人們認識水平、試驗測試技術和現(xiàn)場條件的限制，使得基于動力測試的結構損傷識別的研究仍然進展緩慢，存在很多問題，目前也難以有效應用于工程實踐。因此，研究能適合工程實際應用，并且損傷識別結果可靠準確的結構損傷識別方法具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文在現(xiàn)有結構損傷識別方法的基礎上，針對目前研究中存在的問題，對橋梁結構損傷識別方法進行了研究，主要內容如下:　　 1.在對現(xiàn)有傳感器優(yōu)化布置方法分析比較的基礎上，針對傳統(tǒng)方法的不足，提出了基于能量系數(shù)一有效獨立的傳感器優(yōu)化布置方法.本文所提出的傳感器優(yōu)化布置方法是以反映節(jié)點自由度模態(tài)應變能的系數(shù)來修正反映最大線性無關的有效獨立法，使傳感器布置方案進一步綜合優(yōu)化。以簡支鋼析架梁橋為數(shù)值算例對本文方法進行驗證，所得的方案用多種準則進行評價的結果都較好，既能保證測量振型向量的正交性，又能保證擴階振型的準確性，并且有較強的抗噪聲能力，是一種適合橋梁結構的較為理想的傳感器優(yōu)化布置方法。　　 2.在討論常用于結構損傷識別的幾個指標的基礎上，提出了基于灰關聯(lián)曲率絕對差的損傷識別指標。該指標對結構損傷具有很高的靈敏度，而且僅需低階模態(tài)信息即可獲得很好的識別效果。同時，在灰關聯(lián)曲率絕對差指標的基礎上，本文采用分步識別法和多樣本平均處理法，用來解決測試模態(tài)不完整和測試噪聲問題。算例分析表明，本文提出的損傷指標能較好的識別出結構損傷，并具有一定的抗噪聲能力?！　? 3.在介紹反問題和模型修正方法的基礎上，利用坐標模態(tài)保證準則和頻率構建優(yōu)化目標函數(shù)，提出了基于克隆選擇算法的損傷識別方法，克服了傳統(tǒng)優(yōu)化算法在計算中碰到由于梯度矩陣病態(tài)或奇異而使計算無法完成的現(xiàn)象，提高了計算效率。對簡支鋼析架梁橋中設定的損傷進行了識別研究，結果表明本文提出的方法能明確的識別出結構的損傷位置及程度，而且具有較好的抗噪聲能力，適合于實際工程應用?！　? 4.提出了基于集成神經網(wǎng)絡的結構多級損傷識別方法，采用分階段改進參數(shù)作為網(wǎng)絡的輸入?yún)?shù)，分步實現(xiàn)對損傷的報警、定位和程度識別，克服了單個神經網(wǎng)絡功能的單一局限性，增強了網(wǎng)絡的泛化能力、降低了網(wǎng)絡規(guī)模、減少了網(wǎng)絡的訓練樣本集和訓練時間。數(shù)值模擬的結果表明，本文提出的基于集成神經網(wǎng)絡的結構多級損傷識別方法是有效的，而且具有一定的抗噪聲的能力?！　? 5.在金水溝特大橋竣工動載試驗的基礎上，確立了大橋的健康基本狀態(tài)。依托鐵道部科學研究院金水溝特大橋健康監(jiān)測課題，結合金水溝特大橋自身結構特點，對其健康監(jiān)測實施方案進行了設計。采用本文提出的三種損傷識別方法對金水溝特大橋主梁關鍵位置所設定的損傷進行無噪聲情況下的識別研究，比較了三種方法的優(yōu)缺點?！　? 6.在介紹傳統(tǒng)橋梁綜合評估方法的基礎上，將可拓理論應用于實際橋梁工程之中，提出了基于組合權重的區(qū)間可拓評價理論，建立了橋梁狀態(tài)等級評定模型。工程實例表明，本文所提出的評價模型能夠對橋梁狀態(tài)進行客觀、可靠的評價。

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