面向結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估的監(jiān)測(cè)信息多尺度分析方法研究.pdf

1、在重大工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和狀態(tài)評(píng)估過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的不可知因素要比在實(shí)驗(yàn)室或數(shù)值模擬復(fù)雜得多，因而獲得穩(wěn)定可靠、規(guī)范化的數(shù)據(jù)用作結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估至關(guān)重要。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有較為深入的認(rèn)識(shí)和理解。本文以香港青馬大橋和江蘇潤(rùn)揚(yáng)大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為研究背景，較為深入地分析、揭示了從橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多尺度特征及其物理意義，并在此基礎(chǔ)上探討了橋梁結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)評(píng)估中的若干關(guān)鍵問(wèn)題。 通過(guò)對(duì)來(lái)自青馬大橋和潤(rùn)揚(yáng)

2、大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)信息的大量考察，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)在三個(gè)典型的時(shí)間尺度上表現(xiàn)為不同的特征，頻域上的理論和數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步表明，這三個(gè)時(shí)間尺度的應(yīng)變信息所對(duì)應(yīng)的截止頻率分別屬于三個(gè)不同量級(jí)，因而可以通過(guò)專門的信號(hào)處理方法分離開來(lái)。對(duì)應(yīng)于數(shù)量級(jí)分別為105sec、103sec和100sec這三個(gè)典型時(shí)間尺度的三類應(yīng)變信息分別為截止頻率fc,3=O10-2)Hz的溫度變形的趨勢(shì)性變化、fc,2=O(10-1)Hz的火車載荷導(dǎo)致的

3、應(yīng)變響應(yīng)和fc,3=O(100)Hz的重車過(guò)橋時(shí)引起的應(yīng)變響應(yīng)。 基于多分辨分析理論與上述動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)變信息的多尺度特征之間的相似性，利用小波方法對(duì)具有不同時(shí)間尺度特征的三類應(yīng)變信息進(jìn)行了分離和逐個(gè)提取。給出了小波分解的層次確定方式和小波方法分離信息的流程；提出了針對(duì)不同尺度的小波系數(shù)閾值確定的“控制發(fā)生概率方法”(簡(jiǎn)稱p方法)和“控制噪聲方法”(簡(jiǎn)稱n方法)，分別適用于提取103sec和100sec量級(jí)的典型時(shí)間尺度下的火車載荷

4、相關(guān)部分應(yīng)變(應(yīng)變類型2)和卡車相關(guān)的應(yīng)變抖動(dòng)(應(yīng)變類型3)；進(jìn)而給出了小波提取算法的流程。研究結(jié)果表明，作者給出的基于小波理論的動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)信息處理方法能夠有效地將具有不同時(shí)間尺度特征的應(yīng)變信息進(jìn)行分離，分離后的數(shù)據(jù)能夠更清楚地比較不同類型大跨橋梁、不同類型傳感器之間的異同；本文給出的小波域閾值處理方法能夠?qū)⒕哂胁煌瑫r(shí)間尺度特征的應(yīng)變信息準(zhǔn)確并精確地逐個(gè)提取，在足夠精確地復(fù)原所需信息的同時(shí)極大地壓縮數(shù)據(jù)。 為了方便于對(duì)小波分析

5、甚至信號(hào)處理不了解的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理和分析者們使用于分析數(shù)據(jù)，文中進(jìn)一步研究并給出了一個(gè)能夠在一定程度上替代小波變換的簡(jiǎn)便實(shí)用的多尺度信息分離方法，其主要步驟為“平均-插值-扣除(Average，Interpolate&Take-out)”，簡(jiǎn)記為AIT法。通過(guò)將該方法與小波方法進(jìn)行對(duì)比和考察截?cái)嘈Ч?yàn)證了其有效性。該方法的使用比小波方法簡(jiǎn)便、靈活，若輔以直接時(shí)域閾值處理也能實(shí)現(xiàn)不同尺度特征應(yīng)變信息的提取。 在對(duì)應(yīng)變監(jiān)測(cè)信息的

6、多尺度特征及其分析處理方法研究的基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步研究了大跨橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力譜分布、三種時(shí)間尺度特征應(yīng)變信息的相互影響及高頻噪聲對(duì)應(yīng)力譜和疲勞狀態(tài)評(píng)估的影響。證明了用于疲勞應(yīng)力譜統(tǒng)計(jì)的雨流計(jì)數(shù)法的一個(gè)重要性質(zhì)；研究結(jié)果表明，已有的一些雨流計(jì)數(shù)應(yīng)力幅密度函數(shù)的形式和計(jì)算公式不適合用于分析大跨橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出的應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；屬于不同時(shí)間尺度的三類應(yīng)變?cè)谟?jì)算疲勞損傷狀態(tài)時(shí)不會(huì)發(fā)生耦合作用；但噪聲會(huì)與較大尺度的應(yīng)變發(fā)生耦合作用，使得應(yīng)變幅