我國(guó)大跨度橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

1、 信號(hào)處理技術(shù) 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)量測(cè)到的一般是時(shí)域信號(hào)，時(shí)域信號(hào)處理技術(shù)不會(huì)引致信息損失，因此受到 了廣泛關(guān)注。時(shí)域模態(tài)分析方法主要包括隨機(jī)子空間識(shí)別技術(shù)、特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法和 技術(shù)。時(shí)域技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于可在激振力未知的情況下完成多模態(tài)的同步識(shí)別。通過(guò)傅 立葉變換，時(shí)域響應(yīng)信號(hào)能夠被轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，如功率譜密度函數(shù)等?；诠β首V密度函 數(shù)，可采用峰值提取或頻譜分解的方法來(lái)估計(jì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)。和傅立葉變換分析信號(hào)的穩(wěn)態(tài) 成分不同，時(shí)頻域分析可以分析時(shí)域信號(hào)中的非穩(wěn)態(tài)成分。常用的時(shí)頻域分析工具有短時(shí)傅 立葉變換，變換，小波變換以及希爾波特黃變換。采用這些時(shí)頻域分析技術(shù)的優(yōu) 點(diǎn)在于可以提取信號(hào)中的時(shí)變特征

2、，從而追蹤結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致的狀態(tài)變化。 狀態(tài)指標(biāo) 在基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，最常用的指標(biāo)是模態(tài)參數(shù)（如共振頻率、阻尼比和振型向 量）。研究表明，結(jié)構(gòu)共振頻率會(huì)因結(jié)構(gòu)損傷而減小，因此可被用于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別；振型向量是 空間分布向量，所以它提供的信息可以用來(lái)定位損傷位置。動(dòng)力測(cè)量的結(jié)構(gòu)參數(shù)（例如剛度矩 陣、柔度矩陣和阻尼矩陣）也可作為損傷指標(biāo)。其中，最常用的是柔度矩陣，它被定義為結(jié)構(gòu)剛 度矩陣的逆，也就是單位力作用下的結(jié)構(gòu)位移。由于柔度矩陣和結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)偠戎g呈線性關(guān) 系，利用這種方法，可以直接判斷結(jié)構(gòu)損傷。柔度方法的優(yōu)點(diǎn)在于它只需要低階的模態(tài)參數(shù)就 可得到令人滿(mǎn)意的結(jié)果。結(jié)構(gòu)指紋響應(yīng)作為可以體現(xiàn)結(jié)構(gòu)健

3、康狀況的物理量，而被視為第三 類(lèi)狀態(tài)指標(biāo)。常用的指紋響應(yīng)包括：（）時(shí)域脈沖響應(yīng)函數(shù)；（）頻域反應(yīng)譜或功率譜；（）頻 響函數(shù)，即激勵(lì)（輸入）頻譜和響應(yīng)頻譜（輸出）的比值。另外，小波包指紋作為一個(gè)對(duì)損傷敏感 而對(duì)噪聲不敏感的時(shí)頻域指標(biāo)也正受到廣泛的關(guān)注。除了上面提到的結(jié)構(gòu)狀態(tài)指標(biāo)，還有一 系列指標(biāo)也顯示出了它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)損傷評(píng)估中的潛力，如模態(tài)能量變換比等指標(biāo)。 損傷評(píng)估方法 損傷狀態(tài)的評(píng)估是結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)過(guò)程中的另一個(gè)研究難點(diǎn)，它的關(guān)鍵是找到一個(gè)好的映 射準(zhǔn)則來(lái)分析結(jié)構(gòu)物理狀態(tài)的變換。根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)分析模型的依賴(lài)性，損傷評(píng)估方法可分為兩 大類(lèi)。 基于模型的方法 依據(jù)基本原理的不同，基于模型的損傷評(píng)估方法又

4、可以分為兩類(lèi)：逆映射技術(shù)和人工智能 技術(shù)。雖然從結(jié)構(gòu)的物理狀態(tài)（質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣）到狀態(tài)指標(biāo)的正映射通常可 以推導(dǎo)得出，從結(jié)構(gòu)狀態(tài)指標(biāo)到結(jié)構(gòu)剛度矩陣的逆映射的閉合解大多數(shù)情況下是得不到的，因 此有人建議采用敏感度分析算法來(lái)解決逆問(wèn)題。此方法首先通過(guò)一階展開(kāi)將逆映射 問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)從狀態(tài)指標(biāo)變化值到結(jié)構(gòu)物理參數(shù)（一般是有限元模型中每個(gè)單元的剛度）擾 動(dòng)值的線性映射問(wèn)題。結(jié)構(gòu)損傷所致的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的變化可以通過(guò)逆映射推導(dǎo)或約束優(yōu)化 的方法確定?；诹繙y(cè)數(shù)據(jù)的有限元模型修正技術(shù)也可用于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別，此類(lèi)方法基于結(jié) 構(gòu)的動(dòng)力方程、名義模型和量測(cè)數(shù)據(jù)等形成一類(lèi)約束優(yōu)化問(wèn)題來(lái)求逆映射問(wèn)題的解，

5、然后通過(guò) 直接查驗(yàn)更新后的矩陣同原始矩陣的區(qū)別來(lái)發(fā)現(xiàn)、定位、并定量結(jié)構(gòu)損傷嘲。人工智能技術(shù)在 結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)中的應(yīng)用也越來(lái)越多，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器的應(yīng)用最為廣泛。它同時(shí)包含了函 數(shù)映射和模式匹配能力，而且對(duì)于結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的自動(dòng)辨識(shí)非常有效。模糊推理系統(tǒng)口，模糊 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器以及模糊專(zhuān)家系統(tǒng)是第二類(lèi)基于人工智能的“辨識(shí)”工具。除此之外，遺傳算 法及支持向量機(jī)技術(shù)也可用于結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)。 無(wú)需模型的方法 由于結(jié)構(gòu)建模和模型更新的困難，不依賴(lài)于有限元模型的方法近期引起了廣泛關(guān)注。無(wú) 模型的損傷預(yù)警通常直接比較量測(cè)指標(biāo)和基準(zhǔn)指標(biāo)的差別，或者將這些差別合成一個(gè)數(shù)。如 果偏差超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閥值，系統(tǒng)將會(huì)報(bào)

6、警。閥值的確定是這類(lèi)研究的重點(diǎn)，可采用不同的 統(tǒng)計(jì)模型。采用無(wú)模型的方法來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行定位需要評(píng)估眾多傳感器信息對(duì)于結(jié)構(gòu)不同 部位損傷的敏感度影響。一般來(lái)說(shuō)，振型向量是這類(lèi)方法的基礎(chǔ)。 研究展望 有關(guān)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究是目前土木工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。我國(guó)在經(jīng)過(guò)一個(gè)建設(shè)高潮 后，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的管理和養(yǎng)護(hù)將會(huì)成為社會(huì)的重要需求。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)把結(jié)構(gòu)健 康監(jiān)測(cè)作為最重要的支持研究領(lǐng)域之一。交通部也已經(jīng)設(shè)立了若干關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)檢查、監(jiān)測(cè) 和養(yǎng)護(hù)的研究項(xiàng)目。在國(guó)家科技發(fā)展的中長(zhǎng)期規(guī)劃中，基礎(chǔ)設(shè)施的養(yǎng)護(hù)管理被國(guó)家科技部列 為重點(diǎn)項(xiàng)目，在未來(lái)若干年內(nèi)，國(guó)家的財(cái)政支持將向這個(gè)領(lǐng)域傾斜。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁

7、與 結(jié)構(gòu)分會(huì)正在組建一個(gè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與維護(hù)管理專(zhuān)門(mén)委員會(huì)來(lái)對(duì)相關(guān)的研究和應(yīng)用進(jìn)行整合 和提高。 筆者認(rèn)為，將來(lái)應(yīng)針對(duì)以下課題做更深入的研究： （）橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的造價(jià)一般將會(huì)占到工程總造價(jià) 的，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)更加注重對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)與管理提供支持。 （）橋梁體系的易損性分析理論和方法。這對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分重要，應(yīng)該確 立確定導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全性、耐久性和使用性問(wèn)題的易損構(gòu)件和部位的理論方法。 （）大跨度橋梁的變形量測(cè)技術(shù)。系統(tǒng)的精度尚不能令人滿(mǎn)意，而且價(jià)格昂貴。 （）拉索應(yīng)力和銹蝕監(jiān)測(cè)。在斜拉橋和預(yù)應(yīng)力橋梁中，拉索和預(yù)應(yīng)力索的腐蝕檢測(cè)和保護(hù) 是一個(gè)非常重

8、要的課題。 （）交通荷載作用下鋼結(jié)構(gòu)橋梁的疲勞。疲勞傳感技術(shù)應(yīng)該得到更長(zhǎng)足的發(fā)展。 （）無(wú)線傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。這些技術(shù)已得到了人們關(guān)注，將會(huì)大大地促進(jìn)結(jié)構(gòu)健 康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展。 （）傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的耐久性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的耐久性已為橋梁管理部門(mén)極 大關(guān)注。大跨橋梁的設(shè)計(jì)壽命都大于年甚至到年，因此相對(duì)來(lái)講就要求健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 具有同樣的耐久性。 （）系統(tǒng)的集成。這在實(shí)際應(yīng)用中非常重要，系統(tǒng)的兼容性和優(yōu)化設(shè)計(jì)也應(yīng)該進(jìn)一步研 究。 （）基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估。這一領(lǐng)域還有許多沒(méi)有解決的課題。 （）結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和規(guī)范。有待盡早建立我國(guó)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)， 指導(dǎo)設(shè)

9、計(jì)和運(yùn)營(yíng)。 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為更好地維護(hù)橋梁的正常使用提供了重要保障，相關(guān)的傳感技術(shù)、 數(shù)據(jù)傳輸和信息處理技術(shù)的發(fā)展有利地支撐了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。然而，這一領(lǐng) 域的許多技術(shù)和理論尚不成熟，還需科研人員和工程技術(shù)人員做出長(zhǎng)期的努力。 參考文獻(xiàn) ， ， ， 周文松大跨度斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系蘇通大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)研究研究報(bào)告上海同濟(jì)大學(xué)， ， ， ， （， ）： ，： 劉文峰，柳春圖，應(yīng)懷樵通過(guò)頻率改變率進(jìn)行損傷定位的方法研究振動(dòng)與沖擊， （） 張啟偉，袁萬(wàn)城，范立礎(chǔ)公路橋梁基于模型修正理論的損傷檢測(cè)華東公路， 孫宗光，高贊明，倪一清基

10、于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁損傷位置識(shí)別工程力學(xué)，（） 孫智，張志成小波基結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析方法結(jié)構(gòu)工程學(xué)報(bào)，（） 我國(guó)大跨度橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 作者： 作者單位： 孫利民， 孫智， 淡丹輝， 張啟偉， 于剛 同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 相似文獻(xiàn)(10條 1.學(xué)位論文 楊培軍 基于GPS的大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究 2006 近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的大跨度橋梁進(jìn)入了人們的視野，橋梁健康監(jiān)測(cè)一躍成為土木工程界研究的熱點(diǎn)，而GPS定位技術(shù)的飛速發(fā)展正好給橋梁健康監(jiān)測(cè)注入了新的血液。因此，基于GPS的大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并且已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)的

11、不斷提高，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的容量急劇上升，為了使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果有更直觀的輸出形式，監(jiān)測(cè)可視化也逐漸進(jìn)入了橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的范疇。 首先，本文從介紹橋梁健康監(jiān)測(cè)的概念入手，分析了橋梁健康監(jiān)測(cè)的目的、意義及必要性，詳細(xì)介紹了作為系統(tǒng)構(gòu)建所需的相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，如GPS定位、OpenGL可視化、橋梁結(jié)構(gòu)分析及健康評(píng)估等。 其次，從橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則出發(fā)，提出了一套完整的基于GPS大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。包括系統(tǒng)應(yīng)具備的硬件組成和軟件組成、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目方案的制定方法及GPS測(cè)點(diǎn)的布置、適合基于GPS橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸方案、系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中要進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理和分析。 然后，作為本文研究的

12、重點(diǎn)，以三跨兩鉸懸索橋?yàn)槔_(kāi)發(fā)了一套橋梁位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)。系統(tǒng)以VisualC+6.0為開(kāi)發(fā)工具，OpenGL為圖形接口，并利用OpenGL提供的實(shí)體建模、光照、紋理映射的一系列先進(jìn)特性，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出整個(gè)橋梁的瞬時(shí)形態(tài)，實(shí)時(shí)進(jìn)行實(shí)體建模，動(dòng)態(tài)顯示橋梁的即時(shí)三維狀態(tài)和測(cè)點(diǎn)的時(shí)程曲線，并且添加了系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、退出、視圖選擇、尺寸縮放等的一些附加功能。 最后，對(duì)橋梁健康評(píng)估系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)位移反演結(jié)構(gòu)受力功能進(jìn)行了初步的構(gòu)想，而且對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析進(jìn)行了研究。然后從橋梁健康評(píng)估系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，總體上把握橋梁健康評(píng)估系統(tǒng)的構(gòu)建流程，分析了其功能組成，并介紹了預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)方法

13、。 2.學(xué)位論文 李悄 斜拉橋健康監(jiān)測(cè)中的狀態(tài)識(shí)別技術(shù)研究 2007 在大跨度橋梁健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)中，橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀況的不利改變情況是危害橋梁結(jié)構(gòu)安全的主要因素，因此，狀態(tài)識(shí)別子系統(tǒng)是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心。若能在健康監(jiān)測(cè)中分析出內(nèi)力狀態(tài)的改變情況，就能為橋梁結(jié)構(gòu)的健康安全評(píng)價(jià)提供參考。 本文以一座獨(dú)塔鋼箱梁?jiǎn)嗡髅嫘崩瓨驗(yàn)楣こ瘫尘?，利用大型通用有限元軟件ANSYS對(duì)斜拉橋的內(nèi)力狀態(tài)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了研究。首先介紹了斜拉橋的發(fā)展概況、橋梁健康監(jiān)測(cè)的概況以及相關(guān)理論，然后應(yīng)用ANSYS進(jìn)行斜拉橋的索力優(yōu)化計(jì)算，確定合理成橋狀態(tài)，再應(yīng)用索力優(yōu)化的方法以及蒙特卡羅法對(duì)狀態(tài)識(shí)別方法進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，最后介紹

14、了橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估的理論與方法。 通過(guò)分析計(jì)算顯示，斜拉橋的內(nèi)力狀態(tài)可以通過(guò)調(diào)節(jié)索力的方法來(lái)調(diào)整，并且在測(cè)試噪聲水平為10時(shí)，通過(guò)合理確定加載工況和相應(yīng)的測(cè)試位置，可以將內(nèi)力狀態(tài)識(shí)別誤差控制在誤差限以?xún)?nèi)。因此，用位移識(shí)別索力的狀態(tài)識(shí)別方法是可行、有效的。 3.期刊論文 姚昌榮.李亞?wèn)|.YAO Chang-rong.LI Ya-dong 大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)過(guò)程中的溫度影響研究 -華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)2008,25(2 大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)是近年來(lái)工程界的研究熱點(diǎn),但是由于橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和特殊性,監(jiān)測(cè)變量受環(huán)境因素的影響較大,增加了系統(tǒng)評(píng)估的難度.本文分析了大跨度橋梁在不同溫度場(chǎng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng),

15、研究表明結(jié)構(gòu)各構(gòu)件間的溫度差和梯度溫度效應(yīng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響較大.本研究的結(jié)果可為橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)策略的制訂提供參考. 4.學(xué)位論文 彭濤 基于環(huán)境激勵(lì)的大跨度橋梁模態(tài)分析與應(yīng)用研究 2007 模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)識(shí)別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用，它和有限元分析技術(shù)一起成為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的兩大支柱。在橋梁工程領(lǐng)域，隨著大跨度橋梁建設(shè)的迅速發(fā)展，其長(zhǎng)期安全運(yùn)行的健康監(jiān)測(cè)評(píng)估得到很大關(guān)注。模態(tài)分析對(duì)驗(yàn)證橋梁設(shè)計(jì)、建立橋梁結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)有限元模型以及營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的健康監(jiān)測(cè)、安全評(píng)估具有重要意義。傳統(tǒng)的模態(tài)試驗(yàn)方法要求對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行激振，使得試驗(yàn)難以完成，基于 環(huán)境激勵(lì)的模態(tài)試驗(yàn)方法是在僅測(cè)得

16、響應(yīng)信號(hào)的情況下進(jìn)行模態(tài)分析的一種方法，更符合大跨度橋梁的實(shí)際使用特點(diǎn)，在工程中得到廣泛應(yīng)用。 本文以佛山東平大橋?yàn)楸尘?，從振?dòng)測(cè)試和模態(tài)分析的基本理論入手，對(duì)大跨度橋梁基于環(huán)境激勵(lì)的模態(tài)試驗(yàn)、模態(tài)參數(shù)識(shí)別，有限元模型修正進(jìn)行了深層次的研究，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： (1論述了多自由度系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)分析的坐標(biāo)變換和模態(tài)疊加原理，導(dǎo)出了比例阻尼模型下結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)的表達(dá)式，系統(tǒng)論述了離散傅立葉變換和功率譜密度及其主要性質(zhì)。 (2研究了兩種基于環(huán)境激勵(lì)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法：互功率譜法和隨機(jī)子空間法。互功率譜法是環(huán)境激勵(lì)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的一種實(shí)用、經(jīng)典方法，本文通過(guò)對(duì)相關(guān)理論的推導(dǎo)，證明了該法與基于頻響

17、函數(shù)的峰值攝取法是近似相通的，同時(shí)對(duì)使用該法識(shí)別模態(tài)參數(shù)的過(guò)程作了詳細(xì)的論述與推導(dǎo)。隨機(jī)子空間法是較先進(jìn)的環(huán)境激勵(lì)條件下結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別時(shí)域方法，本文針對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)離散狀態(tài)的空間數(shù)學(xué)模型，逐步推演了隨機(jī)子空 間識(shí)別的算法流程，并給出了相應(yīng)的理論解釋。 (3提出了一種節(jié)省試驗(yàn)成本的環(huán)境激勵(lì)下大跨度橋梁模態(tài)試驗(yàn)方法一移動(dòng)測(cè)量法，通過(guò)佛山東平大橋的模態(tài)試驗(yàn)證明，應(yīng)用移動(dòng)測(cè)量法進(jìn)行大跨度橋梁的模態(tài)試驗(yàn)?zāi)艿玫捷^理想的模態(tài)頻率、振型以及阻尼比。 (4本文在現(xiàn)有有限元模型修正理論的基礎(chǔ)上，提出了靜動(dòng)力分層次有限元模型修正方法?；跂|平大橋成橋靜載試驗(yàn)、模態(tài)試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)東平大橋成橋狀態(tài)初始有限元模型進(jìn)行了

18、修正，建立了該橋健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估的基準(zhǔn)有限元模型。該方法能夠充分利用結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比基于單一動(dòng)力或靜力的修正方法能取得更好的模型修正效果；比已有的一次性聯(lián)合靜動(dòng)力有限元模型修正方法能減小優(yōu)化規(guī)模，減少迭代 次數(shù)，得到更合理的修正結(jié)果。 5.學(xué)位論文 易登軍 基于振動(dòng)的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究 2005 隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大跨度橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。SHM主要是通過(guò)布置在結(jié)構(gòu)上的傳感器，對(duì)結(jié)構(gòu)工作狀況進(jìn)行長(zhǎng)期的在線監(jiān)測(cè)，獲得橋梁在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)真實(shí)響應(yīng)，并有效利用監(jiān)測(cè)信息反演結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠性評(píng)估。大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

19、涉及測(cè)試、分析及決策等多個(gè)學(xué)科，其理論核心為基于振動(dòng)的損傷識(shí)別技術(shù)。本文以潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋斜拉橋?yàn)楣?程背景，以數(shù)值仿真和試驗(yàn)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)探討了結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的動(dòng)力指紋類(lèi)方法。 詳細(xì)介紹了利用頻率、振型、模態(tài)保證準(zhǔn)則、柔度差陣、應(yīng)變模態(tài)和曲率模態(tài)、模態(tài)應(yīng)變能等方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的理論基礎(chǔ)，以一簡(jiǎn)支梁模型為算例，介紹了這幾種方法的識(shí)別過(guò)程與步驟，并對(duì)各種方法的識(shí)別效果、適用范圍和抗噪能力進(jìn)行了探討。 對(duì)潤(rùn)揚(yáng)斜拉橋進(jìn)行了數(shù)值仿真，模擬橋面損傷和斜拉索損傷，選取有代表性的若干種單損傷工況和多損傷工況，利用柔度差陣對(duì)角元指標(biāo)、曲率模態(tài)改變指標(biāo)和單元模態(tài)應(yīng)變能改變指標(biāo)三種指標(biāo)進(jìn)行損傷識(shí)別。著重考慮損傷定位和

20、加噪聲后的識(shí)別效果，并比較了各種方法的適用范圍，給出了識(shí)別中需要注意的問(wèn)題。 在模型橋拉索損傷試驗(yàn)和鋼筋混凝土板損傷試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)典型的損傷工況，采集損傷前后的模態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用柔度差陣對(duì)角元指標(biāo)、單元模態(tài)應(yīng)變能改變指標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行識(shí)別，驗(yàn)證了這兩種損傷識(shí)別方法運(yùn)用于實(shí)際損傷結(jié)構(gòu)的可行性。 6.會(huì)議論文 張啟偉 大型橋梁健康監(jiān)測(cè)概念與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2000 大型橋梁健康監(jiān)測(cè)力求對(duì)結(jié)構(gòu)整體行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評(píng)估.同時(shí),對(duì)大跨度橋梁設(shè)計(jì)理論與力學(xué)模型的驗(yàn)證以及對(duì)結(jié)構(gòu)環(huán)境中未知或不確定性問(wèn)題的調(diào)查與研究也正融入橋梁健康監(jiān)測(cè)的內(nèi)涵.本文首先簡(jiǎn)要地總結(jié)十多年來(lái)橋梁健康監(jiān)測(cè)的研究狀況

21、,然后較系統(tǒng)地闡述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的新概念,并從橋梁工程發(fā)展的角度探討大型橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)問(wèn)題,以期為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供借鑒. 7.學(xué)位論文 李強(qiáng) 基于環(huán)境振動(dòng)的大跨度橋梁模態(tài)參數(shù)識(shí)別研究 2009 橋梁的模態(tài)參數(shù)反應(yīng)了橋梁的動(dòng)力特性，它為橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)、損傷識(shí)別、抗震抗風(fēng)設(shè)計(jì)、振動(dòng)控制和模型修正等研究提供了基礎(chǔ)參數(shù)，開(kāi)展大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別研究有非常重要的意義。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是獲得橋梁模態(tài)參數(shù)的最直接方法。 本文研究的是結(jié)合特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法和自然環(huán)境激勵(lì)技術(shù)（NExT/ERA）的模態(tài)識(shí)別方法。文中首先詳細(xì)闡述了模態(tài)分析和模態(tài)測(cè)試的相關(guān)理論，介紹了峰值法和結(jié)合特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法的

22、理論背景并用MATLAB軟件編寫(xiě)了NExT/ERA模態(tài)參數(shù)識(shí)別程序。然后，通過(guò) ANSYS建立有限元模型，用平穩(wěn)隨機(jī)白噪聲模擬環(huán)境激勵(lì)并在響應(yīng)數(shù)據(jù)內(nèi)添加不同等級(jí)的噪聲來(lái)檢驗(yàn)噪聲該方法的抗噪能力，通過(guò)與有限元計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，證明了 NExT/ERA方法理論的可靠性。最后以?xún)勺罂缍葮蛄褐骺鐬?35米的連續(xù)梁橋桂洲水道特大橋和主跨為480米的鋼箱梁斜拉橋湛江海灣大橋?yàn)楣こ瘫尘?，用NExT/ERA法對(duì)模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)與峰值法識(shí)別結(jié)果對(duì)比，證明了NExT/ERA方法適合于大跨度橋梁的模態(tài)分析。 8.學(xué)位論文 姚昌榮 基于小波與分形理論的斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究 2007 大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)

23、測(cè)是目前橋梁工程界的研究熱點(diǎn)之一，是一個(gè)涉及到多學(xué)科、跨行業(yè)的難點(diǎn)課題。由于橋梁結(jié)構(gòu)及其所處環(huán)境的復(fù)雜性、不確定性，使得國(guó)內(nèi)外的研究都還處于探索和試用階段。目前，在一些大跨度橋梁上都已安裝了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但其主要用于數(shù)據(jù)采集，而缺乏有效的健康評(píng)價(jià)支撐。本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)小波和分形在處理復(fù)雜非線性問(wèn)題時(shí)的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ，提出了建立基于小波與分形的斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本框架。為此，本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作。 1.對(duì)橋梁進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)的前提，是需要建立一個(gè)準(zhǔn)確、有效的基準(zhǔn)有限元模型。以靜測(cè)中的位移和動(dòng)測(cè)中的頻率作為狀態(tài)變量，以各項(xiàng)實(shí)測(cè)值與相應(yīng)計(jì)算值的

24、百分比偏差的平方和作為目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合ANSYS的優(yōu)化分析功能，對(duì)大型橋梁結(jié)構(gòu)的初始有限元模型的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行修正。修正過(guò)程中引入了約束條件限制各待修正參數(shù)和結(jié)果數(shù)據(jù)的變化范圍，使得修正后的各參數(shù)具有明確的物理意義。修正后的有限元模型為橋梁健康監(jiān) 測(cè)計(jì)算分析提供了更加切合實(shí)際的數(shù)學(xué)模型，也驗(yàn)證了采用ANSYS進(jìn)行模型修正的可行性。 2.動(dòng)力監(jiān)測(cè)是健康監(jiān)測(cè)的重要手段之一，在健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立初期對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能進(jìn)行模擬分析是很有必要的。本文綜合考慮了車(chē)橋耦合振動(dòng)、路面不平度、風(fēng)、溫度等對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，為健康監(jiān)測(cè)策略制訂提供了切合實(shí)際的理論分析數(shù)據(jù)。 3.在小波分析理論的基礎(chǔ)上，深入剖析了Mallat算法

25、中的頻率混淆現(xiàn)象以及產(chǎn)生小波包頻帶錯(cuò)亂現(xiàn)象的原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)算法，有效地消除了頻率混淆和小波包頻帶錯(cuò)亂問(wèn)題。 4.運(yùn)用小波分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行多尺度分析，為小波分析用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。將小波分析方法用于結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別、信號(hào)濾噪、數(shù)據(jù)壓縮與重構(gòu)、監(jiān)測(cè)突變信號(hào)等方面，均取得了較好的效果。 5.運(yùn)用小波方法分析了斜拉橋損傷前后的位移、曲率和應(yīng)變?nèi)N模態(tài)振型，據(jù)此能夠較準(zhǔn)確地識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷位置和損傷程度。 6.運(yùn)用改進(jìn)的小波分析算法對(duì)健康監(jiān)測(cè)過(guò)程中的信號(hào)進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)小波能量分布與結(jié)構(gòu)的自振特性一樣能夠反映結(jié)構(gòu)的固有特性，并且能夠反映結(jié)構(gòu)的局部特性。在小波包分

26、析的基礎(chǔ)上，提出了小波能量互熵作為損傷識(shí)別的指標(biāo)。在應(yīng)用中引入表征各測(cè)點(diǎn)局部特性的權(quán)重系數(shù)，從而較準(zhǔn)確有效地識(shí)別損傷位置及其程度。 7.針對(duì)小波的強(qiáng)局部分析能力和分形的強(qiáng)非線性處理能力，提出了結(jié)構(gòu)損傷診斷的小波細(xì)節(jié)關(guān)聯(lián)維分析方法。首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波包分解，再計(jì)算各小波包的關(guān)聯(lián)維數(shù)，并與健康狀態(tài)下的關(guān)聯(lián)維數(shù)比較，通過(guò)損傷前后的互熵來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。實(shí)例分析表明，該方法具有較強(qiáng)的損傷診斷能力和抗噪能力。 8.運(yùn)用廣義維數(shù)譜對(duì)斜拉橋的損傷進(jìn)行診斷，結(jié)果表明損傷程度與敏感維數(shù)、互熵之間均呈線性關(guān)系，驗(yàn)證了多重分形應(yīng)用于斜拉橋損傷識(shí)別的可行性和有效性。 9.學(xué)位論文 翁沙羚 文暉大橋健康監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā) 2004 社會(huì)進(jìn)步和土木工程技術(shù)以及交通建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展,使越來(lái)越多的大跨度橋梁得到了修建,人們對(duì)這些大型重要橋梁的安全性、耐久性與正常使用功能日漸關(guān)注,橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智能控制技術(shù)相繼運(yùn)用到這些大型橋梁中,并得到了迅速發(fā)展,這項(xiàng)課題日益成為國(guó)內(nèi)外橋梁學(xué)術(shù)界和工程界的研究熱點(diǎn).該文根據(jù)大跨度PC斜拉橋的特點(diǎn),在總結(jié)和研究當(dāng)前國(guó)內(nèi)外橋梁健康監(jiān)測(cè)以及評(píng)估技術(shù)的基礎(chǔ)上,依據(jù)工程實(shí)際建立了文暉大橋 健康監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng).在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別模塊中,該文提出了基于靜態(tài)位移測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合有限元計(jì)算的結(jié)構(gòu)