基于间接测量法和连续小波变换的桥梁损伤识别

摘要

随着社会经济的发展和交通设施的逐步完善，桥梁监测已成为工程监测中一项愈发重要的课题。传统的桥梁监测方法为：通过安装于桥梁结构上的感应器，直接监控桥梁的振动情况，从而获取桥梁的动力特性，这种方法即为直接测量法。而间接测量法的理念为：利用安装有感应器的移动小车驶过桥梁发生的车桥耦合作用，从车体的加速度响应间接提取桥梁的动力特性。此方法是由杨永斌教授于2004年提出的一种新型测量方法。相较于直接测量法，间接测量法不但经济节约、快捷便利，并且还能避免感应器维护更替困难、储存数据海量等难题。现如今，此方法在理论和现场实验中均得到了印证。
　　本研究之目的在于建立带有损伤单元的桥梁模型，进而讨论基于间接测量法的新型损伤识别方式的可行性。将损伤单元假设为一个转动约束弹簧和一个竖向约束弹簧，两个弹簧共同连接在其他普通梁单元上，以此表示桥梁刚度的折减。量测车依然采用单自由度小车作为研究对象，通过弹簧与阻尼器与桥梁联系。具体的桥梁损伤识别方法为：通过车体响应获取桥梁结构的损伤信息，引入连续小波变换的信号处理方式，从而判定损伤发生的位置；同时，根据小波系数的拟合方程提出可靠的损伤指标，进而对桥梁损伤程度进行评估。综合考虑小波函数的特性和选取原则，本研究采用的小波函数Db4表现良好。另外，本文还针对量测车的特性进行了参数化的讨论。经研究发现，车体越重、车体弹簧越刚、驱车速度越大，小波系数幅值均有适当增加，但识别灵敏度提高的效果不大明显。驱车速度的选择需恰当，速度过小不利于激励桥梁振动进而影响识别灵敏度；同时也应该避免速度过大导致采样数量过少，进而影响识别精度。车体阻尼对于识别精度的提高有积极的作用。值得注意的是，由于环境噪音中高阶频率成分的存在，信号奇异点和不连续性的识别会受到严重的干扰，这时可通过加大小波函数尺度因子以获取更高的识别精度。经过以上的分析，希望量测车的设计将有参考可循。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 研究目的

2 间接测量法的理论基础

2.1 前言

2.2 间接测量法的理论推导

2.3 间接测量法的数值模拟理论

2.4 信号处理方式

2.5 小结

3 带损伤的桥梁模型

3.1 前言

3.2 损伤桥梁模型的引入

3.3 带损伤桥梁的数值模拟

3.4 损伤桥梁的振动分析

3.5 小结

4 桥梁损伤的识别

4.1 前言

4.2 小波函数的选择

4.3 损伤位置的识别

4.4 损伤程度的识别

4.5 损伤指标的讨论

4.6 多裂缝损伤识别

4.7 小结

5 参数化分析

5.1 前言

5.2 小车重量的影响

5.3 小车刚度的影响

5.4 小车阻尼的影响

5.5 驱车速度的影响

5.6 环境噪音的影响

5.7 桥梁跨度的影响

5.8 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 未来展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间参加的科研项目