基于柔度矩阵的结构损伤识别方法

由于实际工程应用中高阶模态振型及频率较难测量,而柔度矩阵可以从低阶模态参数较精确获得,本文探讨了用柔度法对结构损伤进行识别与定位。通过对一简支梁的损伤数值模拟,采用低阶模态参数构建的柔度损伤标识量来进行损伤识别,计算结果表明:采用结构的柔度曲率对梁的损伤位置识别,既对损伤反应较敏感又可避免使用损伤前结构的模态参数;柔度曲率差值对结构损伤识别有较高的灵敏度,是较理想的损伤标识量。     

基于柔度曲率梯度的刚架拱桥损伤识别

柔度类损伤识别指标对低阶模态敏感,提出柔度曲率梯度的损伤识别指标并应用于刚架拱桥损伤识别.新指标是通过将柔度曲率矩阵在标量场中进行延拓,求取方阵标量场中心元素的梯度向量而得到.采用实际刚架拱片尺寸建立有限元模型,使用频率相对误差与模态置信准则修正结构动力模型,基于动力修正模型验证了柔度曲率梯度的损伤识别效果,并采用截尾高斯分布的误差模型验证新指标的抗误差干扰能力.研究结果表明:基于动力修正模型的损伤指标检验方法新颖、合理,截尾高斯分布模型可以更好地反映测试误差分布,柔度曲率梯度可有效识别刚架拱片单处与多处损伤,在误差水平10%时仍具较好的识别精度.基于此,本文工作可为柔度曲率梯度在较复杂结构与实际桥梁损伤识别的应用奠定基础.     

基于数据融合的大型输电铁塔结构损伤识别

对输电铁塔进行损伤识别研究,可以提高其可靠性与安全性,避免重大事故的发生.将模态柔度差和模态柔度改变率引入到输电铁塔的损伤识别研究中,在单损伤和多损伤情况下,完成了某500kV输电铁塔的损伤位置识别.为了提高结构损伤识别的准确性,在铁塔损伤识别中引入多传感器数据融合技术,提出了基于数据融合的铁塔结构损伤识别方法,将模态柔度差、模态柔度改变率和模态曲率差3种损伤指标进行数据融合处理,融合后的铁塔损伤识别结果可以克服柔度指标在多损伤工况特征不明显和误判的情况,识别效果较单一指标得到了很大的改善.     

采用应变模态柔度曲率差识别结构损伤

用随机子空间法从结构的响应信号中提取模态参数,构建模态柔度曲率差MFC进行损伤识别.通过简支梁线单元模型仿真算例,对比了位移模态与应变模态识别损伤的效果,并由实体单元模型仿真算例考察了应变信号采集位置对损伤识别效果的影响.结果表明,应变模态应用于损伤识别在抵抗噪声方面优于位移模态,但应变信号的测点需要靠近损伤的位置.     

钢管混凝土提篮拱损伤识别方法

为了对钢管混凝土提篮拱桥的损伤识别和诊断,建立了单圆管拱肋的空间有限元模型,并进行动力特性分析,利用空间曲线曲率模态差法对拱肋不同位置和不同程度的损伤工况进行识别和诊断。以一个钢管混凝土提篮拱桥作为算例,利用有限个测点和低阶振型对钢管混凝土拱肋不同位置和不同程度的损伤进行识别和诊断。研究结果表明:考虑空间效应的曲率模态差是提篮式拱桥拱肋损伤识别的有效方法,能准确识别多处损伤的情况;利用空间曲线曲率模态差法在桥梁现场布置若干测点测量的各振型位移模态能达到损伤诊断的目的;提出用空间曲线曲率模态差的变化方程对拱肋的损伤程度进行识别和诊断,适合用在钢管混凝土拱桥的健康监测系统中;空间曲线曲率模态差法通过位移自由度的退化,适合对平行拱和连续梁桥进行损伤识别和评估,具有通用性。     

基于柔度差曲率的简支梁损伤识别方法

针对土木工程结构健康监测,介绍了基于模态参数的损伤识别方法,分析依据模态参数获取结构刚度和柔度的条件,说明从一些低阶模态参数就可以获得柔度矩阵的精确估计值.提出一种利用柔度差曲率进行损伤定位与定量的新方法,通过对简支梁在不同损伤情况下的数值模拟验证了该方法的有效性,结果显示该法简单易行,具有一定的工程适用性.     

基于模态柔度理论的结构损伤诊断试验研究

利用多参考点脉冲锤击法的输入输出动力信号获取结构的模态柔度,可以对结构进行损伤识别,设计了一根钢筋混凝土简支梁和一块钢-混凝土组合板的静动力试验.对不同损伤状态下的简支梁和组合板进行了动力测试,得到其模态柔度矩阵,并用来预测结构在荷载作用下的位移.简支梁试验结果表明,随着损伤程度的加深,结构自振频率降低,阻尼比增大,柔度增大,但自振频率只能判断结构损伤的出现,模态柔度则能够综合全面地反映钢筋混凝土简支梁结构的损伤位置和损伤程度.组合板试验表明,在线弹性状态下,动力测试与静力测试获得的模态柔度矩阵相差很小.设计了支座刚度变化、连接件损伤和横向支撑破坏这3种损伤工况,并用这3种工况来模拟实际桥梁结构可能出现的损伤状况.通过对比结构损伤前后的模态柔度位移信息,成功实现了组合板的损伤识别.     

桥梁预警系统中两种损伤识别方法的对比分析

损伤识别技术是桥梁安全预警系统中的关键内容,损伤识别的方法还决定着整个系统的工作性能。通过对连续箱梁桥的仿真分析,从对损伤的灵敏性、定位的准确性以及对测试误差的抗干扰性三个方面出发,结合理论设定不同的工况对曲率模态法和柔度矩阵法进行综合的对比分析,研究了曲率模态法和柔度矩阵法在桥梁安全预警系统中的适用性问题,为桥梁安全预警系统中损伤识别方法的选择提供了依据。     

基于广义柔度曲率信息熵的梁结构损伤识别方法

广义柔度矩阵具有普通柔度矩阵的基本性质,且仅用一些低阶模态数据就可较为准确地获取,减少了截断高阶模态带来的截断误差。结合广义柔度矩阵对低阶损伤模态的敏感性与信息熵对系统非线性显著的突显作用,提出了广义柔度曲率信息熵指标。新指标以广义柔度曲率矩阵对角向量中每个元素与对角元素之和的比值作为整体概率函数,构造新的信息熵函数识别指标。使用简支梁和连续梁两种不同形式的梁结构算例对所提指标的损伤识别能力进行了分析验证,并采用服从截尾高斯分布的误差模型对所提指标的抗噪性进行分析。结果表明：广义柔度曲率信息熵指标能有效识别结构单处、对称位置处及多处损伤,且在误差不大于10%的情况下具有较好的识别精度。     

结构损伤识别的柔度差值曲率法

简支梁与悬臂梁的多个算例表明：结构损伤识别的柔度差值曲率法仅需低阶的模态参数即可获得很好的损伤识别精度，对于轻微损伤与多处同时损伤的识别也是灵敏可靠的.     

基于单元模态应变能灵敏度的结构损伤统计识别

基于单元模态应变能灵敏度,采用概率统计的方法,提出一种同时考虑模型不确定性和测试噪声影响的损伤统计识别方法。首先,建立基于单元模态应变能灵敏度分析的结构损伤方程组,然后,通过摄动法推导出损伤结构刚度参数的统计特性,并运用损伤概率模型计算各单元的损伤存在概率。最后,用一简支梁数值模拟算例验证了该方法的有效性。研究结果表明:损伤概率越大,表明存在损伤的可能性越大;损伤单元的损伤存在概率大于非损伤单元的损伤存在概率;随着损伤程度的增加,损伤存在概率不断增加,而随着噪声水平的增加,损伤存在概率减小。     

预应力混凝土组合箱梁损伤与承载力分析

为了研究结构承载力与损伤程度之间的关系,以五跨预应力混凝土组合箱梁为例,以不同部位抗弯刚度的折减来模拟不同程度的损伤,运用模态应变能法和柔度差法对结构进行了损伤诊断.在此基础上,研究了密集交通和一般交通状态,结构的损伤程度与结构承载力之间的关系.研究结果表明:对于连续组合箱梁结构,柔度差法比模态应变能法的识别效果更好;在任意交通状态,且结构损伤位置以及损伤程度相同的情况下,结构可靠度指标和承载力系数能够同时表明结构是否满足使用要求.     

Cross spectral energy method for damage assessment of the cable-stayed bridge under operational conditions

The new cross spectral energy method （CSEM） is proposed for maintaining cable-stayed bridge safety by the measurable output-only vibration response. Damage assessment of real structures is limited by a series of problems such as unknown ambient excitation forces, errors introduced by system identification, incomplete dynamic measurements, etc. Thus the methodology based on cross spectral energy of each substructure member is derived to meet these challenges. The novel damage index does not require any modal or parameter identification technology. It can be calculated directly from vibration test data. In order to evaluate the efficiency of the presented methodology, a three dimensional （3D） actual cable-stayed bridge model .with one or more damaged positions under operational conditions was studied. In order to testify the reliability of damage detection method, the response data was polluted by the random noise. It is proved that the proposed method can successfully localize all damage cases even in noisy data. With the help of examples, the CSEM can potentially be applied as a nondestructive evaluation technique （NDT） for on-line health monitoring of cable-stayed bridges with minimum disruption of its operations.     

悬索桥的损伤识别

讨论了悬索桥加劲梁的累积损伤识别。识别基于比较完好桥的初始指纹与损伤后的指纹。使用了三个基于ＦＲＦ的波形识别指标：ＷＣＣ,ＩＡＴＭ,ＩＳＡＣ与三个基于振型的识别指标：ＩＣＯＭＡＣ,柔度,和曲率模态,作为指纹来识别悬索桥加劲梁的模拟损伤,并比较了他们的识别能力。结果表明：ＩＡＴＭ和ＷＣＣ识别损伤的能力优于ＩＳＡＣ,但都不能定位损伤;柔度和曲率模态识别能力优于ＩＣＯＭＡＣ,并可以定位损伤。本文还发现应变模态具有较好的损伤识别能力。柔度、曲率和应变模态可用于安全监测系统。     

采用应变能方法定量分析输电塔损伤程度

为了解决输电塔结构的损伤识别问题,提出了基于模态应变能变化率和能量方程的两步识别方法。首先利用模态应变能变化率方法进行较为精确的损伤定位,然后引入损伤后的单元刚度矩阵,对结构模态应变能耗散率理论进行了相关的改进研究,从而推导出更精确的损伤定量方程方法。该方法只需要前几阶振型模态,不需要完备的测量信息。数值仿真的结果表明,该两步识别方法可以有效地识别出输电塔结构的损伤位置和程度。     

基于影像及小波变换的桥梁损伤识别

桥梁损伤定位和定量分析是桥梁健康监测的难点,为提高桥梁结构损伤位置识别的精度及准确性,利用位移模态对结构局部损伤的敏感特性,提出基于影像和小波变换的桥梁损伤识别新方法,通过工业相机获取悬臂梁振动形态,利用模版匹配方法提取结构动态位移响应及模态参数,对位移模态进行小波变换,建立小波系数平方差的损伤指标识别结构损伤位置。通过室内悬臂竖梁振动实验,对全域测点的振动衰减信号快速傅里叶变换成功获取了结构的模态振型,与数值模拟结果比较表明试验获得一阶固有频率最大误差为2.202%,二阶固有频率最大误差为3.182%,表明所提方法用于结构位移测量的可行性以及测量精度的可靠性;在此基础上利用小波系数平方差的明显突峰特性可准确识别结构单损伤、多损伤的存在,并能准确定位损伤位置。研究表明,所提方法可以准确识别不同位置、不同程度的单损伤和多损伤,具有远距离、非接触、高精度、高效快捷、可多点监测提升振型空间分辨率等优点,为桥梁结构全域损伤识别提供了一种新方法。     

基于风载激励下桥梁结构模态参数识别

对桥梁结构长期运营造成的损伤进行检测时,传统的模态参数识别方法需要激振设备和中断交通,不仅复杂而且易给桥梁结构造成新的损伤。依据模态参数的变化可反映损伤程度的原理,提出无需激振设备的基于风载激励下随机减量/ITD法进行模态参数识别的在线检测方法,为桥梁结构损伤识别提供一种新的途径。识别的一阶固有频率及阻尼比的相对误差仅为1.39%和2.3%。     

基于模态应变能的不同损伤指标对比

为解决工程结构的多损伤识别问题,对基于模态应变能的不同损伤指标方法进行了对比分析和研究。首先,描述了3种损伤指标,即模态应变能变化指标( MSECI)、模态应变能耗散率指标( MSECRI)和模态应变能基指标( MSEBI);然后借鉴模态应变能耗散率指标的建立原理,通过对刚度矩阵的修正,建立相应的能量等效方程,并提取了一种模态应变能等效指标( MSEEI );最后对4种应变能损伤指标进行了对比研究,并考虑了测量噪声的影响。数值仿真结果表明,模态应变能基指标可以较好地识别结构的损伤位置,模态应变能等效指标则不仅可以有效地识别结构的损伤位置,而且可以较为精确地识别结构的损伤程度。     

用粘弹性阻尼器抑制铁路钢桥车—桥共振

研究用粘弹性阻尼器抑制铁路钢桥在列车通过时车—桥共振的方法，编制了用应变能法计算加入粘弹性阻尼器后附加模态阻尼比及列车与桥梁动力相互作用的计算机程序，利用仿真计算可模拟加入粘弹性阻尼器前后列车通过时钢梁的振动情况．仿真计算初步表明用粘弹性阻尼器抑制由于列车提速使中小跨度钢梁振动过大是有效的     

基于导波模态分析的高强钢丝腐蚀评估

为提高桥梁缆索损伤声发射监测的精度和可靠度,将小波变换的用于导波模态分析,提出了基于导波模态特征的高强钢丝腐蚀评估方法。通过有限元方法模拟多模态导波在索内单根高强钢丝中的传播过程,采用小波变换对节点振动加速度信号进行模态分析,并与柱波导理论时频曲线对比。通过在不同腐蚀程度高强钢丝上进行导波传播实验,分析了腐蚀损伤对导波模态特征的影响,并根据导波模态的频率分布特征构建评估指标,进行腐蚀评估。结果表明：有限元节点不同方向振动所包含的模态存在差异,数值计算结果与理论值吻合较好。高阶纵向导波频率更高,能量衰减更快,波形在反射过程中迅速消失。随腐蚀程度增加,高频高阶导波衰减严重,导波模态逐渐向低频低阶转移。基于导波模态特征的评估指标随腐蚀程度的增加单调上升,理想情况下,腐蚀率在7.6%以内的高强钢丝腐蚀损伤均可被有效识别。可见小波变换能够有效提取导波模态特征,基于导波模态特征构建评估指标可有效识别腐蚀损伤。