[发明专利]车辆荷载下基于位移时程面积的结构快速损伤识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁结构损伤的识别方法，具体是指一种车辆荷载下基于位移时程面积的结构快速损伤识别方法。

背景技术

随着新材料和施工技术的飞速发展，我国在桥梁建设方面取得的成就举世瞩目，然而这些国家生命线工程在材料老化、环境侵蚀效应、运营荷载效应、长期荷载疲劳效应、地震、台风等因素的耦合作用下将不可避免引起结构的损伤积累和抗力衰减，从而导致其安全性能和正常使用功能降低，甚至在未有明显征兆的情况下引发灾难性的突发事故。

这些桥梁安全事故的持续发生，不仅造成了巨大的人员伤亡和严重的经济损失，而且给国家生命线工程带来了恶劣的社会影响。因此，为了保障结构的正常使用功能、安全性、耐久性和突发事故的有效预警和灾变应急控制能力，已建成的和即将建设的桥梁工程亟需进行有效的监测并及时地诊断其损伤状况，在必要的情况下进行必要的预警以控制损伤的发展和及时的修复。

目前，桥梁结构损伤识别方法大体分为两种，第一，基于静态响应(位移、应变等)的损伤识别方法；第二，基于振动的损伤识别方法。基于静态响应的损伤识别方法原理是：在桥梁结构上施加静态车辆荷载，通过分析控制荷载下结构的应变或挠度进行损伤识别。基于振动的损伤识别方法原理是通过对目标结构布置振动传感器，通过分析振动数据进而提取出桥梁结构的动力特性(频率、阻尼比、模态)，对比桥梁在损伤前后的动力特性进行损伤识别，在此基础上，发展出一系列基于振动的损伤识别方法(基于自振频率的方法、基于位移模态的方法、基于曲率模态的方法、基于柔度的方法、基于应变能的方法)，这些方法存在的缺点如下：

(1)基于静态响应的损伤识别方法需要中断桥梁交通，在实际操作中很难做到这一点。

(2)由于桥梁的实际激励大小及形式是未知的，在提取桥梁动力特性的过程中，通常假定环境激励(车辆、风、地脉动)满足白噪声的理想分布，但是由于实际激励的复杂性，往往这个假定不能成立，导致动力特性参数的识别值和真实值存在误差，进而影响损伤识别的精度。

(3)在车辆荷载激励下提取出来的动力特性往往是桥梁-车辆耦合作用下的振动特性，并不是桥梁本身的动力特性，因此，对于承受车辆荷载比较大的桥梁(如铁路桥梁)，基于振动的损伤识别方法精度会受到比较大的影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种车辆荷载下基于位移时程面积的结构快速损伤识别方法。

本发明采用的技术方案为：一种车辆荷载下基于位移时程面积的结构快速损伤识别方法，包括结构损伤有无的判断方法和结构损伤定位方法，步骤分别如下：

一、结构损伤有无的判断方法步骤

步骤1：在目标结构的跨中布设一个位移传感器，测试移动荷载作用下结构跨中位移响应时程d_m(t)，其中荷载总重速度为v；

对于桥梁结构,跨度为l，其中移动荷载的参数如下：共有n个轴，轴重分别为P₁,P₂…P_i,P_n，速度为v；

移动荷载经过桥梁的整个过程中，令跨中截面m的位移响应为d_m(x)(跨中截面m随着移动荷载位置x变化所对应的位移)，与之对应的跨中截面m的位移响应时程为d_m(t)(跨中截面m随着时间t变化所对应的位移)，其中d_m(x)可以表达为

式中d_i，i＝1～n，为移动荷载的第i个轴距第1个轴之间的距离，其中d₁＝0，f_m(x)为单位力作用下截面m处的位移影响线，且和结构的整体刚度EI相关，x为第1个轴距左边支座的距离；

步骤2：计算跨中位移响应时程面积

把公式(1)左右部分分别沿着结构长度方向积分得到

令其为截面m的位移影响线与x轴围成的面积，只和结构的整体刚度EI相关，是结构的本质属性，和外部荷载无关；

公式(2)进一步表示为

其中v为移动荷载的速度，t₀为第一个轴刚进入结构的时刻，t_n为最后一个轴，即第n个轴，刚离开结构的时刻，其中其为截面m的位移时程的面积，其中横坐标为时间，纵坐标为位移；