基于移動荷載作用下結構響應及小波分析的橋梁損傷診斷研究.pdf

1、本文是基于國家重點基礎研究發(fā)展計劃973項目（項目編號:2013CB036203）和國家自然科學基金項目《基于車橋耦合振動分析的橋梁損傷診斷方法研究》(項目編號:51078029)的研究成果之一。
　　橋梁結構在服役中會出現損傷病害從而影響其使用壽命和行車安全，這就使得研究損傷橋梁的動力特性以及對橋梁結構及時進行損傷診斷尤為必要。在傳統(tǒng)的各種基于振動理論的無損檢測技術中，存在著各種缺陷，如較難獲得精準的測試數據，或是需要暫時中斷交

2、通等。如何對橋梁結構進行快速有效的損傷識別成為目前工程界關注的課題之一。
　　本文研究了損傷橋梁的動力特性，用基于小波分析的方法識別出結構損傷，并進行了試驗驗證，主要研究內容和創(chuàng)新成果如下:
　　(1)在比較了幾種常用的損傷模型的基礎上，以扭轉彈簧模型模擬橋梁的裂縫損傷，用結構動力學運動方程對裂縫橋梁進行模態(tài)分析，研究了損傷橋梁的模態(tài)特性，如自振頻率、振型等。理論推導了裂縫損傷梁在移動力和移動質量作用下的動力響應，通過數值算

3、例，研究了在不同荷載大小和荷載速度等因素下損傷梁的動力特性。推導了移動質量和輪對-簧上質量兩種模型下簡支梁有載頻率的數值求解方法。
　　(2)在介紹了小波理論的基礎上，探討了基于結構模態(tài)和連續(xù)小波變換的橋梁損傷識別方法。以損傷結構的位移模態(tài)為輸入，對其進行連續(xù)小波變換，用小波系數灰度圖和小波系數模極大值軌跡圖識別出損傷位置，并利用可以評價信號奇異性特征的Lipschitz指數來評價損傷程度。考察了不同損傷程度、多損傷位置的識別、不

4、同模態(tài)階數、稀疏布置測點以及噪聲的影響，比較了Euler梁和Timoshenko梁的損傷識別結果的異同。
　　(3)用位移互等定理和影響線理論證明了移動荷載作用下結構的位移時程在荷載通過損傷位置時存在奇異性。提出了基于移動荷載作用下結構響應的損傷識別方法。以移動荷載通過橋梁時梁上某一測點的位移響應時程為輸入，對其進行連續(xù)小波變換，通過小波系數灰度圖和小波系數模極大值軌跡圖識別損傷的位置，并用Lipschitz指數評價損傷程度。通過

5、數值算例研究了該損傷識別方法的有效性，考察了不同程度損傷、多位置損傷下的損傷識別，研究了不同測點位置、荷載速度以及荷載大小等因素對識別結果的影響。此外，用一個模型試驗對該損傷識別方法進行驗證，試驗結果表明該方法具有很好的實用性。
　　(4)將曲率模態(tài)差法應用到識別空間結構的損傷中，提出了基于曲率模態(tài)差的系桿拱橋吊桿損傷識別方法?？疾靸蓚€吊桿面內各個吊桿與拱橋主梁結合點，對其正對稱和反對稱豎向彎曲的曲率模態(tài)差進行分析，通過綜合比對，