移动荷载下桥梁的损伤识别

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。

桥梁结构健康安全监测与损伤识别技术Bridge Structural Health & Safety Monitoring and Damage Identification李乔单德山唐亮内容❖桥梁事故❖结构健康监测（SHM）的基本涵义❖SHM基本架构❖SHM系统设计❖SHM实例❖西南交通大学BSHM的解决方案❖SHM的发展趋势❖近年来，桥梁垮塌事故时有发生；❖桥毁人亡的灾难性安全事故，使人民生命财产蒙受巨大损失，也造成恶劣的社会影响；❖在GOOGLE中搜索“桥梁&事故”，有1,430,000项之多符合搜索结果；❖1999年1月4日，重庆市纂江县彩虹桥整体垮塌；死亡40余人❖2000年8月27日，台湾省高屏大桥突然拦腰断裂；导致17辆汽车坠落高屏溪，22人受伤。

❖2001年11月7日，四川宜宾小南门金沙江大桥两端先后发生断裂❖2004年6月10日，辽宁田庄台辽河大桥整跨断裂❖2006年12月09日，位于北京顺义城北潮白河支流减河上的悬索桥，在荷载试验时全桥坍塌❖2007年10月23日，包头市民族东路至丹(东)拉(萨)高速公路包头出口的高架桥发生倾斜坍塌。

美国：北京时间2007年8月2日7时10分)，美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的一座桥梁发生坍塌。

至少7人死亡，数十人受伤桥梁事故❖2009年6月29日凌晨2时34分左右，铁力市西大桥发生垮塌，至少有6辆货车坠入呼兰河，7人死亡。

❖垮塌的大桥建于1973年，1997年曾进行安全维修。

桥梁事故❖2009年7月15日1时33分，津晋高速公路港塘收费站800米外匝道桥坍塌，5辆载货车坠落，造成6人死亡，4人受伤。

❖上述桥梁垮塌实例均在正常运营过程中发生❖桥梁垮塌不仅国家造成了巨大的经济损失，而且给人们带来的恐惧的回忆，更给遇难者亲属带来难以磨灭的疤痕❖这不得不引起社会对这些事故的深思……❖桥梁作为客观存在有它特有的生命周期过程，它的“生老病死”如同人类一样，是客观自然规律。

桥梁结构损伤识别研究综述摘要：首先阐述了桥梁结构损伤识别在桥梁结构中的重要性，介绍了国内外桥梁结构损伤识别研究现状，在此基础上，又介绍了用于桥梁结构的各种损伤识别方法和存在的问题，最后提出了桥梁结构损伤识别的发展方向。

关键词：损伤识别，桥梁结构，神经网络，曲率模态引言桥梁结构在长期使用过程中会发生各种损伤，导致桥梁结构的承载能力的降低，甚至会导致桥梁的倒塌，造成巨大的经济损失和人员伤亡。

为了保证桥梁的安全性，需要及时的发现桥梁结构存在的损伤情况。

目前，桥梁结构损伤识别已经成为国内外研究的热点。

1 国内外桥梁结构损伤识别研究现状损伤识别最早用在航天及机械领域并得到了广泛的研究，在健康监测引起普遍关注的同时被应用在桥梁领域。

鉴于桥梁所处环境的复杂性及结构特性的随机性，桥梁的损伤识别目前还没有一个统一的标准或准则参考，实际的应用也较少，但还是取得了一些成就。

自70年代以来，随着振动测试和分析技术的发展，国际上广泛开展了应用振动技术对机器设备与工程结构进行损伤识别和监测的研究。

近年来，国外学者在利用振动模态分析理论进行结构损伤识别方面开展了大量的研究工作，提出了各种各样的识别方法。

早期，主要是以Vandiver和Begg[9]等的研究工作为基础，根据模态频率的变化来探测桥梁结构的损伤。

Spyrakos[5]进行了一系列的桥梁模型试验，分别测试了模型梁在不同类型、位置和程度损伤条件下的低频自振特性，发现一定水平的损伤与结构动态特性有确定的相关性，但是仅用频率改变作为结构损伤因子是不充分的。

Aktan等则从结构静力柔度阵出发，根据桥梁载重汽车静力测试结果，通过对比观测模态柔度和静力测试柔度，评估了模态柔度作为损伤指针的可靠性。

除了这些较为零星的工作以外，美国通过I-40桥梁项目和Alamosa峡谷项目，对桥粱健康诊断中的结构损伤识别方法进行了系统的研究，试验结果表明振型关于结构损伤识别伤较为敏感。

Stubbs等[8]也对I-40桥进行了损伤识别的研究，利用振型曲率计算了结构局部应变能，通过应变能的改变来识别桥梁的损伤。

桥梁结构损伤检测方法综述摘要：目前科学技术正在不断提高，全球交通发展迅猛，在这其中，桥梁的发展显得尤为重要。

桥梁是交通运输中不可或缺的组成部分，因此，保证桥梁结构的安全是保证交通系统正常安全运行的重要前提。

随着我国桥梁建设的数量越来越多，为了确保桥梁的安全性，桥梁结构的损伤检测的重要性就显而易见了。

笔者通过阅读大量相关文献，在本文中介绍了当前桥梁的常规检测内容和常用的桥梁结构损伤识别和检测方法及现有的检测技术，以便为行业相关从业人员提供参考。

关键词：桥梁结构；损伤；检测1 引言桥梁在交通建设中起到了相当重要的连接作用，桥梁在很多地区都为交通建设降低了建设成本，缩短了两地之间的建设距离。

桥梁工程建成投入使用后，随着使用时间的不断增加，车辆等荷载的重压次数不断增加，桥梁结构也会随之损伤而发生破坏。

如果对桥梁结构的损伤部位和损伤程度不清楚，就会容易导致桥梁垮塌等严重事故的发生，造成不可挽回的损失。

因此，为了使桥梁能够更加安全可靠的使用，就必须对桥梁结构的损伤有一个清晰的认识。

因此可以采用桥梁结构的损伤检测技术对桥梁结构的损坏程度进行检测，从而提出有效的解决措施，采用相应的技术方法对桥梁进行维护和保养，保证桥梁结构的安全运行，延长桥梁结构的使用寿命，提高其运营能力。

2 桥梁检测的常用方法宋春华在《桥梁结构的损伤检测技术》一文中将桥梁检测方法分为桥梁结构局部损伤的检测技术和桥梁结构的全部损伤的检测技术两大类[1]。

2.1 桥梁结构局部损伤的检测技术局部损伤结构的检测是一种细观的方法，能够准确衡量桥梁的损伤程度。

（1）红外线法桥梁结构在使用过程中，会在外部荷载与内力的双重作用下产生裂缝等病害，从而造成混凝土表面出现剥离的现象，同时发生局部损伤的部位会发生温度变化。

因此，可以使用红外线对桥梁结构的温度进行测试，从而检测出桥梁局部损伤的程度。

由此可见，局部损伤可以改变桥梁结构局部位置的温度，而红外线测试能够及时地捕捉到温度变化的信息，检测出桥梁结构内部损伤的情况。

基于预处理共轭梯度法的桥梁移动荷载识别陈震;余岭;朱军华【期刊名称】《长江科学院院报》【年(卷),期】2008(025)002【摘要】时域法(TDM)是移动荷载识别最有效的方法之一,它通过桥梁时域测量响应,间接识别桥梁移动荷载.针对时域法(TDM)有时识别精度较低、受噪声干扰的影响较大等问题,提出采用预处理共轭梯度法(PCGM)识别桥梁移动荷载.以两轴时变移动荷载识别为例,进行数值仿真研究,得到不同噪声水平下预处理共轭梯度法和时域法的识别结果.通过比较2种方法的识别精度,可以发现预处理共轭梯度法具有识别精度高、抗噪能力强、收敛速度快、初始参数设置少等优点,特别当仅仅采用弯矩响应识别移动荷载时,其识别精度仍然很高,这为移动荷载识别方法的实际应用打下了基础.【总页数】4页(P69-71,83)【作者】陈震;余岭;朱军华【作者单位】暨南大学,重大工程灾害与控制教育部重点实验室,广州,510632;长江科学院,水利部岩土力学与工程重点实验室;武汉大学,土木建筑工程学院,武汉,430072;暨南大学,重大工程灾害与控制教育部重点实验室,广州,510632;长江科学院,水利部岩土力学与工程重点实验室;暨南大学,重大工程灾害与控制教育部重点实验室,广州,510632;长江科学院,水利部岩土力学与工程重点实验室【正文语种】中文【中图分类】O327;TU311【相关文献】1.基于荷载形函数的大跨桥梁结构移动荷载识别 [J], 王蕾;侯吉林;欧进萍2.在移动荷载作用下基于小波包变换的桥梁损伤识别 [J], 赵冶;朱信群;王海良3.预处理最小二乘QR分解法识别桥梁移动荷载的优化分析及试验研究 [J], 陈震;王震;余岭;邵文达4.在移动荷载作用下基于小波包变换的桥梁损伤识别 [J], 赵冶;朱信群;王海良;;5.基于BP神经网络的桥梁移动荷载识别精度 [J], 赵煜;李冉冉;周勇军;田瑞欣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

桥梁结构损伤识别理论研究关键词：损伤；识别；动力指纹；模型修正摘要：本文研究了桥梁结构损伤识别的动力指纹法和模型修正法。

对四类动力指纹的基本理论及其在工程中的应用进行研究，并比较了其优缺点。

提出了模型修正法损伤识别的一般程序，并研究其在工程中的应用。

最后指出在损伤识别中需进一步研究的问题和发展的方向。

一、前言桥梁结构在长达几十年、甚至上百年的服役过程中，由于荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应及材料老化等各种不利因素的影响，将不可避免地产生累积损伤、抗力衰减、功能退化，甚至会导致突发事故。

[1]为保障桥梁结构的安全性、适用性和耐久性，防患于未然，需对既有桥梁结构采取有效的手段来监测和评估其健康状态，使其能更好地为经济建设服务。

二、结构损伤识别技术概述[2][3]损伤识别技术可分为局部损伤识别技术和整体损伤识别技术。

局部识别技术依靠成熟的无损检测技术对特定的部件进行检测，判断是否有损伤及损伤程度，而整体识别技术试图评价整体结构的状态。

局部损伤识别技术主要有以下几种:直接量取构件的几何尺寸、测量构件的材料强度和弹性模量等物理参数；射线、光干涉、超声波和电磁学监测等技术；传感器测试技术。

结构可以看作是由刚度、质量、阻尼矩阵组成的力学系统，结构损伤后，其模态参数也随之发生改变。

整体损伤识别技术就是通过特征参数的改变来识别结构损伤。

整体损伤识别技术常见的分类方法有：根据采用数据的来源分为基于动态测试和基于静态测试的损伤识别法；根据是否反演分为动力指纹法和模型修正法。

本文研究只针对第二种分类。

三、基于动力指纹的损伤识别理论研究结构动力指纹是通过结构动力测试得到的，并且能够反映出结构固有特性的指标。

动力指纹法损伤识别法是基于现代模式识别理论发展起来的，是一种无反演的识别方法。

其识别过程是按照模式识别的基本理论构造各种损伤情况下的基本模式向量，然后将实际模型向量与基本模式向量进行比较，得到结构的损伤位置和损伤程度。

常用的动力指纹可分成四大类[4]:传递特性类动力指纹、复杂函数类动力指纹、传递曲率类动力指纹和特征参数类动力指纹。

三跨变高度连续梁桥的精确损伤识别桥梁损伤识别常用的方法有动态法和静态法。

动态识别法多是基于频率、振型、模态曲率、频响参数等[1-5]开展的损伤识别,但这些动态识别法大多在数据采集过程中都对外界环境(如温度、风速、铁路等干扰)、传感器精度等要求较高。

静态识别法多是基于一些损伤识别指标来识别出结构的部分损伤信息[6-8],如基于跨中位移差值指标对简支梁的损伤识别[9]和基于竖向支座反力差值指标对两跨等刚度连续梁桥进行的损伤识别[10],还有是依靠局部抗弯刚度的变化来进行损伤识别[11]。

但这些方法都是针对一跨、两跨的等高度梁结构,对变高度的结构涉及不多,而在实际工程中三跨变高度的连续梁居多。

目前也有学者基于振型模态测量建立了损伤识别指标[12],但该方法仅用于抗弯刚度连续变化的梁结构。

还有一些基于统计分析[13]或模糊逻辑[14]的损伤识别方法,但研究机理尚不明确。

可见,如果能够给出一套既具有理论支持,操作性又强的损伤识别方法是十分必要的。

本文结合损伤前、后变高度连续梁桥局部刚度变化的特点,基于傅里叶级数理论和数值积分法,解决了变高度连续梁桥局部损伤后刚度具有突变性和离散性在解析计算中不好处理的难题。

同时，建立了变高度连续梁桥的损伤识别模型,给出了三跨变高度连续梁桥的损伤识别方法和具体的加载流程。

在实际桥梁检测中,只要获得中支座反力二次差值数据,就能识别出三跨变高度连续梁的具体损伤位置、损伤范围等信息。

1 加载流程与作用位置将无损伤的空间连续梁结构简化为二维梁结构,并且三跨连续梁结构在尺寸上与中跨跨中O-O′截面完全对称,见图1。

图1 三跨连续梁图与荷载作用位置根据梁长和中跨跨中截面位置,将图1中的梁对称于O-O′轴进行等距分段,每段长度均为m。

在图1中,1、2、…、n-1、n、(n-1)′、…、2′、1′点处为移动荷载F的依次作用位置。

图1中a和a′、a+m和a′-m关于O-O′轴对称,a、a′为移动变量。

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。