連續(xù)鋼桁梁橋的損傷診斷分析.pdf

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1、第27卷第2期華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)V01．27No．22010年6月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Jun．2010連續(xù)鋼桁梁橋的損傷診斷分析魏保立，董曉馬，魏錦輝(1．鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，河南鄭州450015)摘要：現(xiàn)階段的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)已經(jīng)從理論分析轉(zhuǎn)到實(shí)際應(yīng)用，對(duì)于橋梁監(jiān)測(cè)來說，橋梁的損傷診斷特別是舊橋(或服役橋梁)的損傷診斷是其重要的組成部分。橋梁結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境比較復(fù)雜，其自身受環(huán)境影響又比較大，探究一種合理的、可行的橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷方

2、法成為當(dāng)務(wù)之急。本文針對(duì)蕪湖長(zhǎng)江大橋連續(xù)鋼桁梁橋部分進(jìn)行動(dòng)力特性分析，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以頻率和振型動(dòng)力特性參數(shù)對(duì)連續(xù)鋼桁梁進(jìn)行了損傷辨識(shí)、損傷定位和損傷標(biāo)定，并對(duì)損傷診斷結(jié)果進(jìn)行了討論，指出三階段診斷方法在復(fù)雜橋梁損傷診斷中具有診斷概念明確、操作簡(jiǎn)便、實(shí)際可行性的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：連續(xù)鋼桁梁橋；動(dòng)力特性；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；損傷診斷中圖分類號(hào)：U446文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672~037(2010)02-0063-04橋梁結(jié)構(gòu)的損傷診斷對(duì)于橋梁的耐久性和安設(shè)在主桁節(jié)點(diǎn)處，縱梁間距2．3～2．75m。橋面全性具有

3、重要作用，而基于振動(dòng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷系均采用工型構(gòu)件，公路橫梁高1356mm，縱梁高診斷技術(shù)¨在近年來得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)1076mm；鐵路橫梁高2161lTlm，縱梁高14801Tim。用，國(guó)內(nèi)的許多研究者對(duì)橋梁的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行過公路橋面板通過M22剪力鍵栓釘與主桁上弦桿前期理論研究。這幾年規(guī)模較大的橋梁都進(jìn)行了及公路縱橫梁上翼緣相結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所損傷檢測(cè)研究，如青馬大橋、汲水門大橋和潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)示。江大橋等，并在損傷檢測(cè)的基礎(chǔ)上準(zhǔn)備進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)安全評(píng)2結(jié)構(gòu)的損傷辨識(shí)價(jià)川也

4、隨之應(yīng)運(yùn)而生，長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必定要以損傷診斷或狀態(tài)評(píng)估為基礎(chǔ)，只有對(duì)橋梁結(jié)本文建立了面向損傷檢測(cè)的三維有限元模構(gòu)健康狀態(tài)合理的評(píng)估才能使投資巨大的監(jiān)測(cè)系型，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。該三維有限統(tǒng)發(fā)揮有效的作用。本文以連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)槔?，元模型?yīng)用環(huán)境振動(dòng)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了多方面對(duì)損傷診斷進(jìn)行研究，旨在探究一種方便可行的校正，保證了模型能夠較準(zhǔn)確地反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的橋梁診斷方法。動(dòng)力學(xué)特性，然后，基于校正后的有限模型計(jì)算了健康結(jié)構(gòu)的動(dòng)力桴陛和模擬了多種損傷情況下的1連續(xù)鋼桁梁橋簡(jiǎn)介動(dòng)力特性。由于橋梁結(jié)構(gòu)包含上

5、千多個(gè)構(gòu)件，直接識(shí)別具體的損傷構(gòu)件是困難的，因此，采用了三本文引用文獻(xiàn)[9]中的板桁結(jié)合式連續(xù)鋼桁階段分步識(shí)別策略。首先診斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了損梁結(jié)構(gòu)，桁高14in，桁寬12．5m，節(jié)間長(zhǎng)度12m，傷；如果發(fā)生了損傷，則確定損傷發(fā)生的區(qū)域。最采用無豎桿的三角形桁式，在支點(diǎn)處設(shè)置強(qiáng)勁的后，以損傷區(qū)段為研究對(duì)象，指出具體的損傷構(gòu)件橋門架，不設(shè)中間橫聯(lián)，桿件采用焊接整體節(jié)點(diǎn)連和損傷程度。為此，根據(jù)連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以兩接。連續(xù)鋼桁梁下層為雙線鐵路，上層為4車道個(gè)節(jié)間作為一個(gè)區(qū)段，將橋梁結(jié)構(gòu)劃分為18個(gè)區(qū)公路橋面

6、，兩側(cè)設(shè)1．8m人行道，公路橋面寬21．段，如圖1所示。71TI。公路橋面系為縱橫梁體系，橫梁間距121TI，收稿日期：2009~1-01作者簡(jiǎn)介：魏保立(1978一)，男，河南鄭州人，講師，碩士，研究方向?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與損傷診斷,ciilblwei@163．。。?；痦?xiàng)目：中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司航空科學(xué)基金(2008ZA55004)?！?4·華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)2010芷區(qū)段1區(qū)段2區(qū)段3一區(qū)段l6區(qū)段17區(qū)段18E247群圖1連續(xù)梁橋區(qū)段劃分和節(jié)點(diǎn)編號(hào)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練階段，輸入向量由健康結(jié)

7、構(gòu)的若個(gè)相互獨(dú)立的、正態(tài)分布的隨機(jī)序列數(shù)來模擬實(shí)干自振頻率組成，一般為由多次測(cè)量而獲得的向測(cè)數(shù)據(jù)，即：量序列。輸出目標(biāo)Y定義如下Y=Yi(1+尺)(5)Y=(—mf)OL+m(1)式中，Y為考慮誤差后的測(cè)量數(shù)據(jù)；Yi為未損傷式中，為正常數(shù)為輸入向量廠的第i個(gè)元素；或某一損傷模式類的理論分析模態(tài)參數(shù)；R是均為的平均值。值為0、偏差為1的正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)；占為范圍屬網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完成后，將訓(xùn)練用的輸入向量廠再于[0，1]的隨機(jī)數(shù)。次輸人上面已經(jīng)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)，其輸出記為Y，每個(gè)損傷模式樣本及無損傷模式樣本都隨機(jī)于是

8、訓(xùn)練階段奇異指標(biāo)定義如下：產(chǎn)生200個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，每個(gè)樣本的輸出按照式(1)計(jì)算，形成一系列樣本數(shù)據(jù)集。其中訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集采用無損傷的模式產(chǎn)生的A(Y)=(2)200個(gè)數(shù)據(jù)，而檢驗(yàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢驗(yàn)樣本則用18在檢測(cè)階段，檢測(cè)數(shù)據(jù)作為新的輸入模式個(gè)損傷模式樣本產(chǎn)生的樣本集，每個(gè)樣本集有輸入給訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)，記產(chǎn)生的輸出為Y，相應(yīng)200個(gè)數(shù)據(jù)。的得到檢測(cè)階段的奇異指標(biāo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用三層BP網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)楸疚乃鶚?gòu)造的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入向量為大橋模型前八階頻率