基于多模型方法的橋梁結(jié)構(gòu)識(shí)別研究中文摘要

如何科學(xué)地評(píng)估服役橋梁結(jié)構(gòu)的性能是工程領(lǐng)域遇到的難題之一，而基于橋梁靜動(dòng)力實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)識(shí)別是解決這個(gè)難題的最好的途徑。由于傳統(tǒng)的單模型結(jié)構(gòu)識(shí)別理論在面臨多種誤差來源時(shí)存在著局限性，成功的橋梁結(jié)構(gòu)識(shí)別例子不多且應(yīng)用前景并不為橋梁管理部門所看好。本研究將在分析結(jié)構(gòu)識(shí)別中誤差來源的基礎(chǔ)上用多模型的方法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)識(shí)別研究，用來探索提高橋梁結(jié)構(gòu)性能評(píng)估及決策的可靠性問題。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括，基于橋梁模型碎片庫的交互式編程的建模研究，基于最大熵原理的多模型結(jié)構(gòu)傳感器最優(yōu)布設(shè)方法，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的多模型分類和甄選，以及基于貝葉斯統(tǒng)計(jì)理論的多模型結(jié)構(gòu)反應(yīng)預(yù)測。構(gòu)造的科學(xué)問題是通過融合建模、傳感器優(yōu)化布置、數(shù)據(jù)挖掘和貝葉斯統(tǒng)計(jì)方法，利用多模型結(jié)構(gòu)識(shí)別方法科學(xué)地評(píng)估橋梁性能并提供決策支持。該研究對(duì)闡明多模型結(jié)構(gòu)識(shí)別原理和提高結(jié)構(gòu)識(shí)別的可靠性有著重要意義。

由于傳統(tǒng)的單模型結(jié)構(gòu)識(shí)別理論在面臨多種誤差來源時(shí)存在著局限性，本研究將在分析結(jié)構(gòu)識(shí)別中誤差來源的基礎(chǔ)上用多模型的方法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)識(shí)別研究，用來探索提高橋梁結(jié)構(gòu)性能評(píng)估及決策的可靠性問題。為深入研究該問題，對(duì)一系列實(shí)驗(yàn)室和工程實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試和理論分析， (1) 對(duì)一根鋼筋混凝土簡支梁進(jìn)行了一系列靜動(dòng)力試驗(yàn)，模態(tài)柔度能綜合全面地反映鋼筋混凝土簡支梁的損傷位置和損傷程度。 鋼筋混凝土簡支梁的邊界條件對(duì)模態(tài)參數(shù)影響大，基于Strand7 API-Matlab交互訪問修正不同損傷工況簡支梁的物理參數(shù)，獲得鋼筋混凝土簡支梁的剛度梯形退化曲線。 (2) 對(duì)一根鋼筋混凝土連續(xù)梁進(jìn)行了靜動(dòng)力測試，選取混凝土的彈性模量和密度、中間支座剛度及端部支座剛度4個(gè)模型碎片建立了10000個(gè)有限元模型，研究模型碎片的靈敏度和位移測點(diǎn)熵值排序，并運(yùn)用靜力位移和模態(tài)頻率進(jìn)行基于誤差閾值的多模型甄選。 (3) 設(shè)計(jì)一組空框架、粘土磚框架和填充墻框架的對(duì)比試驗(yàn)，分別研究填充墻的附加質(zhì)量和附加剛度對(duì)鋼筋混凝土框架模態(tài)參數(shù)的影響。 (4) 對(duì)一座實(shí)驗(yàn)室鋼-混凝土組合板進(jìn)行脈沖錘擊測試實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)了三種損傷工況，通過對(duì)比結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)柔度位移信息，成功實(shí)現(xiàn)了組合板的損傷識(shí)別。然后，通過靜力加載造成試驗(yàn)板的靜力損傷，利用模態(tài)柔度方法成功地識(shí)別出靜力損傷的位置和損傷程度。并基于Strand7有限元軟件和Matlab應(yīng)用程序的API交互訪問技術(shù)對(duì)鋼-混凝土組合板結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模型修正。 (5) 對(duì)廣西來賓市高層建筑進(jìn)行動(dòng)力測試。三種隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)分析方法被用來進(jìn)行工作模態(tài)分析，獲得高層建筑的前12階模態(tài)參數(shù)。 在Sap2000中建立使用斜撐和殼體來考慮填充墻剛度的兩種模型，并使用動(dòng)力測試數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，然后進(jìn)行振型反應(yīng)分解譜分析并與PKPM模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，來探討現(xiàn)行規(guī)范中周期折減系數(shù)的合理性。 (6) 對(duì)拱橋結(jié)構(gòu)來華大橋進(jìn)行了隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)橋面板和拱肋進(jìn)行了隨機(jī)激勵(lì)測試。通過頻域CMIF方法和隨機(jī)子空間的SSI方法對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行了識(shí)別。建立橋梁三維有限元模型，并對(duì)有限元模型參數(shù)進(jìn)行修正來減小理論和試驗(yàn)之間的差值。最終對(duì)橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)來比較模型校驗(yàn)前后差別。 2100433B

陳孝珍. 基于靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究[D].華中科技大學(xué),2005.2100433B

我國橋梁結(jié)構(gòu)正面臨復(fù)雜服役環(huán)境和多災(zāi)害荷載共同作用所導(dǎo)致的損傷加速演化的進(jìn)程，應(yīng)該 治結(jié)構(gòu)之未病、防患于未然。本課題試圖將橋梁健康監(jiān)測和結(jié)構(gòu)多尺度損傷預(yù)后結(jié)合起來，研究橋梁結(jié)構(gòu)多尺度損傷預(yù)后過程中環(huán)境因素和結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性描述，研究橋梁結(jié)構(gòu)多尺度損傷模擬、損傷模型修正及模型確認(rèn)方法，建立基于模型的橋梁結(jié)構(gòu)多尺度損傷預(yù)后方法；進(jìn)一步地，研究基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)損傷預(yù)后方法，建立聯(lián)合基于模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的橋梁結(jié)構(gòu)多尺度損傷預(yù)后綜合方法；以獨(dú)塔斜拉橋模型的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和實(shí)橋健康監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)，來驗(yàn)證上述多尺度損傷預(yù)后方法的有效性和可靠性。本課題研究成果可用于預(yù)測預(yù)報(bào)橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性和潛在損傷的危害，指導(dǎo)橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策，對(duì)橋梁健康監(jiān)測和安全評(píng)估具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身及模擬的很多不確定性、監(jiān)測系統(tǒng)測量誤差和噪聲干擾等復(fù)雜因素，給橋梁結(jié)構(gòu)的早期損傷識(shí)別帶來很大的困難，使之成為橋梁健康監(jiān)測和安全評(píng)估的瓶頸。基于模型確認(rèn)的橋梁結(jié)構(gòu)概率損傷識(shí)別方法研究課題，緊密結(jié)合橋梁健康監(jiān)測，研究能夠反映橋梁結(jié)構(gòu)損傷局部化特點(diǎn)的敏感損傷特征指標(biāo)及其統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律；結(jié)合有限元模型確認(rèn)技術(shù)和概率統(tǒng)計(jì)方法，研究基于確認(rèn)有限元模型的橋梁結(jié)構(gòu)概率損傷診斷方法；以混凝土簡支梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋模型的地震模擬振動(dòng)臺(tái)損傷試驗(yàn)來驗(yàn)證方法的有效性，同時(shí)結(jié)合實(shí)橋健康監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)，探索實(shí)橋早期損傷診斷的可行性。本課題研究可以應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、損傷識(shí)別和安全評(píng)估，對(duì)于橋梁健康監(jiān)測具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。