矮塔斜拉桥结构损伤识别的Hilbert-Huang变换方法研究

摘要

桥梁的损伤识别是目前桥梁工程领域内研究的热点问题。损伤检测的水平直接影响着桥梁的施工安全、营运安全以及工程质量。然而,过去人们往往只关注桥梁结构在服役后的健康状态监测与损伤识别,对施工过程中结构有可能产生的损伤重视不够。桥梁结构在施工阶段,结构体系多次变换,受力复杂多变,可能会导致发生严重事故,造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此,进行施工过程中的损伤监控是十分必要的。
　　 Hillbert-Huang变换是近年来一种新兴的信号分析方法,由于该方法是从信号本身的尺度进行分解,与传统的傅里叶变换方法有着本质的不同,Hilbert-Huang变换在处理非平稳信号方面有着巨大的优势。本文研究矮塔斜拉桥施工状态下的结构损伤识别问题,以广东省江肇高速公路西江特大桥为工程背景,首先用MIDAS软件对结构进行有限元分析,获取结构的各阶模态。然后将曲率模态导入MATLAB中运用Hilbert-Huang变换进行损伤识别,将识别的结果与小波变换损伤识别的结果进行对比,寻找了一种模态的最优选取法则,寻找可靠的损伤程度识别指标。针对Hilbert-Huang变换在矮塔斜拉桥损伤识别各施工工况中出现的问题,进行了分析讨论和寻找解决的办法。本文主要着重讨论了四个典型工况:最大双悬臂状态、边跨合龙状态、次中跨合龙状态、中跨合龙状态。
　　 本文的研究结果表明,Hilbert-Huang变换在矮塔斜拉桥的损伤识别中效果良好,并具有较强的抗噪声能力。同时本文找到了一种方法,可以有效地选择模态,抑制塔、墩、梁连接处造成的信号奇异点对损伤识别的干扰。与小波变换相比,Hilbert-Huang变换具有应用简便,抗噪性强等优点。但该方法由于发展时间较短,理论方面还有待完善。