桥梁损伤识别方法的研究现状

摘 要：通过回顾大型桥梁损伤识别方法的发展历程，介绍各种桥梁损伤识别方法的大体思路，并通过实验结果的对照得出了各种桥梁损伤识别方法的优点以及不足之处，并在已有的实验条件下讨论了各种测试方法以后发展的方向，从而在现实损伤识别中可以通过现实的测试条件以及测试环境来决定具体的测试方法。虽然桥梁损伤识别方法的研究目前还没有形成比较系统性的规范，以下几种识别方法都能较为准确的测试桥梁损伤的具体情况，在以后的桥梁损伤识别方法的发展中具有非常好的指导性意义。

关键词：桥梁损伤识别振动神经网络空间小波分析曲率模态静载试验汽车动力响应单元模态综述

中图分类号： TU997 文献标识码： A 文章编号：

一引言

通过恰当的方法及时了解桥梁的当前状态，特别是及时发现危及桥梁安全的损伤，是桥梁安全评价的核心问题，一些传统的结构检测方法都以局部无损检测技术为主，尽管目前这种技术可以对某些缺陷进行较为精确的定位，探查，甚至定量分析。但对于隐秘构件的损伤以及大型复杂接哦古的检测则仍是力不从心。以下具体介绍了几种主要的桥梁损伤识别的方法，各种方法具有较强的针对性，利用不同的实验依据对桥梁进行损伤检测都能得出较为精确的实验结果，对于以后桥梁损伤识别方法研究的发展具有良好的指导性作用。

二桥梁损伤识别方法

1 基于振动的桥梁损伤识别方法

随着使用年限的增加，工程结构中桥梁的长期检查仍然是定期人工检查，鉴于定期人工检查的局限性，基于振动的桥梁损伤识别方法逐渐引入现代桥梁损伤识别中来。基于振动的损伤识别方法按照所利用的特性量是否使用结构模型可以分为有模型识别方法和物模型识别方法：无模型损伤识别的方法是通过分析比较直接从振动响应的过程或者相应的傅里叶谱和其他变换得到的特征量，从而识别损伤的方法；有模型识别方法按照求解问题的方法可以分为动力指纹分析法或模式识别方法和模型修正法两类。

2 基于神经网络的桥梁损伤位置识别方法

大型桥梁的损伤检测过程可以分为损伤报警、损伤区域定位、具体损伤构件和损伤程度的识别三个阶段，对桥面结构损伤区域的定位常用的方法是用损伤区域定位指标如莫泰曲率指标、模态柔度指标等来指示损伤区域。由于这些结构指标对测量数据的数量过多的要求，使得这些方法在大型工程结构上的实际应用受到较大的限制，因此神经网络技术在损伤检测中的使用价值得到进一步体现。

3 桥梁损伤检测的曲率模态方法

根据结构动力学理论可知，结构损伤的存在会影响结构的动态特性一般会降低结构的刚度、增大阻尼、改变振动频率与振动模态、引起结构边界条件的变化等，是结构显示出与正常结构相区别的动态特性，因此可以利用结构系统各种模态参数的变化作为特性标识量来诊断结构的损伤。利用曲率模态法进行结构损伤检测之前首先要解决损伤标识量选择问题，用于损伤识别的物理量最好是局域量，并且需要满足两个基本条件：一是对局部损伤敏感；二是位置坐标的单调函数。在试验中必须控制噪声的控制问题，当位移模态噪音小于1%时，噪音的影响不太明显，超过1%时，则损伤位置很难检测出来。

4 利用动静力测量数据的桥梁结构损伤识别方法

模型修正理论的结构损伤在结动力学中最大的困难是结构模态测试数据不完备、结构模型噪声和测量的误差，为借助更多反映结构状况的实测信息，基于振动模态数据的子结构修正法提出来一种联合运用动力和静力量测数据的损伤识别方法，这一方法客服了工程实测中自由度不足的困难。利用静动力测量数据的桥梁损伤识别方法中首先是一种利用结构振动模态数据修正结构刚度的子结构算法（包括基于振动模态数据的子结构修正、基于静力位移量测值的子结构修正和推广的子结构修正法），然后将这一方法推广为同时利用振动模态数据和静力位移量测技术的损伤识别方法。运用缩阶的理论分析模型解决实测自由度不足的问题。最后从对一悬臂梁的损伤仿真试验中证明了利用静动力测量数据的桥梁损伤识别方法在现有测试条件下能够较好的识别结构的损伤，实验结果有较高的可信度。

5 基于过桥汽车动力响应的桥梁损伤识别方法

根据Yang等分析过桥汽车的动力响应可以反映桥梁参数的变化，本文将汽车在车-桥系统中作为传感器的作用的动力响应在时域识别桥梁的损伤。主要是将桥梁等效为等长的欧拉梁单元，汽车等效为单自由度3参数模型，江桥梁各单元抗弯刚度的减小定义为损伤因子。然后根据损伤因子采用最小二乘法和正则化方法可用测试得到汽车加速度响应识别桥梁损伤。实验结果表明，损伤识别的结果对汽车参数变化比较敏感，汽车过桥行驶速度和采样频率对迭代次数有显著影响；损伤识别误差随着桥面不平顺和测试的噪音的增加而加大。

6 基于单元模态应变能法的桥梁结构损伤识别方法

当前国内外对桥梁结构损伤识别的方法有静力法和动力发。基于单元模态应变能法师根据桥梁结构损伤前后动力特征变化的分析，导出单元损伤引起的结构模态振型的改变系数，然后运用结构局部损伤因子法建立单元损伤敏感的指示因子，从而推导出单元损伤前后的单元模态应变能的变化，并对损伤单元与未损伤的单元之前的关系进行了研究。最后以单元模态应变能的变化率作为损伤定位的判别参数，对桥梁结构进行损伤识别。基于单元模态应变能法的桥梁损伤识别对系杆拱桥局部损伤进行识别有较好的识别效果，对于其他桥梁应该在知道损伤前、后的模态振型和单元刚度振型等信息的前提下才可以运用单元模态应变法对其进行损伤识别诊断。

三结束语

桥梁损伤识别方法的研究涉及了振动理论、传感技术、测试技术、系统识别理论、信号分析处理、数据通信、计算机、随机过程和可靠度等多门学科，是一个系统工程。经过多年来的积极探索，国内外许多知名人士已经去得了很多成果。但是由于桥梁结构受到许多不确定因素和复杂工作环境的影响，以及对桥梁在使用年限的工作特性的变化缺乏全面深入的了解因此当前取得的成就和研究还仅仅处于一个基础性探索阶段，距离实用性的系统规范还有很大的差距，因此对于桥梁损伤识别方法的研究还需要新的理论突破及现代科技、材料、信息技术、经济等的进步来促进桥梁损伤识别方法的发展。

参考文献

[1]唐和生，小波基带宽的变化对结构损伤识别的影响[J].同济大学学报（8）

[2]冯忠绪。混凝土搅拌理论与设备[M] .北京：人们交通出版社

[3]崔飞、袁万城、等。基于静态应变及位移测量的结构损伤识别法[J]。同济大学学报，2000,28(2):5-8

[4]朱劲松，肖汝城。基于定期检测与遗传算法的大跨度斜拉桥损伤识别研究[J]。土木工程学报，2006,39（5）：85-89