桥梁健康监测阅读笔记.docx
- 文档编号:23586988
- 上传时间:2023-05-18
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:121.67KB
桥梁健康监测阅读笔记.docx
《桥梁健康监测阅读笔记.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《桥梁健康监测阅读笔记.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
桥梁健康监测阅读笔记
桥梁数字化时代-健康监测
第一篇桥梁健康监测关键技术研究2006
桥梁结构健康监测与安全评价是指对桥梁结构及其工作环境进行实时监测。
并利用监测得到的信息分析结构的健康状况、评价大桥承受静、动态荷载的能力和结构的安全可靠性,为运营及管理决策提供依据。
通过桥梁健康监测不但可以客观地了解桥梁的工作现状、正确地评估桥梁的承载能力、为桥梁的安全营运提供指导,而且对于验证和改进结构设计理论与规范,提高大跨桥梁的检测、维护与管理决策效率,促进我国大型桥梁结构的研究与发展具有重要的意义.
桥梁健康监测系统就是通过对桥梁结构进行无损检铡,实时监测结构的整体行为,对结构的损伤位置和程度进行诊断,对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估,为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严熏异常时触发预警信号,为桥梁的维修、养护与管理决策提供依据和指导。
作为一多学科交叉的综合体系,其理论覆盖到振动理论、测试技术、系统辨识理论、信号分析与处理技术、计算机技术、随机过程和可靠度等多门学科.大跨度桥梁智能健康监测系统的研究涉及测试、分析及决策等多个学科,
理论核心是基于振动的损伤识别技术。
1、桥梁健康监测系统的基本构成
桥梁健康监测系统所涉及的研究领域和科学知识比较多,各领域的发展都比较快,一般可划分为以下几个子系统:
(1)传感系统
传感系统主要指用于结构长期监测的各类传感器等的数据测量仪器装置,包括应变计、位移计、加速度计、温度计、地震仪、动态地秤等,以及相应的接口设备等,主要完成健康监测各种信号的拾取和转换功能。
(2)信号采集系统
系统的硬件设备主要包括安装在大桥上的各类放大器、传输光缆以及计算机等,主要将传感器输出的信号进行采集、结构现场至中央控制室的数据传输和存储。
信号的传输方式有直接电缆传输和无线传输两种.
(3)数据处理与分析系统
包括各种数字信号的处理,如数字滤波、消除噪声、统计分析和参数识别等,主要是从采集到的各种原始数据信息中提取出有用的信息,为结构损伤识别和状态评估提供充分必要的数据信息。
此过程一般是编制好相应的软件程序,在数据采集的同时同步完成。
(4)评估系统
通过监测到的各种数据信息,结合理论分析模型、专家经验、大桥本身特点及相关的规范文件,应用各种有效的评估手段对结构的健康状态做出评估,评价结构的强度储备和可靠度,预测结构的剩余寿命,并提出维修养护决策。
(5)数据管理系统
对处理后的各种原始数据及后续分析的结果数据建立专门的数据库进行存储,并实现结构相关信息的可视化和决策数据库的智能化,实现对结构状态的实时跟踪,对异常情况具有实时报警功能,为决策管理提供信息数据支持,从而提高桥梁的管理水平。
(6)报警与通讯系统
通讯系统除了将采集到的数据信息传输到监控中心,还可通过电话线和解调器连接到internet上,实现方便真正的远程传输、监测和报警的功能。
通讯系统有有线通讯和无线通讯两种。
桥梁结构的健康监测包括结构的状态监测和损伤诊断两个既有密切的联系又互有区别的过程。
2、研究方法
①时域法主要缺点是:
时域内许多信号特征往往被过滤掉或失真,许多有用的信号可能被其它幅值更大的,无用的信号所掩盖.
频域法缺点是:
离散傅里叶变换对信号所做的周期性假设可能导致信号失真。
②基于测试指标的方法(结构动力指纹法即定义了损伤识别指标后,将它当作结构动力指纹,通过比较完好状态与受损状态下的结构动力指纹来识别损伤。
A.如等人提出的频率比法和整体损伤估计法。
saIawn总结了只用固有频率的方法不能唯一确定损伤的位置,因为长度相近,但位置不同的裂纹会产生相同程度的频率改变。
00则用阻尼和频率的变化加上结构未损伤前的振型得到损伤位置和大小.也有以前四阶固有频率作为损伤指标的函数来进行识别;另外还有振型差法及振型(位移)一阶、二阶导数函数衍生的应变模态法和曲率模成法等。
B.测试频率和振型的方法:
该类方法既测试固有频率也测试振型,其识别、评估结构损伤的能力相对较强,但工作量大,也不可能测得所有振型。
C.使用其它测试响应:
如s等人提出FRF波形。
这些方法的发展先后次序不同,对不同结构,不同损伤形式的诊断效果也不尽相同,这是由指纹所依据理论的完美度,结构形式和测试质量所决定的。
如对于对称结构频率改变对应的损伤位置可能并不唯一;F等人的比较研究表明,能量损伤指纹综合诊断能力最好,但C亦发现其在识别具有不同损伤度的多个损伤时,倾向于仅辨识具有最大损伤度的位置。
总的来讲,指纹类方法无需反演,简单易行,在一定程度上能识别损伤,但定位的能力,特别是对多个损伤位置的识别,还不能说可靠,理论上也存在一定闯题;能反映局部特征,并较多使用测试信息的指纹,损伤诊断能力较强。
③损伤诊断的模型修正法
该类方法使用动力测试资料,基本运动方程和有限元模型构造优化约束问题,不断修正结构模型的质量、刚度与阻尼分布(通常为刚度阵),使其响应尽可能地接近由测试得到的结构动态响应,通过修正模型矩阵与基本模型相对比,实现对结构损伤的诊断.Dcing将其分为4大类,实际上对于土木工程而言可分成两类:
非单元修正法和单元修正法.前者以Bamch的优化矩阵修正法为代表,特点是精度高,但由于是整体修正,修正量扩散至Ⅱ各个矩阵元素,丧失了修正的物理意义,不适合在结构损伤诊断中应用.后者以矩阵排列法和敏感度法为代表,其重要特点是能以单位或结构参数为修正目标,修正量具有物理意义。
总的来讲,模型修正类损伤诊断法由于实际测试模态的不完备性和有限元模型问的矛盾,一个最大的问题是要进行非适定问题的线性或非线性反演,另外尚需解决建模不确定性及噪声干扰等问题。
解决的一些途径包括:
a.对不完备模态进行扩阶(基于保持结构矩阵相连性的理由,不推荐使用模型缩聚法);b.在模型修正中结合统计理论考虑建模误差和损5试误差的影响;c.与指纹法或其它方法相结合,为模型修正提供先验信息,减少计算量,提高损伤识别的准确度;d.注意扩阶带来的数学约束不能准确描述结构损伤过程中系统物理形态的真实变化,而使得预测与实验结果之间缺乏一致相合关系。
桥梁结构健康监测的主要任务就是如何找到损伤的特征描述,并利用其进行损伤诊断和结构安全度的评估。
2、桥梁结构健康监测存在的问题
由于健康监测系统本身的多学科性和各学科间的交叉复杂性,以及桥梁结构
和环境影响的随机性、不确定性等,使得目前桥梁健康监测系统还存在很多不足,有很多得难题还有待进一步的研究、开发和完善:
(1)智能传感器或传感元件的研究。
智能元件在航空、航天和机械等行业已取得了比较好的结果,但在桥梁健康监铡方面还有很多工作,如光纤光栅传感器的耐久性、相容性和大应变等问题值得进一步研究。
(2)传感器的优化布设的研究。
目前桥梁健康监测中还缺乏统一有效的传感器优化布设的算法,大多采用传统的经验方法。
(3)大量监测原始数据的及时、实时和有效的处理。
实时监测所带来的最大的问题就是大量的原始数据的及时、有效的处理,从中提取后续分析有用的参数和能及时报警。
现阶段多数系统都未能很好的解决这一问题,导致大量的数据积压、数据处理滞后导致延误报警等。
(4)系统本身的稳定性、可靠性和抗干扰性。
监测系统由众多的电子产品构成,费用昂贵,受环境变化的影响很大,保证系统本身的长期、有效、稳定、可靠就显得尤为重要。
(5)桥梁结构损伤诊断理论方法的研究.目前结构损伤诊断的方法有多种,但结构性能的变化(如损伤)对结构指纹(如模态频率、振型等)的变化不敏感。
(6)参数识别的研究。
复杂的环境因素对结构参数的测量产生消极影响,从而降低其测量精度。
(7)关于桥梁健康监测目前还没有统一的规范和标准。
由于桥梁结构健康监测起步相对较晚,而且由于文本本身的多学科性和复杂性,目前还不具备建立统一规范和标准的条件。
3、光纤的基本结构与原理
光导纤维是工作在光波波段的一种介质波导,通常是圆柱形。
它能把以光的形式出现的电磁波能量利用全反射的原理约束在其界面内,并引导光波沿着光纤轴线的方向前进.光纤的基本原理是全反射现象。
光纤的纤芯折射率n.略大于保护层的折射率n,.根据几何光学可知,当光从纤芯入射到保护层时,光的入射角小于折射角,入射的光纤一部分发生反射,一部分发生折射;当射入光的入射角大于某一临界值见时,入射光将不产生折射而全部被反射,这就是全反射现象,这样大大提高了光纤传输光信号的效率.光信号在光纤中传输的损耗理论上在O.2dB/km以下。
按传输模式的数量可以将光纤分为单模光纤和多模光纤,单模光纤常被用来制作光纤光栅,单模光纤纤芯真径为2-12μm。
不管如何分类,光纤总是能够将光封闭在光路中,从空间的某一点传输到另一点。
优点:
能避免电磁场的干扰,电绝缘性好;耐久性好,具有抵抗包括高温在内的恶劣环境及化学侵蚀的能力:
质量轻,体积小,对结构影响小,易于布置;既可以实现点测量,也可以实现分布式测量;可以实现绝对测量;节省测试导线,只用一根线就可以传送结构状态信号:
信号、数据可多路传输,便于与计算机链接,单位长度上信号衰减小;灵敏度高,精度高;频率宽,信噪比高.
光纤光栅传感器的工作原理是直接或借助某种装置将被测量的变化转化为光纤光栅上的应变或温度变化,从而引起光纤光栅布拉格中心波长的变化,通过建立并标定光纤光栅中心波长的变化与被测量的关系,就可以由光纤布拉格中心波长的变化计算出被测量的值。
这种测量方法思路简单,操作方便,很容易为广大工程技术人员和科研人员接受。
4、无线监测系统
桥梁无线监测,是指利用无线网络和信息融合等技术,使用无线传感系统替代传统有线传感系统,实现传感器和中心数据采集系统之间的直接通讯。
无线监测系统网络布设比有线监测系统灵活,是桥梁健康监测的一个发展方向。
无线监测系统主要由以下部分构成:
(1)能进行数.模转换的传感器;
(2)无线数据传输;
(3)能源:
(4)激励源。
无线监测系统的传感器多采用最近发展较快的性能优良、体积小、功能强的MEMS传感器,该传感器的低造价和低功耗促进了无线监测的发展。
激励源利用桥梁的载荷和环境激励如风雨激振等,有着无须中断交通和不必额外加载的优点.由于无线监测传感器模块无法通过传输线从外界获取能量,因此该系统的自身供能问题是一个重要环节。
5、无线数字传输
无线数字传输系统主要由数据的采集发送端和接收处理端构成。
采集发送端主要以AVR单片机作为控制处理核心(该单片机自身具有模数转换功能块),还包括有传感器,信号调理电路及数据发送模块.接收处理端则主要以计算机作为控制及数据处理核心。
还包括有将TTL转换为RS232接口电平的转换模块及数据接收模块。
无线传输技术基带信号的形式可以分为两大类,一类是模拟信号传输,另一类是数字传输。
模拟传输直接用调理后的传感器的输出信号(基带信号)调制载波信号,经过功率放大后,通过无线发射出去。
其优点是通过信道的信号频谱比较窄,信道利用率高;缺点是由于基带信号是连续的,混入噪声干扰后不易清除,抗干扰能力差。
而数字传输是将调理后的传感器的输出信号转换为数字信号后再调制发送。
由于所传送的信号只有高低电平两个取值,即使收到的波形出现一定失真,仍可能解调出正确的原始信号,因此数字传输的抗干扰能力强。
由于桥梁健康监测的环境复杂,干扰源较多,信号容易受到干扰,因此本系统采用抗干扰性能好的数字信号传输方式。
6、无线供能
无线供能的首要选择就是能把周围环境资源的能量转化为电能的自我更新的能量供应器。
桥梁环境中可利用的能量源有;
(1)光能,如太阳光;
(2)热能:
(3)河水的流动能;(4)风能;(5)机械能,如车辆的运动或桥梁的振动能。
这些能源中除(5)机械能外存在着构造复杂、造价高、能量源不稳定、桥梁某些部位能量不充足等缺点,所以与车辆载荷有关的机械能是首要选择。
把振动的机械能转化为电能,利用车辆载荷压力的新型压电陶瓷电源;
振动供能、压电供能
三、位移基准
用传感器测量有限点的位移,需要首先解决的一个问题是:
找出桥梁在无荷载状态时的位移状态,这个状态即是桥梁的基准位移。
四、研究展望
(1)传感器测点的优化布置,是结构各种信息来源的重要保障.如何合理布置各种不同类型和一定数量的传感器,目前还没有统一的或规范的规定,还需针对具体的结构类型、健康监测策略以及其它具体问题而定;
(2)基于光栅光纤的传感器的研制以及基于微电子和微型机械技术的无线传感器的研制,需要进一步提高其精确性、耐久性和测量范围;
(3)海量数据的采集、传输、管理和处理,需进行数据库技术的进一步研究。
(4)位移基准的确立目前仍然处理理论研究状态,限于实际监测中仪器精度等问题,还没有在实际的桥梁健康中推广。
(5)目前仍然没有一个确定的带宽优化理论被证明是最优的.需要更进一步的理论研究。
(6)关于桥梁健康监测目前还没有同意的规范和标准。
由于桥梁结构健康监测起步相对较晚,而且由于文本本身的多学科性和复杂性,目前还不具备建立同意规范和标准的条件。
第二篇我国大跨度桥梁结构健康监测系统研究与应用现状
1、我国大跨度桥梁结构健康监测系统的特点
1.1结构健康监测系统的目标
与国外大桥的结构健康监测系统相同,我国建立的大跨度桥梁结构健康监测系统通常有如下目标:
(1)全面获取桥梁运营状况的信息,用来评估结构的安全性、耐久性和使用性;
(2)对设计假定和设计荷载进行验证,为完善设计规范提供依据;
(3)为桥梁养护、维修和管理的决策提供依据。
桥梁的结构健康监测系统一般具有以下功能:
(1)能够自动实时监测环境条件和桥梁结构的物理及几何状态,如荷载和关键构件的物理特性等,向管理部门传送监测结果的数据和图表;
(2)能够跟踪监测结构状态并对桥梁结构的异常反应做出紧急警报;
(3)能够评估结构的静力和动力安全性、耐久性和使用性,并对结构异常进行识别,为大桥的维护管理决策提供依据。
监测内容主要依据桥梁的物理特性、结构特性以及桥址环境状况而定。
桥梁的几何状态和静力动力响应、环境和交通状况都是结构健康监测的监测对象。
国内外一些大跨度桥梁已经安装了桥梁监测系统。
然而,目前已建的监测系统的实际效果还有许多不尽如人意之处。
由于现有监测技术和费用的限制,要监测与结构退化以及结构安全性相关的所有重要部位是不可能的。
另外,在桥梁结构的真实状况和所测得的参数之间尚难以建立令人满意的对应关系,如何以有限的测点尽量获取与结构退化及安全性真正相关的信息,以及如何有效利用这些信息来评估结构状态仍是大家所关注的研究难点。
1.2,国内健康监测系统具有以下特点:
(1)一般来说,一个大跨度桥梁的健康监测系统由少则50、多则300个以上的传感器测点组成,其费用约占到桥梁总造价的0.5%"--2.0%;
(2)监测系统的设计理念越来越侧重于为桥梁的养护管理提供支撑,偏重监测内容和技术而轻视测试数据处理和评价的设计方案越来越不易被桥梁业主所接受;
(3)健康监测系统本身的耐久性受到重视,要求传感器和其他硬件具有可更换性,并且更换时不能影响到数据采集的连续性;
(4)成桥后的结构健康监测系统与施工控制的监测系统相结合,监测数据内容前伸到施工阶段;
(5)结构状态评估子系统和评估软件的水平有所提高,配套的专家组也被视为桥梁结构健康监测系统用户的重要人员构成之一。
3、新型传感、传输和系统集成技术的研发现状
3.1光纤光栅(FBG)传感技术
在几种光纤传感技术中,布拉格光纤光栅(FBG)传感技术在桥梁工程领域中应用最广也最为成熟。
国内光纤光栅技术的研究和开发除了围绕光纤光栅传感技术的原理以及调制解调技术外,针对光纤光栅传感器封装技术、在钢或混凝土结构测试中的适用性等也开展了许多工作。
目前的光纤光栅传感器以应变和温度测试为主,与传统的传感器相比,光纤光栅应变传感器的抗电磁干扰能力、抗零漂能力、可重复性都更令人满意。
光纤光栅传感技术已被应用在土木结构物的监测中。
如2003年,FBG传感器被用来监测卢浦大桥应变;深圳会议中心大厅安装了350个FBG传感器来监测钢结构的应变和温度变化,这是目前单项工程中使用FBG传感器数量最多的系统。
然而,光纤光栅传感器的种类目前还不够丰富,后端的解调装置价格昂贵制约了该技术的应用推广。
此外,光纤传感材料的耐久性还有待考证。
3.2全球卫星定位系统(GPS)技术
对于大跨度桥梁,其变形、挠度、沉降等绝对位移量的量测仍是一个技术难题。
GPS是一个可供选择的技术,近年来,国内的相关研究与应用主要包括GPS网络设计原理及提高测量精度的算法。
目前,在中国内地,有几座大桥已经安装了GPS系统,可以在施工阶段和运营阶段测量桥梁的变形。
广东省的虎门大桥最先采用了从法国引进的GPS系统,平面位移精度可达10mm,采样频率为l~10Hz。
济南黄河大桥和东海大桥等也采用GPS系统进行长期几何变形监测。
在香港,青马大桥、汲水门大桥、汀九大桥等也都安装了GPS传感器进行监测。
但目前GPS技术的位移量测精度仍然不够理想,特别是在海洋环境下精度会进一步下降,其动态测试的响应频率也有待提高。
另外,设备的费用昂贵,测点不可能布置太多。
3.3拉索应力测试技术
拉索和吊杆是索承重桥梁结构的重要构件,对拉索应力及断丝状态的监测是一项十分重要的监测内容,但目前的技术手段尚不能满足要求。
近来国内较为关注的新传感技术有磁通量(EM)传感器和声发射(AE)传感器。
2004年,钱江四桥采用了磁通量(EM)传感器对其吊杆应力和拉力进行了监测,测点总数27。
国内一些拉索生产企业也与国外合作进行了一些研究开发和产品化工作。
但该技术应用于实际桥梁的经验还不足,现场的标定也有一定的难度。
声发射(AE)传感器近来在国外已有试用于桥梁拉索断丝监测的报道,但对利用连续的声学监测来探测索中损伤的方法的适用性仍存有争议。
声发射被期望能够用来探测单索丝的自发性腐蚀和疲劳破坏,但目前,在国内这种技术仍然处在研究和试验阶段。
3.4疲劳传感技术
钢结构桥梁的疲劳监测也是一项重要内容。
被称为疲劳应变计的传感器能够记录钢构件中应变的循环变化,从而反映其疲劳特性。
这种技术已在航空航天领域采用较多,目前逐渐移植到土木工程领域中来,特别是用来监测桥梁钢箱梁的疲劳。
但与航空航天结构物相比,正常运营状态下的桥梁钢结构应力幅较低,要让该技术适用予桥梁结构,如何增大被测体的应力幅是个技术关键。
3.5无线网络传输技术
现代通信技术发展非常迅速,无线网络传输技术一旦在桥梁健康监测系统中得到应用,将会给桥梁监测系统技术带来革命性的变化。
因此,无线传感技术、无线网络传输技术在结构健康监测的应用研究在国内外都得到充分的重视。
国外目前研究较多的是智能型传感器和无线通信技术相结合的无线传感技术,如美国提出的“BerkeleyMote”平台等。
另一方面,即使采用传统的传感器,如果能以无线网络代替或部分代替传统的有线网络,也将是一个很大的突破。
最近,国内学者提出了利用公共无线网络的无线传感技术,并解决了多通道传感器的数据采集同步问题和数据传输时的丢失问题,实现了多通道传感器数据的准实时无线传输。
利用这种无线传输技术,在移动通信网络覆盖的地方就能实现多通道测量,并且随着公共无线网络的升级,其技术性能可同步提升。
无线网络传输技术的进展和实用化是值得今后继续关注的热点。
3.6系统集成技术
大型桥梁结构健康监测系统越来越趋于复杂和大型化,它包括了结构工程、材料、传感、通信等多学科,系统的集成技术显得越来越重要。
我国国家自然科学基金已设立了重点课题,今后几年将对相关的集成技术展开研究。
4数据采集、信号处理和结构状态评估方法研究进展
桥梁结构健康监测一般包括:
数据采集,信号处理和结构状态评估,近年来国内的科研人员在跟踪国外最新研究成果的基础上,以实际工程应用为背景,针对相关问题进行了大量的研究。
4.1数据采集测点布置方法
数据采集包括传感器类型和数量的确定,测点的布置,以及数据获取、存储和传输硬件设备以及数据采集频率的确定等内容。
现有的研究表明,虽然传感器的优化布置可通过敏感性分析方法、基于遗传算法的分析技术或信息矩阵处理技术来确定,但针对结构健康检测的最实用的方法还是根据桥型进行经验判断来确定传感器的优化布置,并同时综合考虑经济原则。
4.2信号处理和信息提取技术
利用结构监测获得的测量数据直接评估结构的健康状况不仅效率低,而且评估结果不可靠,因而通常的做法是先利用信号处理技术从结构监测数据中提取出物理意义明确并对结构损伤敏感的状态指标,再基于这些状态指标进行结构损伤评估。
4.2.1信号处理技术
结构健康监测量测到的一般是时域信号,时域信号处理技术不会引致信息损失,因此受到了广泛关注。
时域模态分析方法主要包括随机子空间识别技术、特征系统实现算法和Prony技术。
时域技术的主要优势在于可在激振力未知的情况下完成多模态的同步识别[5]。
通过傅立叶变换,时域响应信号能够被转换为频域信号,如功率谱密度函数等。
基于功率谱密度函数,可采用峰值提取或频谱分解的方法来估计结构动态参数。
和傅立叶变换分析信号的稳态成分不同,时频域分析可以分析时域信号中的非稳态成分。
常用的时频域分析工具有短时傅立叶变换,Wigner—Vill变换,小波变换以及希尔波特黄变换。
采用这些时频域分析技术的优点在于可以提取信号中的时变特征,从而追踪结构损伤导致的状态变化。
4.2.2状态指标
在基于振动的结构健康监测中,最常用的指标是模态参数(如共振频率、阻尼比和振型向量)。
研究表明,结构共振频率会因结构损伤而减小,因此可被用于结构损伤识别;振型向量是空间分布向量,所以它提供的信息可以用来定位损伤位置。
动力测量的结构参数(例如刚度矩阵、柔度矩阵和阻尼矩阵)也可作为损伤指标。
其中,最常用的是柔度矩阵,它被定义为结构刚度矩阵的逆,也就是单位力作用下的结构位移。
由于柔度矩阵和结构单元刚度之间呈线性关系,利用这种方法,可以直接判断结构损伤。
柔度方法的优点在于它只需要低阶的模态参数就可得到令人满意的结果。
结构指纹响应作为可以体现结构健康状况的物理量,而被视为第三类状态指标。
常用的指纹响应包括:
(1)时域脉冲响应函数;
(2)频域反应谱或功率谱;(3)频响函数,即激励(输入)频谱和响应频谱(输出)的比值。
另外,小波包指纹作为一个对损伤敏感而对噪声不敏感的时频域指标也正受到广泛的关注。
除了上面提到的结构状态指标,还有一系列指标也显示出了它们在结构损伤评估中的潜力,如模态能量变换比等指标。
4.3损伤评估方法
损伤状态的评估是结构健康检测过程中的另一个研究难点,它的关键是找到一个好的映射准则来分析结构物理状态的变换。
根据对结构分析模型的依赖性,损伤评估方法可分为两大类。
4.3.1基于模型的方法
依据基本原理的不同,基于模型的损伤评估方法又可以分为两类:
逆映射技术和人工智能技术。
虽然从结构的物理状态(质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵)到状态指标的正映射通常可以推导得出,从结构状态指标到结构刚度矩阵的逆映射的闭合解大多数情况下是得不到的,因此有人建议采用敏感度分析算法来解决逆问题。
此方法首先通过一阶Taylor展开将逆映射问题转化为一个从状态指标变化值到结构物理参数(一般是有限元模型中每个单元的刚度)扰动值的线性映射问题。
结构损伤所致的结构物理参数的变化可以通过逆映射推导或约束优化的方法确定。
基于量测数据的有限元模型修正技术也可用于结构损伤识别,此类方法基于结构的动力方程、名义模型和量测数据等形成一类约束优化问题来求逆映射问题的解,然后通过直接查验更新后的矩阵同原始矩阵的区别来发现、定位、并定量结构损伤。
人工智能技术在结构健康检测中的应用也越来越多,其中神经网络辨识器的应用最为广泛。
它同时包含了函数映射和模式匹配能力,而且对于结构健康状态的自动辨识非常有效。
模糊推理系统,模糊神经网络辨识器以及模糊专家系统是第二类基于人工智能的“辨识”工具。
除此之外,遗传算法及支持向量机技术也可用于结构的健康检测。
4.3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 桥梁 健康 监测 阅读 笔记