基于運行模態(tài)的橋梁結構損傷識別對比研究.pdf

1、如何從海量數(shù)據(jù)中獲取結構的特征信息，判斷橋梁結構的運營狀況是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務。其中，有限測點下的傳感器優(yōu)化布置是基礎，環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)識別是核心，損傷識別方法則是關鍵。本文圍繞這三個橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的共性關鍵問題，開展深入系統(tǒng)的研究、開發(fā)及應用。
　　傳感器優(yōu)化部分，主要闡述8種經典傳感器優(yōu)化算法的基本思想，系統(tǒng)梳理各算法的技術特點和計算流程，總結各算法之間的演變及聯(lián)系，并集成開發(fā)軟件，為模態(tài)識別提供基礎；模態(tài)識別部

2、分，詳細介紹兩種信號預處理方法和6種運行模態(tài)參數(shù)識別方法的基本理論、歸納總結各算法的技術特點和數(shù)值計算方法，以各種算法的數(shù)值分析手段為出發(fā)點，探討不同算法的識別精度、適用范圍，以及抗噪水平。損傷識別部分，深入研究基于模態(tài)的損傷識別方法，主要包括基于頻率、基于曲率模態(tài)和基于柔度矩陣的損傷識別方法，探討各種損傷指標的使用范圍以及抗噪水平。
　　目前，還沒有成套的健康監(jiān)測數(shù)據(jù)分析軟件，少有的幾個商業(yè)軟件均為黑箱模式、不能定制；更為關鍵的

3、是，它們需要人工干預，不能滿足橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)集成化、自動化、實時化的要求。為此，本文以 MATLAB為平臺，集成開發(fā)模態(tài)分析工具箱和損傷識別工具箱。模態(tài)識別工具箱功能涵蓋6種經典的模態(tài)識別算法，并針對不同算法增設參數(shù)調試功能，能夠進行實時模態(tài)參數(shù)識別。損傷識別工具箱涵蓋了基于頻率、基于曲率模態(tài)和基于柔度矩陣三大類的損傷指標計算功能，簡潔直觀地顯示結構損傷位置。用戶可以直接使用模態(tài)分析工具箱進行實時模態(tài)分析和研究，利用損傷識別工具箱判斷

4、結構的損傷位置。
　　最后對一座三跨連續(xù)剛構的數(shù)值模型通過8種傳感器優(yōu)化布置算法進行傳感器優(yōu)化布設，并針對3種混合算法的影響因素進行參數(shù)化分析，結果表明EI法效果最差，逐步消減法效果最穩(wěn)定，混合算法的性能與參數(shù)的選取有關；采用6種模態(tài)識別算法進行模態(tài)識別，結果表明，模態(tài)識別方法中，F(xiàn)DD法抗噪性最好，SSI法和ERA法識別精度最高。通過損傷識別的計算發(fā)現(xiàn)，損傷指標 MFC的抗噪性最好。為進一步驗證程序的可靠性和適用性，利用模態(tài)分析