基于动力特性的桥梁结构损伤识别方法的研究进展

简支梁损伤检测综述陈雪华（郑州大学土木工程学院郑州450001）摘要：该文以50m混凝土箱型简支梁为例，借鉴桩的完整性检测理论以及基于Midas Civil的矩形荷载作用下箱型梁的时程分析，从而判断梁体是否损伤,这种借鉴经理论分析是可行的；从时程分析结果中提取节点2与节点25的加速度，运用MATLAB进行两节点之间的相关关系的分析，分析结果可以为以后桥梁状态分析提供数据。

关键词：简支梁损伤检测时程分析相关性Abstract:Taking a 50-meter simply supported box-shape beam in concrete as an example,and by referring to the theory of pile integrity testing and under rectangular loading , the time-procedure analysis basing on Midas civil of the box-shape,in order to judge whether the beam is damage or not,the reference, which through theoretical analysis,is viable;Extracted acceleration of node 2 and 25 from the results of time-procedure analysis node 2 and 25, we can use MA TLAB to analyze the relationship between the two nodes,which can provide information for the analysis of the future state.Key words: simple beam damage detection time-procedure analysis correlation引言随着科技的快速发展，航空航天结构、土木结构以及机械设备，都在朝着功能齐全化、结构复杂化方向发展。

结构损伤识别方法研究对现有的结构损伤识别方法进行概括，并对其进行简要的介绍。

根据每种方法的特点分析其适用条件和优缺点。

标签：结构损伤识别；神经网络；小波变换0、前言随着社会经济的快速发展，现代化建筑物越修越高，越修越复杂，由于各种自然荷载和人为荷载的不断作用，使得构件内部或构件之间连接出现损伤，这间接导致结构承载力下降，而且结构从投入使用开始就面临着损伤累计的问题，并且这些建筑物服役的年限越来越长，一旦发生事故，将会造成不可估量的人身和财产损失。

一般损伤识别研究主要分为两部分：一是对损伤位置的识别；二是对损伤程度的判断。

1、结构损伤识别的研究现状目前，关于结构损伤识别的问题日益成为国内外的热点问题。

对于工程结构进行损伤研究开始于20世纪40年代，近几十年结构损伤识别的理论研究取得了飞速发展，但在实际工程中的应用却很有限。

结构损伤识别技术基本上可以分为两大类：局部损伤识别和整体损伤识别。

1.1 结构损伤识别的局部法目前常用的局部损伤识别方法有目测法、染色法、声发射法、射线法、磁扰动法等，该法是对结构的局部进行定期检查。

局部损伤识别广泛应用于船舶等领域，但也存在着很多限制和弊端，如：该法只适用于小型结构的损伤检测，而对大型复杂的结构损伤识别并不明显，另外，无法对某些结构实施在线及时的检测。

但将传感器固定在一些重要部件上，对这些部件进行远距离在线检测，较好的弥补了这一缺陷。

该技术广泛应用于航空航天、公路桥梁和民用建筑，其优点是可以直接确定构件的裂纹及其位置。

局部损伤识别技术对于压力容器、油箱等小型有规则的结构能有很好的识别效率，但对于大型、复杂的结构，这种技术用来检测结构的每一部分是不可能的。

因此，局部损伤识别技术仅适用于检测结构的特别部件或局部结构。

1.2 结构损伤识别的整体法结构损伤识别的局部法只适用于小型简单结构的损伤识别，因此基于多学科交叉的原理，得出了损伤识别技术的基础理论。

结构可以看作由刚度、质量、阻尼矩阵组成的力学系统，因此寻求物理参数和模态参数之间的对应关系便成为结构损伤识别的核心问题。

结构损伤识别方法研究进展作者：王燕锋公晋芳来源：《商情》2009年第31期结构损伤识别是健康监测系统核心技术之一。

本文对目前该技术的研究现状及进展进行了回顾与总结。

重点阐述了基于振动的结构损伤识别方法和智能损伤识别方法,对无模型损伤识别的频域法、时域法和小波分析法等也作了一定程度的介绍。

分析了各种方法的优点和不足之处,同时指出了结构损伤识别技术的发展方向和需要解决的问题。

【关键词】结构健康监测损伤识别振动特性模型修正一、基于振动的结构损伤识别方法结构损伤识别技术可分为静态识别方法和基于振动的整体识别方法。

静态识别方法是通过静态测量数据对结构损伤进行识别,而基于振动的识别方法则是运用结构的振动特性对损伤进行识别。

静态识别方法识别结果较为可靠和稳定,但试验时间长、现场工作量大,无法做到实时监控;此外当受损结构在特定荷载作用下变形几乎未受影响时,很难获得理想的识别结果。

而基于振动的结构损伤识别方法应用的条件限制少,效率高,但结构响应信号易受噪声的影响,准确性有待于提高。

结构的损伤识别可分为四个水平:(l)判断结构是否损伤。

(2)确定结构的损伤位置。

(3)定量结构损伤的程度。

(4)预测结构的剩余寿命。

1.基于损伤指标直接比较的损伤识别方法结构损伤引起结构动力特性变化,只要能找到某些反映结构动力特性变化的量,即损伤指标,直接对比其在损伤前后的变化情况即可达到识别损伤的目的。

目前,已经提出了频率、振型、曲率模态、应变模态、模态应变能等各种损伤指标。

最常用的指标是结构的频率。

频率属于系统全局量,局部损伤也可以反映到频率的改变上,但是使用频率作为损伤指标也有其局限性。

第一,结构不同部位的损伤可能造成相近的频率变化,使其不能反映空间结构变化信息。

第二,结构频率的变化对于结构损伤,尤其是早期的低水平损伤很不敏感。

相对频率而言,模态振型的变化对损伤较为敏感,早期的大多数方法是基于直接比较模态振型。

相对于位移模态,应变模态对结构损伤较为敏感。

总759期第二十五期2021年9月河南科技Journal of Henan Science and Technology结构损伤识别研究进展综述杨汉青（华北水利水电大学，河南郑州450045）摘要：房屋或桥梁等大型建筑物在服役期间或灾后会产生损伤，日积月累则会产生安全隐患，危害人们的生命和财产安全，因此对结构的损伤情况进行识别具有非常重要的工程价值和实际意义。

目前，国内外在结构损伤识别领域已经获得了很多优秀的研究成果。

本文主要从基于静力参数的损伤识别方法、基于动力指纹的损伤识别方法以及基于智能算法的损伤识别方法3个方面对结构损伤识别方法进行综述。

关键词：静力参数；动力指纹；损伤识别；智能算法中图分类号：TU317；TU399文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）25-0107-03 Review on Research Progress of Structural Damage IdentificationYANG Hanqing（North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou Henan450045）Abstract:Large buildings such as bridges will be damaged during service or after disasters.Over time,they will pro⁃duce potential safety hazards and endanger people's life and property safety.Therefore,the identification of structural damage has very important engineering value and practical significance.At present,many excellent research results have been made in the field of structural damage identification at home and abroad.This paper mainly summarized the structural damage identification methods from three aspects:the damage identification method based on static pa⁃rameters,the damage identification method based on dynamic fingerprint and the damage identification method based on intelligent algorithmKeywords:static parameters；dynamic fingerprints；damage identification；intelligent algorithm房屋或桥梁等大型建筑物在服役期间或灾后会产生损伤。

基于损伤性能函数的桥梁结构损伤识别陈东军;李天华;彭凯;张可佳;林洁琼;白文英【摘要】以梁板桥为研究对象,分别建立完好和带裂缝板的有限元模型,计算出随机行车激励的多种移动载荷工况下控制点的加速度时程响应.对加速度时程进行时域内微元分段,开展频谱分析得到频谱图,形成以概率统计算法处理具有不确定性的损伤识别问题的方法.基于板损伤后固有频率降低的概率意义和各个工况下指征频率的统计特征,构建板损伤识别的性能函数.用损伤性能函数表达结构损伤状态,计算不同结构损伤状态的概率.计算结果与结构开裂及裂纹延伸发展趋势一致.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)010【总页数】8页(P1-7,20)【关键词】桥梁工程;板梁桥;行车激励;指征频率;性能函数;损伤识别【作者】陈东军;李天华;彭凯;张可佳;林洁琼;白文英【作者单位】重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;中建新疆建工路桥工程有限公司,新疆乌鲁木齐830054;新疆城建试验检测有限公司,新疆乌鲁木齐830000;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;新疆城建试验检测有限公司,新疆乌鲁木齐830000;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;新疆城建试验检测有限公司,新疆乌鲁木齐830000【正文语种】中文【中图分类】U448.2310 引言结构局部损伤会导致结构单元/构件的刚度下降，引起识别出的结构动力特性如自振频率、模态振形等发生相应变化，从而可以通过结构动力特性的测定实现结构动力损伤识别[1]。

根据对结构损伤识别过程中随机因素的不同处理，结构动力损伤识别可以大体分为确定性方法和不确定性方法。

目前结构动力损伤识别大多是在确定性动力激励条件下基于模态分析、模型修正或时域数据分析的确定性方法[2-3]。

事实上，由于外部荷载、结构自身几何物理性质、测试系统、环境因素以及分析模型等均不可避免地包含随机性，结构损伤识别必然带有不确定性，使得确定性识别方法对于结构早期损伤、局部损伤识别的可靠性和鲁棒性难尽人意[4]。

基于振动分析的桥梁结构损伤识别技术桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其结构的安全性和可靠性至关重要。

随着时间的推移、交通流量的增加以及环境因素的影响，桥梁结构可能会出现各种损伤，如裂缝、腐蚀、疲劳等。

这些损伤如果不能及时被发现和修复，可能会导致桥梁结构的性能下降，甚至引发严重的安全事故。

因此，如何有效地识别桥梁结构的损伤，成为了桥梁工程领域的一个重要研究课题。

振动分析作为一种无损检测技术，在桥梁结构损伤识别中得到了广泛的应用。

振动分析的基本原理是基于结构的动力特性，如固有频率、振型和阻尼比等，与结构的物理参数（如质量、刚度和阻尼）之间的关系。

当桥梁结构发生损伤时，其物理参数会发生变化，从而导致结构的动力特性也发生改变。

通过测量和分析桥梁结构在振动激励下的响应，可以获取其动力特性，并与未损伤时的基准数据进行对比，从而判断结构是否存在损伤以及损伤的位置和程度。

在基于振动分析的桥梁结构损伤识别中，常用的振动激励方式包括自然激励（如风、交通荷载等）和人工激励（如锤击、激振器等）。

自然激励通常是免费的，但激励信号的随机性较大，不利于数据分析。

人工激励可以提供更可控和更具重复性的激励信号，但需要专门的设备和操作，成本较高。

测量桥梁结构振动响应的传感器主要有加速度传感器、位移传感器和速度传感器等。

加速度传感器由于其测量精度高、响应速度快等优点，在桥梁结构振动测量中应用最为广泛。

传感器的布置方案对于获取准确和全面的振动响应数据至关重要。

一般来说，传感器应布置在结构的关键部位，如跨中、支座处、节点等，以捕捉结构的主要振动模态。

在获取了桥梁结构的振动响应数据后，需要对数据进行预处理和分析。

预处理包括去除噪声、滤波、积分和微分等操作，以提高数据的质量和可用性。

数据分析的方法主要有频域分析和时域分析两种。

频域分析通过对振动响应数据进行傅里叶变换，得到结构的频谱特性，从而识别结构的固有频率和振型。

时域分析则直接对振动响应的时间历程进行分析，如通过时域信号的特征提取、系统识别等方法来判断结构的损伤。

基于动力指纹识别桥梁损伤检测方法研究在现代交通建设中，桥梁作为重要的基础设施，其健康状况直接关系到人民生命财产的安全。

然而，由于长期承受自然环境的侵蚀和车辆荷载的冲击，桥梁结构不可避免地会出现损伤。

因此，如何及时发现并准确评估这些损伤，成为了工程界亟待解决的问题。

本文将探讨一种基于动力指纹识别的桥梁损伤检测方法，旨在为桥梁健康管理提供新的思路。

首先，让我们来了解一下什么是动力指纹。

在物理学中，每个物体都有其独特的振动特性，这就像人的指纹一样独一无二。

桥梁作为一个复杂的结构体系，其在受到外力作用时产生的振动响应也具有特定的模式。

这种模式就是桥梁的动力指纹。

通过分析桥梁的动力指纹，我们可以获取其结构的健康状况信息。

然而，要捕捉到这些微妙的振动信号并非易事。

传统的检测方法往往需要大量的传感器布置在桥梁的关键部位，这不仅耗时耗力，而且可能对桥梁结构造成二次损害。

相比之下，基于动力指纹的检测方法则更为高效和安全。

它通过少量的传感器采集桥梁在不同状态下的振动数据，然后利用先进的信号处理技术提取出反映结构损伤特征的动力指纹信息。

接下来，我们来谈谈这种方法的优势。

首先，它具有很高的灵敏度和准确性。

即使是微小的结构变化也能在动力指纹中体现出来，从而使得损伤能够在早期被发现。

其次，这种方法具有很强的适应性。

无论是钢筋混凝土桥梁还是钢结构桥梁，无论是简支梁还是连续梁，都能通过动力指纹进行有效的损伤检测。

此外，它还具有很好的实时性。

与传统的定期检测相比，基于动力指纹的方法可以实时监测桥梁的工作状态，及时发现潜在的安全隐患。

当然，任何技术都不是完美的。

基于动力指纹的桥梁损伤检测方法也面临着一些挑战。

例如，如何确保采集到的数据质量、如何处理海量的数据以及如何建立准确的损伤判别标准等问题都需要进一步的研究和解决。

但我相信，随着科技的不断进步和研究的深入，这些问题终将得到克服。

最后，我想强调的是，桥梁的安全不仅仅是技术人员的责任，更是全社会共同关注的问题。