【摘 要】
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桥梁结构安全是日常交通出行安全的基础,而桥梁结构在长时间的运营期间内将会经历各种荷载的耦合作用及老化问题,这些问题将可能导致桥梁结构出现损伤,甚至导致桥梁安全事故发生。因此,桥梁结构健康监测及损伤识别已成为当下研究热点问题,基于车桥耦合作用下的桥梁振动响应损伤识别的研究方法备受国内外学者关注,且已取得了显著成就。这种方法直接利用移动车辆作为桥梁结构的激励荷载,应用传感器实测桥梁振动响应,作为桥梁结
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桥梁结构安全是日常交通出行安全的基础,而桥梁结构在长时间的运营期间内将会经历各种荷载的耦合作用及老化问题,这些问题将可能导致桥梁结构出现损伤,甚至导致桥梁安全事故发生。因此,桥梁结构健康监测及损伤识别已成为当下研究热点问题,基于车桥耦合作用下的桥梁振动响应损伤识别的研究方法备受国内外学者关注,且已取得了显著成就。这种方法直接利用移动车辆作为桥梁结构的激励荷载,应用传感器实测桥梁振动响应,作为桥梁结构健康状况评定的依据。本文为解决车桥耦合作用下桥梁振动响应用于解决桥梁损伤识别的问题,进行了如下研究工作:（1）对三种车桥耦合经典计算模型的基本理论进行深入研究,并详细推导其计算过程。在此基础上推导出综合位移计算公式,利用综合位移构建出结构损伤指标综合位移差（Comprehensive Displacement Difference,CDD）及综合位移曲率差（Comprehensive Displacement Curvature Difference,CDCD）。建立简支梁桥有限元模型作为损伤识别的数值算例,在有限元模型中预设不同的损伤工况,用于验证损伤指标CDD、CDCD在简支梁桥中损伤识别的有效性及精度。通过数值算例证明构建的损伤指标CDD可用于桥梁结构整体损伤定性分析,能够初步定位到损伤位置处;损伤指标CDCD可用于桥梁结构局部损伤精确分析,可精确定位到桥梁结构损伤位置处。为验证局部损伤识别指标CDCD定量分析的精度,以及多点损伤工况中对附近损伤单元的干扰,应用曲线拟合的方法对简支梁桥单点损伤模拟数据进行曲线拟合分析,用于验证多点损伤程度分析,并引入相对误差作为判定标准。证明当损伤程度大于等于20%时,运用曲线拟合的方法可有效进行损伤定量分析,相对误差可控制在10%以内。（2）为验证损伤指标CDD、CDCD在对不同结构、不同受力形式的桥型进行损伤识别的适应性及有效性,建立斜拉桥有限元模型并设置不同工况进行损伤识别分析,证明损伤指标对斜拉桥进行损伤识别同样适用。为验证损伤指标CDD、CDCD的抗噪性能,引入高斯白噪声模拟环境噪声,分别设置不同信噪比强度的噪声环境工况,利用损伤指标CDD、CDCD对不同强度的噪声工况中采集到的信号进行损伤识别,证明损伤指标具有较好的抗噪性。在信噪比为40d B～60d B的噪声环境中损伤指标可精确定位到损伤位置,噪声对损伤指标基本无干扰。因在10d B～20d B的噪声环境中损伤指标进行损伤识别受到严重干扰,故提出应用粒子群算法优化变分模态分解算法并结合小波阈值对分解信号进行降噪处理,用于降低噪声对损伤识别带来的干扰,提高损伤指标的识别精度。证明经PSO-VMD降噪处理后损伤指标可在10d B～20d B噪声环境中精确定位到损伤位置处,但当损伤程度低于10%还是会有轻微干扰。（3）为验证损伤指标CDD、CDCD在实际环境中的应用性能,采用铝制箱梁进行移动车辆作用下桥梁振动响应分析室内试验。通过在铝制箱梁上开口模拟结构损伤,获取损伤结构与无损伤结构在小车激励作用下的振动信息,按步进行结构损伤识别分析。证明损伤指标可有效定位到损伤位置处,且受到环境噪声干扰较小;当损伤程度为20%时,应用曲线拟合的方法进行损伤定量的方法可将相对误差控制在15%以内。
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