矮塔斜拉桥施工状态下结构损伤识别的研究要点.ppt

矮塔斜拉桥施工状态下结构损伤识别的研究 1.研究的背景与意义 我国的土木工程结构损伤识别研究工作起步较晚，直至70年代中期以后，随着抗风、抗震研究的发展，才逐步开始结合可靠性评估和安全维修鉴定进行结构的损伤识别研究。近几年，工程事故的不断增多，另外，受经济危机的影响，为了对经济进行宏观调控，扩大内需，我国的土木工程建设达到了一个新的高度。在这种大环境下，结构损伤识别工作得到了极大的重视。 2004年中山市提出对全市的桥梁情况进行普查，普查数字十分惊人：中山全市目前共有2911座大小桥梁，有786座处于危桥状态。 虽然现在各地区已经注意到对危桥改造，然而2011年整个广东省仍有危桥1000余座。还有部分存在损伤但未被检测出的桥梁。对于损伤的桥梁若不能及时发现并进行评估，很有可能会引起重大事故，造成巨大的经济损失与严重的人员伤亡。因此，损伤识别在现代桥梁健康检测中显得十分重要。 2007年8月13日，湖南凤凰堤溪沱江大桥发生坍塌事故，造成64人死亡，4人受重伤，18人轻伤，直接经济损失3974.7万元。 2010年1月3日14时20分许，由云南建工市政公司承建的昆明新机场配套引桥工程发生垮塌，共造成7人死亡，8人重伤，26人轻伤。 2009年12月24日晚，印度西北部拉贾斯坦邦一座在建河上桥梁发生坍塌，至少致死17人，另有大约50人遭困。 国内外这些在建桥梁发生事故的事例说明，桥梁在施工期的损伤识别与状态监测具有重要意义，不高度重视的话，会引起重大的经济损失与人员伤亡。 2．国内外发展状况 损伤的定义 在外载和环境的作用下，微观结构的缺陷（如微裂纹、微孔洞等）引起了材料或结构的劣化，这个过程称为损伤。 在连续损伤力学中，用 表示损伤程度的大小， 式中A代表构件的横截面积， 代表构件的有效承载面 积。显然 。若 ,说明材料是无损伤的； 若 ，说明材料完全断裂。 损伤检测技术分类 国际上习惯把结构的损伤检测技术分为局部法和整体法两大类。结构损伤识别方法从总体上又可分为静力识别方法和动力识别方法。静力损伤识别法实验时间长，工作量大。需要封闭桥梁交通。除此之外，结构在特定荷载作用下，损伤处未受到明显的影响时，很难识别出损伤存在。动力损伤识别方法中，结构的振动响应信号中包含了大量的信息，且结构振动响应信号的测量相对简单、测试成本相对较低，并且随着计算机技术的飞速发展而使得检测的自动化较为容易，与此同时，振动信号完全可以在结构的工作状态下采集，这就避免了对某些结构进行离线检测所带来的巨大经济损失。 结构损伤识别根据依赖的工具不同，大概分为三类：基于动力学模型的诊断方法、基于信号分析的诊断方法、基于人工智能的诊断方法。随着损伤识别方法的发展进步,目前对非平稳信号分析诊断的主要方法包括小波分析和HHT变换分析。 1 HHT方法 Hilbert-Huang 变换方法首先用EMD方法将信号分解成若干个IMF和一个余项，然后用每一个IMF做Hilbert-Huang 变换，得出各自的瞬时频率和时频图。其中每个IMF满足两个条件： (1)整个数据范围内，极值点个数与过零点次数相等或至多相差一。 (2)任意位置，上包络线和下包络线均值为零。 EMD分解本质属于一种分解的算法，按照算法将原信号 分解成n个固有模态函数和一个余项，最后可表示为： 然后对每个IMF进行Hilbert变换： 则由和构成的解析信号表达式为： 对于一个小波基函数 ，经过伸缩和平移后，得到一个小波序列 式中 ,且 。 称为伸缩因子， 为平移因子。 对于任意的函数 ， ， 表示平方可积 的实数空间，定义下式： 1984年，法国地球物理学家J. Morlet提出了真正意义上的小波，它不仅具有坚实严密的数学理论基础，而且在许多工程实际中得到了广泛的应用。近年来，小波分析也被引入到土木工程结构的损伤识别中来。 Liew和Wang提出应用小波分析进行结构裂纹识别，运用小波分析和传统的特征值理论分别对简支梁进行裂纹诊断。通过比较得出结论：传统特征值分析很难识别的裂纹，小波分析却容易实现。 实际的工程结构及其存在的损伤都是非线性的。Ruzzene等用小波变换对线性系统的频率和阻尼进行识别，并用一个四自由度系统的自由振动响应的数值算例和