[發(fā)明專利]車輛荷載下基于位移時程面積的結(jié)構(gòu)快速損傷識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510040708.4
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104568493B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪萬;胡夏閩;江雨辰;曹陽
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 徐激波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種橋梁結(jié)構(gòu)損傷的識別方法，具體是指一種車輛荷載下基于位移時程面積的結(jié)構(gòu)快速損傷識別方法。

背景技術(shù)

隨著新材料和施工技術(shù)的飛速發(fā)展，我國在橋梁建設(shè)方面取得的成就舉世矚目，然而這些國家生命線工程在材料老化、環(huán)境侵蝕效應(yīng)、運營荷載效應(yīng)、長期荷載疲勞效應(yīng)、地震、臺風(fēng)等因素的耦合作用下將不可避免引起結(jié)構(gòu)的損傷積累和抗力衰減，從而導(dǎo)致其安全性能和正常使用功能降低，甚至在未有明顯征兆的情況下引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。

這些橋梁安全事故的持續(xù)發(fā)生，不僅造成了巨大的人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且給國家生命線工程帶來了惡劣的社會影響。因此，為了保障結(jié)構(gòu)的正常使用功能、安全性、耐久性和突發(fā)事故的有效預(yù)警和災(zāi)變應(yīng)急控制能力，已建成的和即將建設(shè)的橋梁工程亟需進(jìn)行有效的監(jiān)測并及時地診斷其損傷狀況，在必要的情況下進(jìn)行必要的預(yù)警以控制損傷的發(fā)展和及時的修復(fù)。

目前，橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法大體分為兩種，第一，基于靜態(tài)響應(yīng)(位移、應(yīng)變等)的損傷識別方法；第二，基于振動的損傷識別方法。基于靜態(tài)響應(yīng)的損傷識別方法原理是：在橋梁結(jié)構(gòu)上施加靜態(tài)車輛荷載，通過分析控制荷載下結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或撓度進(jìn)行損傷識別。基于振動的損傷識別方法原理是通過對目標(biāo)結(jié)構(gòu)布置振動傳感器，通過分析振動數(shù)據(jù)進(jìn)而提取出橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性(頻率、阻尼比、模態(tài))，對比橋梁在損傷前后的動力特性進(jìn)行損傷識別，在此基礎(chǔ)上，發(fā)展出一系列基于振動的損傷識別方法(基于自振頻率的方法、基于位移模態(tài)的方法、基于曲率模態(tài)的方法、基于柔度的方法、基于應(yīng)變能的方法)，這些方法存在的缺點如下：

(1)基于靜態(tài)響應(yīng)的損傷識別方法需要中斷橋梁交通，在實際操作中很難做到這一點。

(2)由于橋梁的實際激勵大小及形式是未知的，在提取橋梁動力特性的過程中，通常假定環(huán)境激勵(車輛、風(fēng)、地脈動)滿足白噪聲的理想分布，但是由于實際激勵的復(fù)雜性，往往這個假定不能成立，導(dǎo)致動力特性參數(shù)的識別值和真實值存在誤差，進(jìn)而影響損傷識別的精度。

(3)在車輛荷載激勵下提取出來的動力特性往往是橋梁-車輛耦合作用下的振動特性，并不是橋梁本身的動力特性，因此，對于承受車輛荷載比較大的橋梁(如鐵路橋梁)，基于振動的損傷識別方法精度會受到比較大的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種車輛荷載下基于位移時程面積的結(jié)構(gòu)快速損傷識別方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種車輛荷載下基于位移時程面積的結(jié)構(gòu)快速損傷識別方法，包括結(jié)構(gòu)損傷有無的判斷方法和結(jié)構(gòu)損傷定位方法，步驟分別如下：

一、結(jié)構(gòu)損傷有無的判斷方法步驟

步驟1：在目標(biāo)結(jié)構(gòu)的跨中布設(shè)一個位移傳感器，測試移動荷載作用下結(jié)構(gòu)跨中位移響應(yīng)時程d_m(t)，其中荷載總重速度為v；

對于橋梁結(jié)構(gòu),跨度為l，其中移動荷載的參數(shù)如下：共有n個軸，軸重分別為P₁,P₂…P_i,P_n，速度為v；

移動荷載經(jīng)過橋梁的整個過程中，令跨中截面m的位移響應(yīng)為d_m(x)(跨中截面m隨著移動荷載位置x變化所對應(yīng)的位移)，與之對應(yīng)的跨中截面m的位移響應(yīng)時程為d_m(t)(跨中截面m隨著時間t變化所對應(yīng)的位移)，其中d_m(x)可以表達(dá)為

式中d_i，i＝1～n，為移動荷載的第i個軸距第1個軸之間的距離，其中d₁＝0，f_m(x)為單位力作用下截面m處的位移影響線，且和結(jié)構(gòu)的整體剛度EI相關(guān)，x為第1個軸距左邊支座的距離；

步驟2：計算跨中位移響應(yīng)時程面積

把公式(1)左右部分分別沿著結(jié)構(gòu)長度方向積分得到

令其為截面m的位移影響線與x軸圍成的面積，只和結(jié)構(gòu)的整體剛度EI相關(guān)，是結(jié)構(gòu)的本質(zhì)屬性，和外部荷載無關(guān)；

公式(2)進(jìn)一步表示為

其中v為移動荷載的速度，t₀為第一個軸剛進(jìn)入結(jié)構(gòu)的時刻，t_n為最后一個軸，即第n個軸，剛離開結(jié)構(gòu)的時刻，其中其為截面m的位移時程的面積，其中橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為位移；