基于列车—桥梁耦合振动响应的桥梁损伤识别方法研究
目前常用的桥梁损伤检测方法往往需要进行中断交通、封闭桥梁，导致检测时间多局限于凌晨区段进行，以避免对交通运输造成影响，对于一些交通非常繁忙的线路，中断交通是很难实现的。因此如何在不影响桥梁正常营运的前提下，对桥梁进行评估诊断是目前世界各国工程界最为关心的研究议题之一。 使用工作状态下桥梁结构振动信号识别桥梁损伤无须中断交通，而且利于长期健康监测。本研究对基于车桥耦合振动分析的桥梁损伤诊断方法进行了研究，主要研究工作和成果如下: (1)使用了一种利用过桥车辆响应而不是桥梁响应来识别桥梁频率的方法，并设计了一个3跨连续梁和一个1∶10的模型车辆来验证这一方法。结果证明通过车辆响应的功率谱可以识别出桥梁频率。 (2)分析了桥梁和车辆位移、速度、加速度等响应对桥梁损伤的敏感性。使用少量桥梁或车辆测点的时域响应，通过灵敏度方法来识别桥梁结构损伤和支座变化，并分析了不同参数对识别结果的影响。讨论了桥梁单元较多时的一些特殊处理方法（如单元缩减、结果可视化等）。 (3)定义了桥梁振动能量密度的概念，并以此为参考量，提出了一种利用车激桥梁振动能量密度灵敏度识别桥梁损伤的方法，改善了使用响应灵敏度方法没有充分利用各测点联系以及计算量过大的缺点，同时能够很大程度的抑制个别测点的高水平噪声。在此基础上进一步提出了加窗能量密度的概念，不但提高了结果的精度，而且很大程度的减少了运算量。 (4)提出了一种利用车激桥梁响应互相关函数灵敏度识别桥梁损伤的方法，通过记录设置在桥梁上的两个测点的加速度响应，比较桥梁损伤前后两点响应的互相关函数的变化值，使用灵敏度方法来识别桥梁损伤。使用互相关函数灵敏度方法可以提高识别结果的准确性，而且计算较简单，收敛速度较快，同时能够很大程度的抑制测点的高水平噪声，对桥梁多单元损伤也有较好的识别结果。 (5)研究了两种小波灵敏度方法来识别桥梁损伤，它们分别使用了桥梁的离散小波和小波包分解分量。这两种灵敏度方法都很大程度的提高了识别结果的精度，并大大缩短了运算时间。同时还探讨了直接对车-桥响应进行连续小波变换来识别桥梁损伤的无模型损伤识别方法。 (6)初步探讨了当车辆某参数值不确定时基于桥梁在线振动响应的桥梁损伤识别方法。通过计算损伤识别结果对随机车辆参数的灵敏度并由此得到损伤因子的数学期望及方差，进一步得到各单元的损伤因子可能分布区间。
桥梁工程;损伤识别;振动信号;灵敏度
北京交通大学
博士
桥梁与隧道工程
夏禾
2013
中文
U441.3
225
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）