[博士]基于動(dòng)力測試的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別

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內(nèi)容簡介

　　[博士]基于動(dòng)力測試的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別　　學(xué)科專業(yè):橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士 　　學(xué)位授予單位：長安大學(xué)　　學(xué)位年度：2008　　 橋梁是交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)是交通運(yùn)輸系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。橋梁結(jié)構(gòu)在其服役期間，由于受到荷載、環(huán)境腐蝕及自然災(zāi)害等作用，損傷不可避免。一旦損傷達(dá)到一定程度，將導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的損失.因此，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測研究，有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值?！　? 結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基礎(chǔ)和重要組成部分，近年來人們一直試圖尋找能夠適用于橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法。基于動(dòng)力測試的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。雖然該方法的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，提出了很多的損傷識(shí)別理論和方法，但是由于受到人們認(rèn)識(shí)水平、試驗(yàn)測試技術(shù)和現(xiàn)場條件的限制，使得基于動(dòng)力測試的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的研究仍然進(jìn)展緩慢，存在很多問題，目前也難以有效應(yīng)用于工程實(shí)踐。因此，研究能適合工程實(shí)際應(yīng)用，并且損傷識(shí)別結(jié)果可靠準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前研究中存在的問題，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下:　　 1.在對(duì)現(xiàn)有傳感器優(yōu)化布置方法分析比較的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)方法的不足，提出了基于能量系數(shù)一有效獨(dú)立的傳感器優(yōu)化布置方法.本文所提出的傳感器優(yōu)化布置方法是以反映節(jié)點(diǎn)自由度模態(tài)應(yīng)變能的系數(shù)來修正反映最大線性無關(guān)的有效獨(dú)立法，使傳感器布置方案進(jìn)一步綜合優(yōu)化。以簡支鋼析架梁橋?yàn)閿?shù)值算例對(duì)本文方法進(jìn)行驗(yàn)證，所得的方案用多種準(zhǔn)則進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果都較好，既能保證測量振型向量的正交性，又能保證擴(kuò)階振型的準(zhǔn)確性，并且有較強(qiáng)的抗噪聲能力，是一種適合橋梁結(jié)構(gòu)的較為理想的傳感器優(yōu)化布置方法?！　? 2.在討論常用于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的幾個(gè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提出了基于灰關(guān)聯(lián)曲率絕對(duì)差的損傷識(shí)別指標(biāo)。該指標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷具有很高的靈敏度，而且僅需低階模態(tài)信息即可獲得很好的識(shí)別效果。同時(shí)，在灰關(guān)聯(lián)曲率絕對(duì)差指標(biāo)的基礎(chǔ)上，本文采用分步識(shí)別法和多樣本平均處理法，用來解決測試模態(tài)不完整和測試噪聲問題。算例分析表明，本文提出的損傷指標(biāo)能較好的識(shí)別出結(jié)構(gòu)損傷，并具有一定的抗噪聲能力。　　 3.在介紹反問題和模型修正方法的基礎(chǔ)上，利用坐標(biāo)模態(tài)保證準(zhǔn)則和頻率構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，提出了基于克隆選擇算法的損傷識(shí)別方法，克服了傳統(tǒng)優(yōu)化算法在計(jì)算中碰到由于梯度矩陣病態(tài)或奇異而使計(jì)算無法完成的現(xiàn)象，提高了計(jì)算效率。對(duì)簡支鋼析架梁橋中設(shè)定的損傷進(jìn)行了識(shí)別研究，結(jié)果表明本文提出的方法能明確的識(shí)別出結(jié)構(gòu)的損傷位置及程度，而且具有較好的抗噪聲能力，適合于實(shí)際工程應(yīng)用。　　 4.提出了基于集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)多級(jí)損傷識(shí)別方法，采用分階段改進(jìn)參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)，分步實(shí)現(xiàn)對(duì)損傷的報(bào)警、定位和程度識(shí)別，克服了單個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的單一局限性，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的泛化能力、降低了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、減少了網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集和訓(xùn)練時(shí)間。數(shù)值模擬的結(jié)果表明，本文提出的基于集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)多級(jí)損傷識(shí)別方法是有效的，而且具有一定的抗噪聲的能力?！　? 5.在金水溝特大橋竣工動(dòng)載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確立了大橋的健康基本狀態(tài)。依托鐵道部科學(xué)研究院金水溝特大橋健康監(jiān)測課題，結(jié)合金水溝特大橋自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其健康監(jiān)測實(shí)施方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用本文提出的三種損傷識(shí)別方法對(duì)金水溝特大橋主梁關(guān)鍵位置所設(shè)定的損傷進(jìn)行無噪聲情況下的識(shí)別研究，比較了三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)?！　? 6.在介紹傳統(tǒng)橋梁綜合評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，將可拓理論應(yīng)用于實(shí)際橋梁工程之中，提出了基于組合權(quán)重的區(qū)間可拓評(píng)價(jià)理論，建立了橋梁狀態(tài)等級(jí)評(píng)定模型。工程實(shí)例表明，本文所提出的評(píng)價(jià)模型能夠?qū)蛄籂顟B(tài)進(jìn)行客觀、可靠的評(píng)價(jià)。

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