基于动态环境激励响应的桥梁时域损伤识别方法研究

摘要

近几年来，随着我国经济技术的快速发展，大型桥梁建设取得了举世瞩目的成绩。与此同时，由于大跨径桥梁本身特性显著的问题，导致各类坍塌事件层出不穷，严重的威胁到了国家财产及人民生命安全。为了保证大型桥梁结构的安全运营，实时掌握桥梁的安全状态，建立一种成熟的桥梁损伤识别方法是非常必要的，这对于我国桥梁事业具有重要的实用价值和科学意义。
　　本文基于经验模态分解(EMD)和马氏距离理论提出一种利用环境激励响应识别损伤的时域方法，首先介绍了损伤识别的几种主要方法，并分析了各自的优缺点;其次介绍了经验模态分解和马氏距离的基本理论，并介绍了马氏距离在损伤识别归类方面的优势，在此基础上，建立于以马氏距离累积量（MDC）的损伤识别指标，并利用MDC的概率密度函数建立损伤识别阈值，并提出前几阶的本征模态函数对结构的损伤识别更为有利;然后建立简支梁与斜拉桥有限元模型，以正弦力的激励方式，通过改变某个单元的弹性模量来模拟结构的损伤，并进行损伤的识别与定位，验证了该方法的有效性及抗噪性;后面通过工字钢模型损伤识别试验，通过对其应变的分析处理，采用马氏距离累积量(MDC)很好的识别出结构的损伤以及损伤位置，验证了该损伤指标在实际情况下的有效性;最后，利用实桥监测的应变响应，采用了一种“降采样”的数据处理方法，有效的加快了损伤识别的过程，并采用对其EMD分解后的本征模态函数构造损伤指标向量，通过MDC的概率密度分布函数判断是否损伤。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外桥梁损伤识别方法研究现状

1．2．1 模型修正法

1．2．2 ARMA法

1．2．3 小波变换法

1．2．4 HHT法

1．2．5 人工神经网络法

1．2．6 支持向量机法

1．2．7 马氏距离法

1．3 基于动态环境激励的桥梁损伤识别研究的现状与思考

1．4 本文主要研究内容

第二章 基于经验模态分解和马氏距离的损伤识别指标的建立

2．1 引言

2．2 经验模态分解基本原理

2．3 马氏距离基本原理

2．4 损伤识别向量与识别步骤

2．5 本章小结

第三章 基于EMD和MDC的损伤识别方法数值模拟

3．1 引言

3．2 简支梁模型数值模拟

3．2．1 MDC损伤识别

3．2．2 损伤位置识别及分析

3．2．3 抗噪性分析

3．3 斜拉桥数值模拟

3．3．1 工程背景概况

3．3．2 有限元模型简介

3．3．3 经验模态(ENID)分解的应用

3．3．4 损伤位置识别结果

3．4 本章小结

第四章 基于EMD和MDC的损伤识别方法模型试验验证

4．1 引言

4．2 试验器材

4．3 试验方案

4．3．1 测点布置

4．3．2 试验加载方案

4．4 强迫振动下工字梁的响应测试结果

4．4．1 滑动平均法提取趋势项

4．4．2 去趋势项后信号

4．4．3 损伤识别及定位

4．5 经验模态分解(EMD)的应用

4．5．1 损伤前后imf的变化机理与变化规则

4．5．2 EMD分解后的损伤识别分析

4．6 本章小结

第五章 基于实桥激励响应的损伤识别法的应用

5．1 引言

5．2 斜拉桥应变数据分析

5．2．1 应变传感器的安装与布置

5．2．2 整体升降温引起的应变

5．2．3 车辆荷载应变提取

5．3 斜拉桥损伤识别

5．5 实桥损伤识别步骤

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的科研成果