基于小波包和传递比函数的桥梁结构在未知地震作用下的损伤识别

基于结构动力响应进行损伤识别是目前结构健康监测常用的方法.结构动力响应同时包含了结构自身和外激励的信息,而实际工程中的外激励往往难以准确获得,特别是地震作用.因此,仅利用未知地震作用下的结构动力响应进行桥梁结构损伤识别是一项富有挑战性的工作.提出了一种仅基于结构振动响应的数据驱动方法,将小波包能量和传递比函数相结合构建...     

基于小波包频带内局部样本熵的桥梁损伤识别

针对移动荷载激励下桥梁结构在损伤区域局部时程信号的非平稳性和复杂性,以及考虑到有限的采样数据、噪声等影响,提出了小波包频带内局部样本熵的概念,以此来定义一个损伤识别指标。首先对单测点时程数据进行小波包分解,以各频带能量为标准选择合适频带系数重构,然后对该重构信号划分成一系列具有时序性的局部时间区间,最后计算各区间的样本熵来作为损伤识别指标。以一弯梁桥为例建立有限元模型,验证方法的正确性,并针对多损伤、测点选择及加载速度等相关因素进行分析。结果表明:当移动荷载在损伤区域附近时,该指标出现突变,适合损伤识别,同样适用于多损伤识别;该方法需要的测点少,布置较灵活;由于弯桥的结构特点,测点位置的选择不会影响指标的定位,但会影响损伤指标的大小。     

基于模态振型的简支梁损伤识别

相比结构的频率,振型反应的信息更加丰富.振型曲率是对结构损伤十分敏感的一个指标;利用简支梁结构损伤前后的1阶振型曲率差对其进行损伤识别,对损伤位置有较好的识别效果,而利用高阶振型无法进行识别;对于简支梁损伤程度,利用振型曲率差只能进行定性的识别,随着损伤程度的加深,图形突变增大.     

基于神经网络与特征融合的损伤诊断方法

为了能准确地诊断复杂结构损伤是否产生以及产生的位置和程度,提出了一种小波包分解、多传感器特征融合和神经网络模式分类相结合的结构损伤诊断方法。首先,用正交小波包对多个传感器采集的振动信号进行小波包分解,并计算每个频带上的相对能量;然后把这些传感器信号的小波包相对能量融合,构成神经网络分类器的输入特征向量,从而实现损伤的诊断和评价。研究结果表明:正交小波包分解的频带能量分布能够较好地反映结构的损伤特征;特征融合能够使不同传感器的信息相互补充,减小了损伤检测信息的不确定性,使诊断信息具有更高的精度和可靠性,提高了诊断准确率。     

简支梁损伤的模态曲率差值试验分析

在模态曲率差理论的基础上,运用采集和实时分析软件DASP得到结构位移模态分析数据,分析不同损伤状况下简支梁结构的模态曲率差曲线及损伤前后结构的固有频率.试验结果表明:模态曲率差指标能很好地识别出单个单元损伤和多个单元的损伤位置;单点或多点损伤的一阶模态曲率差值曲线的识别效果较为准确,损伤程度与曲线峰值的大小能够相对应,一阶模态曲率差曲线对损伤位置敏感性较强;该方法的进一步完善使得对大型结构进行无损检测成为可能.     

润扬大桥悬索桥小波包能量谱识别的环境变异性

对润扬大桥悬索桥结构的实测加速度响应进行了小波包分析,详细地考察了环境激励下悬索桥实测小波包能量谱的环境变异性.分析结果表明,实际环境条件(交通荷载、环境温度和台风荷载)与悬索桥实测小波包能量谱存在较为明显的相关性,主要表现为环境温度的变化对小波包能量谱的影响是长期性的趋势,而交通荷载的影响则由于荷载的非平稳性呈现瞬时的颤动变化.实测数据的分析结果进一步表明,环境温度和台风作用对于小波包能量谱的影响规律存在着较为明显的差异.相比模态频率而言,利用小波包能量谱可以更敏感地发现大跨悬索桥结构的振动特性变化.因此,基于小波包能量谱的结构损伤预警参数更适合于环境振动测试下的大跨悬索桥整体状态监测.     

基于损伤特征向量谱的桩板式挡土墙损伤预警

对结构动力系统响应信号间的虚拟脉冲响应函数进行小波包分解得到小波包频带能量谱,引入剩余频带的概念,创建特征频带向量谱,并在特征频带向量谱的基础上构建损伤特征向量谱。当损伤特征向量谱为零向量时,挡土墙不存在损伤;当损伤特征向量谱为非零向量时,挡土墙存在损伤。为了量化挡土墙的损伤状态,提出2个损伤预警指标:能量比均方差D_(IS)和能量比变异系数C_(Ⅳ)。对某桩板式挡土墙进行锤击振动试验,通过损伤预警指标对不同损伤状态下的挡土墙进行损伤识别。研究结果表明:当DIS=0,C_(Ⅳ)=0时,挡土墙不存在损伤;随着D_(IS)和C_(Ⅳ)的增大,挡土墙的损伤程度增大。因此,预警指标D_(IS)和C_(Ⅳ)不但可诊断挡土墙是否存在损伤,而且可识别挡土墙的损伤程度,可用于挡土墙结构的损伤预警。     

不同刚度地铁地下车站结构振动台试验测试数据的时频特征分析

以模型结构整体剪切刚度量化微粒混凝土和石膏模型结构的刚度比,根据小波包变换的频带分布特征确定频带与结点的输出关系,并基于最小熵准则的最优基选择算法,对比分析了不同刚度三层三跨地铁地下车站侧墙加速度反应的时频特性.研究结果表明:最优小波包变换方法具有自适应的频域分辨能力,能较好地解决频带重叠现象.采用最优基小波包变换技术能有效挖掘出由结构材料不同引起的模型结构加速度反应的时间-频率-能量之间的差异.在强震作用下,微粒混凝土模型结构加速度反应的特征频带总能量高于石膏模型结构;石膏模型结构加速度反应在0～6.25 Hz频带的能量集中程度高于微粒混凝土模型结构,在＞6.25～ 12.5 Hz频带内的能量累积速率较微粒混凝土模型结构快;石膏模型结构加速度反应各特征频带进入快速能量累积的时刻均早于微粒混凝土结构.     

小波分析与神经网络在结构损伤监测中的应用

采用小波分析对获得的结构动力响应进行小波分解,根据各种响应信号对损伤的灵敏度选择损伤特征,从而识别结构出现损伤的时刻,以实现对其监控;分别对结构第一层位移响应信号和加速度响应信号做小波包分解得到各频段能量的特征向量,并分别作为特征参数输入到BP神经网络中实现损伤识别;比较了位移响应信号和加速度响应信号对损伤识别的灵敏性．模拟算例表明,小波分析和BP神经网络联合运用能准确地诊断结构损伤时刻、损伤位置和程度,具有一定的可行性．     

基于多测点位移影响线的桥梁损伤识别研究

根据位移影响线理论,提出基于多测点的位移影响线差值曲率的桥梁损伤识别方法,实现对桥梁结构损伤前初始数据未知情况下的损伤识别检测.推导了简支梁出现损伤时的多测点位移影响线差值曲率公式,并对简支梁桥结构不同测点位置、不同损伤程度、不同损伤位置及多损伤的情况进行损伤识别分析.为验证该损伤识别指标的适用性,以某固端梁和三跨连续梁为研究对象,建立数值分析模型来进行损伤识别研究.结果表明:该方法可以识别出简支梁桥的损伤位置,对于多处出现损伤也有良好的识别效果;多测点位移影响线差值曲率指标可以用于固端梁和连续梁的损伤识别;仅需利用4个位移测点,不需要损伤前数据,便于实现;损伤识别效果受测点影响,选取合适的测点位置能提高损伤识别的效果.     

运营环境下混凝土简支梁桥裂缝的非线性损伤识别

针对混凝土简支梁桥常见的开裂病害,基于改进的Hilbert-Huang变换(HHT)提出裂缝的非线性损伤识别方法。选取曲率曲线型呼吸裂缝模型并将其融入车桥耦合共振系统,以更真实地模拟运营环境下裂缝的非线性开闭现象。引入镜像延拓法和集合经验模态分解法分别改进传统HHT算法的端点发散和模态混叠问题,提取桥梁加速度响应的能量时程曲线,将能量时程曲线尖峰出现时刻和相对幅值比分别作为损伤定位和定量的特征指标,从而建立简支梁裂缝的非线性损伤识别方法。数值算例表明,采用单一传感器便可通过文中方法识别简支梁开裂的部位和程度,为混凝土简支梁的损伤识别提供技术支撑。     

基于小波包总能量变化率的体外拉索损伤识别方法

针对体外预应力拉索的损伤识别问题,建立基于小波包能量谱的拉索损伤识别指标,传统的频域计算分析方法很难对拉索的这类损伤进行有效的识别,需要从时频域进行分析. 首先,设计针对体外索结构的拉索损伤识别实验,得到不同损伤程度、不同索力和不同索长的拉索动力响应信号,并得到频率、时域和能量域的特点;其次,从小波包分解的能量域展开分析,建立小波包总能量变化率指标RES;最后,建立基于RES的拉索损伤识别流程,并进行实桥损伤识别. 结果表明,提出的损伤指标对损伤程度有较强的敏感性,能够有效地识别出体外索损伤,能够应用于体外预应力加固桥梁结构的长期监测中.     

基于小波包能量统计方法的桥墩振动台试验分析

针对结构的加速度时程响应中包含的结构特性,同一结构的不同状态,以及小波包的能量不同分布信息,从小波包能量特征角度对结构的特性进行研究.以某钢筋混凝土桥墩振动台试验的一组加速度响应时程为研究对象,采用小波包分析方法对不同状态的小波包能量特征进行了统计分析,包括小波包能量均值、方差、标准差、相对平均偏差、相对标准偏差5个指标.经不同状态的各个指标分析结果表明:小波包能量均值指标表现出最佳的随加速度增加而结构响应逐步增大的变化规律;相同输入条件下,指标计算值受到结构动力特性和结构刚度分布特征的影响.     

振动环境中法兰连接结构状态的声发射辨识

在法兰连接结构振动试验的基础上,利用MATLAB对采集到的声发射信号进行处理,主要对重构后的信号进行分析。用特征频带与优势频带的概念,确定出小波包分解层数,得到声发射信号的频带分布特征。利用小波包能量百分比定量给出优势频带及其与扭矩之间的关系,发现能量随扭矩变化具有一定规律性,并提出用小波包能量谱变化率这一指标来表达其规律特征,从而实现对连接结构状态的辨识。     

小波方法识别框架结构损伤

小波包分析损伤识别方法首先将结构响应信号分解为小波包组分,然后通过各组分小波信号的变化情况识别损伤。通过3层框架结构的数值分析,模拟结构损伤,判断损伤时刻与损伤位置。分析小波组分信号突变情况,可以识别损伤时刻、损伤位置和损伤程度。     

五滚柱式定向离合器故障诊断的小波包变换方法

论述了小波包分解及其能量谱处理五滚柱式定向离合器故障的原理与方法。应用小波包分解及其能量谱直观地识别出故障的特征频带，并进行了量化分析。结果表明，小波包及小波包分解能量谱比传统的傅立叶分析方法具有更大的优越性和价值。     

基于小波包能量谱和因子分析的结构损伤识别方法

为了消除环境温度对损伤识别结果的影响,提出了一种基于小波包能量谱和多元统计方法——因子分析的损伤识别方法.首先利用小波包能量谱法对结构动力响应数据进行分析,得到结构动力响应特征参数;其次建立结构动力响应特征参数的因子模型,用因子分析法去除环境温度对于动力响应特征参数的影响,并通过计算得到结构损伤指标;最后以钢结构平台仿...     

斜拉桥结构施工状态下连续小波变换损伤识别方法

以在建的广东李家沙特大斜拉桥为工程背景,选取双悬臂施工状态下的结构为分析对象,利用MI-DAS软件分析获得结构的各阶振动模态,将之作为输入信号导入MATLAB中,进行Gaussian小波变换用于结构损伤识别.对不同位置与程度结构损伤的识别效果进行了讨论,对各阶模态及各类型模态的损伤识别效果进行了比较,并考虑了随机噪声的影响.研究结果表明,曲率模态对结构损伤较为敏感,损伤识别的效果较好.另外,损伤识别效果受一定边界条件的影响.但总的来说,曲率模态的连续小波变换信号能够快速、可靠地识别出施工过程中结构的损伤位置与损伤程度.     

基于小波包分析的结构实时损伤报警数值研究

研究了基于小波包分析的结构实时损伤报警技术．利用小波分析优良的时一频局部化特性对结构振动信号进行精细分析，从而能实时地实现结构损伤报警．以简支梁裂缝为例，将环境振动信号采用小波包分解后得到小波包能量谱，采用基于Monte-Carlo方法计算得到的能量谱极值指数和变异指数2个指标作为筒支梁裂缝损伤报警的判据．该技术不需要对整体结构进行计算分析，只需要环境振动信号．计算机数值模拟表明该技术能较为敏感地发现简支梁的微小损伤，从而证实了该技术的可行性．     

基于小波和神经网络的石油井架损伤定位研究

针对石油井架单一损伤位置识别问题,结合小波和神经网络分析方法,建立两层BP神经网络,将小波包能量分析得到的归一化能量特征向量作为网络的输入向量,经过网络训练和仿真测试,证明其在识别单一损伤位置时,具有较好的实用性.同时对石油井架相似模型进行了锤击振动试验,说明基于归一化能量特征向量的损伤评价指标可以准确实现石油井架结构损伤位置的定位识别.