基于小波分析的含片状裂纹桥梁结构损伤识别方法研究

摘要

桥梁结构经过长期使用,难免会发生各种各样的损伤,当这些损伤累积到一定的程度,结构的刚度和承载力会显著的下降,从而影响整个结构的使用性能与耐久性,甚至可能酿成重大的工程事故,造成人们生命财产的重大损失。因此,研究桥梁结构的损伤诊断方法,具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　 利用结构动力学原理和现代损伤识别技术相结合对桥梁结构进行损伤诊断得到高度重视,近年来发展起来的小波分析识别结构损伤的方法,已成为相关研究的热点。
　　 在对结构进行损伤诊断时,现有研究通常将裂纹简化为沿厚度方向的贯通裂纹,采用梁单元进行结构分析,这样使复杂的结构损伤识别问题得到简化的同时,也不可避免的导致计算结果的偏差。本文采用小波分析理论,通过建立桥梁结构的有限元模型,研究了片状裂纹对桥梁结构模态参数的影响,并给出了含片状裂纹桥梁结构损伤识别的原理。以Gaussl小波为母小波,通过对含片状裂纹桥梁结构模态参数进行连续小波变换,由小波系数模极大值来识别含片状裂纹桥梁损伤的位置,建立了一种基于小波分析理论识别含片状裂纹桥梁结构损伤的方法。
　　 本文以含非对称非贯通片状裂纹(半椭圆形表面裂纹)的三跨连续钢箱梁桥为研究对象,建立了连续钢箱梁桥的三维有限元模型,以Gaussl小波为母小波,利用有限元法分析研究含片状裂纹连续钢箱梁的动力特性,通过计算得到了连续钢箱梁的位移、应变和曲率模态。采用小波分析方法对含片状裂纹连续钢箱梁的模态参数进行连续小波变换,由小波系数模极大值位置识别连续钢箱梁桥内片状裂纹的位置,建立了一种基于模态参数识别连续钢箱梁桥片状裂纹的小波分析方法。
　　 本文以连续钢箱梁桥的研究为基础,提出采用梁单元和实体单元共同模拟含片状裂纹钢箱加劲梁悬索桥的损伤,建立了含片状裂纹悬索桥三维有限元模型,以Gaussl小波为母小波,通过对含片状裂纹钢箱加劲梁悬索桥的有限元计算分析,应用位移、应变和曲率模态的小波变换方法,分别研究了含片状裂纹单跨钢箱加劲梁悬索桥和多跨连续钢箱加劲梁悬索桥的损伤识别问题,获得了满意的效果,验证了方法的有效性。本文方法对于含片状裂纹桥梁结构的损伤诊断具有指导意义。