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      橋梁健康監測數據的評價分析
      日期:2020-2-10 11:22:21 作者:佚名 來源:本站原創
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      一、研究現狀

      在橋梁健康監測系統中,無論是交通控制還是損傷檢測,數據分析是最關鍵也是最難的部分,數據分析就象一個人的思維,健康監測系統如果沒有思維分析能力,也就沒有任何存在的價值。

      ①國外研究歷程

      早在第二次世界大戰以前,人們就考慮到橋梁的修復和檢測,但是沒有形成好的標準和系統的規程。由于不斷發生橋梁的失效和倒塌事故,五十年代開始,美國和其它一些國家建立了橋梁檢測的一些標準,于是產生了第一代的橋梁安全檢測。1967 年 12 月,俄亥俄河上的一座主要橋梁倒塌,導致 46 人喪生,這使得橋梁安全檢測發生了重大發展。1971 年,美國制定了國家橋梁檢測標準(NBIS),提供檢測方法的細節、檢測時間間隔和檢測人員資格的統一的指導。根據 NBIS,當橋梁剛建成或橋梁的結構形態改變的時候,要進行驗收檢測。每兩年要進行一次確定橋梁物理和功能狀態的例行檢測。以及在其它特殊情況下進行損傷檢測、深入檢測和臨時檢測等。

      1991 年,Abdel-Ghaffar 提出了利用橋梁的動態響應來進行結構健康監測的系統框圖。包括有儀器的設計方案和系統的辯識流程等。該文獻強調了對結構的地震、風等輸入荷載進行量測的重要性。

      1993 年夏,美國新墨西哥州立大學和其它兩個實驗室對一座即將廢棄的橋梁(The 1-40 Bridge over the Rio Grande)進行了一系列實橋試驗,以便為橋梁健康監測算法的研究提供一個數據庫(Mayes 1995)。

      1995 年,Westermo 介紹了一個安裝在美國的 Savannah River Bridge 三跨連續鋼梁上的一個簡單的僅僅測量應變的監測系統。目的是為了了解重卡車通過時橋梁的傾斜和應力。該文獻還介紹了一個設計中的全自動的舊礦業監測系統!癆PPA Bridge Monitoring Projcct”,同時監測十座鋼橋和混凝土橋,每座橋都有一個自動的監測系統,包括一個嵌入式微處理器,聯接信號調制器的雙絞線網絡,通過蜂窩電話的 fax/pager/mode 接口和備用光電池組等。

      Griffiths R W (Griffiths 1995)認為,由于沒有通過應變、位移數據來評估橋梁完整性的靜態模型,所以建議用動態方法來確定結構的健康狀態。他認為監測的目的應包括設計驗證、材料的完整性、環境和偶然事件影響等。應結合靜態和動態分析,來實現橋梁的局部和整體的完整性測試。他們已經將光纖傳感器安裝到多座橋梁上。加拿大的 Measures. R.M. Alavie. A.T.Maaskant.R 等在 1993 年將光纖傳感器預裝到一座碳纖維預應力混凝土公路橋(The Beddington Trail Bridge in the eity of Calgrav)上,橋梁開通后連續監測了八個月,測量了砼內部的整體分布應變。

      土木工程中的發展重點已經從材料屬性轉移到結構的完整性和耐久性的研究上(Bungey 1994)。對結構完整性的分析通常是進行動力響應試驗,通過測量關鍵點的加速度進行模態分析從而建立結構的動力特征。對預應力混凝土橋梁的長期監測現在主要是將應變計預裝在混凝土中,以評估性能、優化設計。 至今,圍繞橋梁結構的整體性監測尚處于方興未艾的階段。

      ②國內研究歷程

      在這一方面,我國起步較慢。但近年來,經過一些高等院校、科研單位和社會企業的共同努力,我國的橋梁健康監測發展也很迅速,已初步具備產業化的能力。自 20 世紀 90 年代以來,在一些大型橋梁上安裝了不同規模的健康監測系統。 在上海徐浦大橋上安裝的帶有研究性質的結構狀態監測系統,其目的是為了摸索大型橋梁健康監測的經驗。監測內容包括車輛荷載、中跨主梁的標高和自振特性,以及跨中截面的溫度和應變、斜拉索的索力和振動水平。 在江陰長江公路大橋上安裝的健康監測系統,主要監測加勁梁的位移、吊索索力、錨跨主纜索股索力以及主纜、加勁梁、吊索的振動加速度等。

      在南京長江大橋上安裝的健康監測系統,主要進行溫度、風速風向、地震及船舶撞擊、墩位沉降,以及恒載幾何線形、結構振動、主桁桿件應力、支座位移等監測。

      在 1997 年完工的香港 Tsing Ma 大橋和 Kap Shui Mun 大橋上,安裝有一套較為復雜的橋梁健康監測系統。Tsing Ma 大橋當時為世界第二長懸索橋,第一長公路鐵路兩用型懸索橋,將承受巨大的交通荷載和強烈的風荷載。該監測系統的硬件部分(包括傳感器系統、數據采集、數據傳輸、數據管理等)非常完善,但其數據分析部分相對簡單,只分析風荷載、結構的靜動態荷載及響應。未利用采集數據來分析橋梁的真正健康狀態,比如損傷分析、剩余壽命預測、交通控制和維修管養決策等。該橋梁的數據分析決策系統現仍處于研究發展中。

      東南大學結構健康監測研究所從 2002 年開始開展潤揚長江大橋健康監測評估系統的研發。結構健康監測系統除了對大橋車輛荷載狀況(車載、車速及車流量)、橋址處的氣候環境(風速、風向)、地動脈、索塔沉降等進行監測之外,還對于南汊懸索橋和北汊斜拉橋針對結構形式確定項目,進行連續監測。國內裝有健康監測系統的橋梁還有虎門大橋等。

      浙江大學橋梁健康監測研究中心基于文暉大橋建立的大型橋梁健康監測與評估管理系統,是一種基于內在環境振動響應監測和數據分析、損傷識別技術和外部的橋梁調查檢測相結合的先進的計算機監測與管理系統。它突破了傳統的僅靠目測和外觀檢測的結構養護管理模式,能有效地提高大型橋梁工程結構的運營養護水平和效率,有助于保障結構及行車的安全。

      但總體而言,我國的橋梁結構健康監測與安全評價技術還與國際水平存在差距,主要體現在以下方面:模仿國外技術多,自主創新少;利用傳統方法設備進行簡單組合應用的多,針對實際橋梁需求自主開發技術與設備的少;針對單一橋梁特定對象研究的多,研究不同種類橋梁的共性技術以及集群系統的少;橋梁安全評價的純理論性研究多,面向用戶的實用化評價體系方法及軟件少。

      ③制約因素

      橋梁遠程監測評價體系對保證系統的順利實施將起到關鍵作用。然而以下因素制約著本研究的發展:

      第一,橋梁的結構不確定性因素和復雜的工作環境對結構模態響應的靈敏性造成了不利的影響,導致了目前橋梁整體監測的許多困難;第二,對橋梁在使用年限內工作特性的變化缺乏全面深入的研究,難以建立客觀統一的橋梁狀態評估標準,所以整個技術的成功開發乃至系統目標的最終實現有賴于今后更好地結合橋梁的自身特性及工作環境討論問題,這主要體現在如下幾點:

      1)首先橋梁作為一個由多種材料、不同結構組合而成的大型綜合系統,系統各個成分應力狀態、易損性不一,剛度、動力特性相差甚大。如果直接從機械振動模態技術出發,籠統地用某種單一的動力特性變化指標去評估整體結構的狀態,顯然是難以得到預期效果。反過來如果把結構材料形式相近、動力特性一致的部分劃分為子結構,從各子結構的指紋變化來反映整個系統的狀態,則在每次處理中能大幅度減小需要修正的參數,從而使方程組的病態與奇異性減小到較低的程度。子結構劃分的越細,損傷的診斷、定位以及能力評估就越準確。把整個結構劃分為子結構進行監測、評估還有一個優點就是在布點問題中,可以通過劃分子結構的辦法對重點區域重點布設傳感器,使有限的傳感器發揮最大的效能。

      2)迄今在橋梁健康監測中尚缺乏有效的傳感器優化布設算法。這個問題在軌道航天器的動態控制與系統識別中雖得到廣泛的研究,但在橋梁模態試驗中的應用還存在不少的難點。在充分考慮各種自然環境下橋梁的結構特點以及測量條件的基礎上,尋求這樣一套布點方案:a)在含噪音的環境中,能夠利用盡可能少的傳感器獲取全面、精確的結構參數信息;b)測得的時程記錄將對模態參數的變化最為敏感;c)能夠通過合理添加傳感器對感興趣的部分模態進行數據點采集;d)測得的模態應能夠與模型分析的結構建立起對應關系。此外通過傳感器的優化布設可改善對模態試驗結果的可視性。希望由此實現對結構狀態改變信息的最優采集,改善早期對橋梁結構的整體探傷能力。

      3)橋梁結構不同于機械、航空結構之處還在于:當結構的指紋發生改變,甚至混凝土結構在設計荷載下產生許多裂紋,橋梁的工作性能都不一定受到影響,損傷的判斷與其結構工作特性有關。從設計的角度來看,橋梁結構應該滿足安全和使用上的要求,所謂“安全”是一個相當含糊的概念,它應基于一個指定的結構受力反應限度來說,如允許應力或某個服務能力準則。當前的工程實際中就有兩種不同的準則:一種是給荷載與承載能力加上適當系數后進行結構設計;另一種則是基于結構的極限狀態進行設計(我國公路橋梁新規范明確規定,所有橋涵結構均應進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態計算)。由此看來橋梁健康監測與狀態評估只有與各種標準下的承載能力緊密聯系起來,才能完成真正意義的使命。在結構系統中引起強度不足的因素有很多,但應注意以下幾方面:a)由于結構的老化、損傷及鋪裝層維修引起的承載能力不足;b)當前使用荷載高于設計標準;c)依據已遭淘汰的設計標準設計,但不能在新規范中通過;d)結構在極端荷載作用下(如地震、風暴)發生累積損傷,系統及邊界條件改變。

      4)目前對橋梁缺損狀態的評價缺乏統一有效的綜合性指標,并且難以反映各構件的缺損及嚴重程度對整個橋梁的影響,于是有人以模糊理論等為理論框架建立了各種橋梁使用性能評估專家系統。這都是很好的出發點,但其是否能廣泛推廣和運用到工程實踐中還有待于對各類橋梁工作性能的深入認識及相應規范的建立,而橋梁的健康監測系統作為這種智能決策系統最直接、最基本的信息來源首先必須做到全面、正確地反映橋梁的狀態,并且不受時間、環境的影響。

      5)橋梁結構與航天器、精密機床在受力特點上差別較大,橋梁受的荷載中恒載占了七八成以上,它們對整個結構的動力特性起著至關重要的作用。如果缺乏對其量值、分布、變化的了解,勢必會使反映結構狀態的指紋變化淹沒于恒載應力的變化(如應力重分布)之中,使整個動力監測失去意義。這方面在拱橋的監測中尤為明顯,要做到這一點,從施工開始就得建立結構的受力數據庫。

      6)環境因素對橋梁結構的動力特性影響很大,一般損傷導致的結構自振頻率的變化易淹沒在其中,從這一側面也反映了當前振動測試中響應量測值對感興趣的結構參數不敏感的原因。此外,結構基礎的沉降以及構件預應力損失所引起的應力重分布都不可避免地對振動模態分析產生消極影響,目前對這些方面的研究還沒有引起足夠的重視。

      二、目前的主要研究方向及存在的問題

      盡管橋梁健康監測系統的安全評價具有較大的難度,但科技人員還是努力探索,提出了動力指紋分析評價技術、模型修正法、遺傳算法、神經網絡法等研究方向,并進行了相應的實踐。

      2.1動力指紋法

      ①基本原理

      若結構發生損傷,其結構參數如質量和剛度會發生變化,從而引起相應的動力指紋的變化。常用的動力指紋有:頻率、振型、振型曲率、應變模態、頻響函數、模態柔度矩陣、模態保證準則(MAC)和坐標模態保證準則(COMAC)等。評價方法:首先建立與動力指紋相應的結構健康時和一系列先驗預估的損傷對應的數據庫,然后將發生損傷時的動力指紋與其比較,進而識別損傷。

      ②相關研究情況

      Monaco 等采用頻響函數作為指紋,將改變的頻響函數作為一個有代表性的損傷指數。Ma 等采用去除反射的頻響函數作為指紋,識別結構多點損傷。結構損傷改變去除反射的頻響函數的相位,因而改變的去除反射的頻響函數可以作為一個有代表性的動力指紋或者損傷指數。Whittem 等采用模態宏應變微量法作為指紋,理論表明模態宏應變向量為損傷指數既準確又可靠,在損傷的部位或其附近非常敏感。清華大學提出了結構損傷識別的柔度法。Frank 等采用 ODS 法將模態振型和固有頻率作為指紋,利用掃描式激光測振儀研究圓盤的動態特性(模態和固有頻率)來確定缺陷。同時采用邊界效應檢測法(BED)處理數據并解釋因缺陷引起的邊界效應和確定缺陷位置。Satoko 推導出偽牛頓法(Quasi-Newton Method)將剛度和質量作為指紋,用于識別結構在地震過后內部的不可見損傷。Xie 等利用小波分析算法,提取能量分布作為損傷特征(指紋)。能量分布與損傷之間的關系,利用模式識別方法,來定位細微的損傷。避免了模態參數,如固有頻率等對細微損傷的不敏感性,結果表明實際損傷位置與檢測出的位置很接近。Gabe 等采

      用ARMA的系數作為指紋,依據ARMA能夠自動完成從數據收集到損傷監測的全過程的優點,利用環境激勵的數據,檢測一個包含不同層次損傷的大型結構的損傷情況。通過環境激勵測得的原始結構和損傷后結構的振動數據,計算 ARMA的系數建立損傷指數,將得到的損傷指數按照分類算法組成特征向量,確定是否損傷以及損傷定位。Daniel 等將高頻機械阻抗作為指紋,試驗了基于高頻機械阻抗技術的結構健康監視系統。其基本原理為對固定在結構表面的壓電傳感器施加高頻激勵(通常高于 30Mhz),測量傳感器的電流和電壓而得到電阻。如果電阻發生變化,則結構變化,因而有損傷。采用他們自己開發的便攜設備,通過兩個實例(煤氣管道和復合材料結構)證明了該方法的廣泛實用性。高頻機械阻抗實際上是結構的傳遞函數,對結構的微小損傷和表面缺陷很敏感。

      ③存在的問題

      大量的模型和實際結構試驗表明:結構頻率實測較準,但它對局部損傷不敏感。振型尤其是較高階振型對局部剛度變化很敏感,但卻很難精確測量。MAC、COMAC 等依賴于振型的動力指紋都存在類似的問題。而模態曲率、應變模態則在低幅值振動測試中變化量級過小而難以起到有效的判別作用。某些指標如ETR、單元模態應變能可以較有效的確定損傷位置或發展,然而這些指標對噪聲比較敏感,容易湮沒于噪聲中。目前已有的研究表明,動力指紋法對實驗室內的簡單模型結構而言是成功的,應用于實際的結構上結果還不太理想?梢哉f,到目前為止,動力參數法對結構損傷識別的能力仍然有限。動力指紋法的成功應用或許需要依賴于尋找新的綜合性損傷指標及試驗技術的發展。

      2.2模型修正法

      ①基本思想

      通過動態試驗測得的數據,如模態參數或者加速度時程數據來分析模型的剛度分布,然后與修正剛度后模型的反應所測數據比較,當兩者基本吻合時,即認為此組參數為結構當前參數,根據模型剛度有變化來實現損傷的定位和損傷程度的評估。

      ②相關研究情況

      模型修正和驗證的過程是橋梁結構有限元模擬的重要過程。事實上,對于復雜結構而言,建模不難修正難,這已經成為同行之間的共識。復雜結構的模型修正理論目前也是亟受關注的熱點研究對象。 目前在土木結構的有限元結構建模過程中已經考慮到的不確定因素一般包括了結構的支撐或邊界條件、各種結構單元之間的連接、能量耗散(結構阻尼)等。這對于結構動力特性分析是合適的,但對于動力響應分析和疲勞損傷累積分析而言是遠遠不夠的。因為結構的響應必然與結構的損傷狀態相關。

      因此,已發生疲勞損傷的構件的本構關系、損傷累積和發展的機制以及損傷狀態對結構響應的影響這些因素都應該在結構動力響應建模過程中加以考慮,尤其是對于那些已經有一定程度的疲勞損傷累積的橋梁。對于土木工程復雜結構的有限元模型,影響其計算精度的因素很多。實際結構建造過程中的裝配誤差、鋼結構的焊接工序以及混凝土結構的澆注和養護條件等諸多因素,會使得實際結構的幾何、物理和力學特性偏離設計值。因此按照圖紙建立的有限元模型仍然很難精確給出建成結構的實際響應,需要經過模型修正,才能給出較為理想的預測結果。

      影響結構有限元模擬準確性的因素眾多,抓住主要影響因素進行模型修正才能事半功倍。主要的影響因素大體上可以分為 3 類:空間幾何拓撲構形誤差、數學離散誤差、物理力學性質誤差。由于建立的有限元模型是嚴格按照圖紙形成的空間幾何構形。所以認為來自第 1 類的誤差較小,可以忽略。數學離散誤差具體到有限元建立過程是指單元的疏密程度、單元形態和單元階次等。物理力學性質誤差主要來自于材料響應的非線性等因素。

      Allen 等提出順序概率比實驗方法(SPRT),用于監測若連接處有變化,測試結構是否有損傷。有兩個基本假定:一是模型能夠預測特征,結構未受損傷;二是模型不能夠預測特征,結構已受損傷。在 SPRT 算法的原始公式中,特征被假定為高斯分布且設定了相應的閾值。但可能用于損傷的特征對分布的尾部敏感,而且其尾部不必滿足高斯分布特征。此時通過 EVS(極值分布)模型化其尾部,可以設定 SPRT 算法的閾值而避免正常的假定。

      同濟大學嘗試用監測仿真判別結構損傷前后的剛度變化,利用剛度變化情況來評價橋梁結構的損傷程度并實現損傷定位,但也遇到了監測仿真含噪音,計算難度大,損傷前后橋梁剛度變化不明顯等問題。

      ③存在的問題

      結構識別就是依據一定的數學模型,由試驗測量的數據來預測結構的動力響應參數。具體到有限元模型,即根據結構識別理論,由測量的結構響應數據反演出有限元模型中的質量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣,F有的結構識別理論的核心主要有最小二乘法理論和極大似然理論。其常用的方法主要有擴展的 Kalman 濾波法(extended Kalman filter)、極大似然法(maximum likelihood)、遞歸最小二乘法(recursive least squares)和作用變量法(instrumental variable)。Ghanem 和Shinozuka 曾對這些方法分別進行了詳細的評述,并依據具體的結構模型,對這幾種方法進行了比較。比較的結果表明,依據不同的理論有時給出的結果相差很大,這說明現有測試數據的合理性和可靠性還有待進一步提高。

      根據選取的識別精度,結構識別理論可以識別出結構中每個構件的質量、剛度等參數。但由于要直接反演出有限元模型中的質量矩陣、剛度短陣和阻尼短陣,

      使得該方法不能成功地用于大型土木結構,主要因為:一是剛度矩陣主要受結構的高階模態影響,而實際測量中由于受測試儀器頻寬的限制,測得的模態主要是低階模態。二是有限元模型中的參數主要決定于結構的幾何形態和材料性質等因素,有具體的物理意義。由于實際測量時“漏頻”現象很容易發生,這使得識別的參數會偏離其原有的物理意義。自 20 世紀 60 年代以來,在航空航天、汽車制造以及軍事防御等領域,已逐步形成較成熟的結構建模理論及其驗證的方法。其中結構建模理論主要有結構識別理論和模型修正(model updating)理論。對于橋梁結構,由于缺乏足夠的現場測試數據和完備的試驗模擬技術,很少有系統的研究工作和成果的工程范例。

      2.3神經網絡法

      ①基本原理

      神經網絡以生物神經系統為基礎,模擬人腦的功能。實現方法:由許多處理單元(神經元)相互連接組成,按照一定的連接權獲取信息的聯系模式,根據一定的學習規則,實現網絡的學習和關系映射。神經網絡以其學習能力,非線性變換型和高度的并行運算能力,對新輸入的泛化能力和對噪聲的容錯處理能力,對系統(尤其是非線性系統)的辨識等提供了一條非常有效的途徑。

      ②相關研究情況

      近年來,人工神經網絡已在濾波、譜估計、信號檢測、系統辨識、模式識別等方面得到了成功的應用。神經網絡識別法可以解決傳統模式識別中的高噪音干擾和模式損失等缺點。利用人工神經網絡法,結合小波分析技術,可對橋梁監測信號進行預處理和損傷特征提取。由于橋梁結構損傷檢測得到了測試數據的不完備性,神經網絡法可以利用有限的數據訓練,用不完備的數據識別在無數學模型的情況下可以較好的解決非線性和不確定性引起系統的辨識問題。目前應用于結構損傷識別的有基于誤差反向傳播算法的神經網絡(BP)、徑向基函數神經網絡(RBF)、自組織神經網絡(ART)等。人工神經網絡法的主要局限性在于訓練數據集的獲取,其準確性在很大程度上取決于訓練數據集的完備程度。

      高贊明等將神經網絡分析方法用于香港汲水門大橋的健康監測中。Venkat 等采用小波分析和神經網絡算法,通過將測得的原始結構和損傷后結構的振動比較,估計損傷發生的位置及程度。通過一個映像小波分析中提取出的振動特征的函數來量化健康狀態參數。William 等利用神經網絡系統進行健康監測,采用一個壓電傳感器陣列模擬生物神經系統來測量結構的聲發射和動應變。優點在于將需要布設傳感器的通道數由 N2減小到 2N 個。當結構有瞬態損傷時,能夠將傳感器陣列的輸出時間歷程記錄下來,然后通過組合邏輯準確地確定發生的位置。

      ③存在的問題

      雖然神經網絡應用于損傷診斷的研究有了很大的發展,但依然存在一些問題,如模型誤差、測量誤差和測量數據不完備性的影響,神經網絡輸入參數的選擇、網絡收斂性以及網絡結構問題都需要進一步的研究。

      2.4遺傳算法

      ①基本原理

      遺傳算法是 60 年代由 Holland 教授提出的,以達爾文進化論中適者生存,優勝劣汰的進化原則來搜索下一代中的最優個體,以得到滿足要求的最優解。

      ②相關研究情況

      遺傳算法的優點為簡單,魯棒性強。在組織優化求解,機械學習和工程領域有廣泛的應用前景。搜索的遺傳算法,通過測定激勵和響應來決定結構參數進行識別。模擬板、殼和飛機翼,結果表明,載荷作用位置對識別結構有很大影響。該法通過全局和局部自適應調整局部搜索尺寸和偏差,有很強的抗噪性。還研究了分布式遺傳算法的系統識別法,該法對于識別大型復雜系統有很多優勢。易偉健引人遺傳算法處理試驗得到的動力信息對結構的損傷進行診斷,提出了多父體變量級雜交和變量微調等新的改進措施,并應用于固端梁、連續梁和框架等多個結構的損傷診斷,取得了滿足工程要求的結果。

      ③存在的問題

      前向分析計算量非常大,尤其是對于橋梁這一復雜結構,距離應用階段還需有非常多的工作去做。

      2.5小波分析法

      ①基本原理

      小波分析(Wavelets Analysis)是數學理論中調和分析技術發展的最新成果,可以看作一個傳統的 Fourier 變換的擴展。小波分析的優點在于利用一個可以伸縮和平移的視窗聚焦到信號的任意細節進行時頻域處理,提供多個水平的細節以及對原始信號多尺度的近似。既可看到信號的全貌,又可分析信號的細節,并且可以保留數據的瞬時特性。結構模型在環境激勵下,結構的損傷可以從對相應數據進行小波離散后的細節突變上檢驗出來,這些突變的位置可以精確指出損傷發生的時刻。

      ②相關研究情況

      徐洪鐘等利用多分辨分析(小波多層分散)方法,對大壩觀測數據的異常值進行了檢測,并通過工程實例驗證了該方法的有效性。所采用的小波分析方法適合檢測單個和多個異常值。

      Hou等提出了一種基于小波方法的結構損傷檢測。用一個在諧和激勵下簡單模型進行數值仿真。模型包括多個可破壞彈簧,當響應超過極限值或運動循環的多數積累超出了它們的疲勞壽命時,其中的一些彈簧就會發生不可恢復的損傷。無論是突然損傷還是積累損傷,損傷的發生以及發生的時刻都可以通過這些數據的小波分解細節檢查出來。Hou 等還利用小波分析理論研究 ASCE 提出的健康監測基準問題(Health Monitoring Benchmark problem)中的典型結構的損傷監測響應,在仿真過程中允許結構中某些構件發生損傷,如支撐剛度突然全部消失或部分消失。將得到的加速度響應信號進行離散小波變換,通過分解后高頻波形上的突起來判斷損傷的發生和發生的時刻。分析過程中對多個結點加速度進行小波分解,并通過分解后帶有突起的結點在整個結構中所處的空間位置來判斷損傷的位置。結果表明,小波方法是損傷檢測和結構健康監測的一個很有潛力的方法。

      ③存在的問題

      小波方法對于橋梁結構的監測數據分析具有積極的意義,但對于橋梁這一使用荷載復雜且不確定性多、測試指標含噪音大的特殊結構而言,缺乏可靠的評價指標。

      除此之外,近來年,國內在結構狀態評估方面也做了許多研究,主要有: 1996 年,王永平等對數十位橋梁專家進行了咨詢,在大量調查研究的基礎上,收集并整理了橋梁評估專家的知識,提出用損傷度來衡量橋梁結構的損傷程度,利用模糊數學方法,建立了一個橋梁使用性能的模糊綜合評估系統,并探索建立了一個橋梁評估專家系統。

      胡雄(1998)等利用模糊神經網絡開發了以斜拉橋為背景的拉索橋梁安全性與耐久性專家評估系統。該系統能夠同時處理數值和語言描述型變量。根據橋梁監測過程中所獲得的數據,它能對橋梁總體及其各個部分的狀況進行評估,及時獲得橋梁運行狀態信息,評估其退化及損傷程度,對大型橋梁的現代化管理具有重要的現實意義。

      蘭海,史家鈞(2001)引用灰色關聯分析和變權綜合的概念,提出用層次分析法(AHP)建立評估指標體系,量化并確定評價指標評語和其它層次指標評語的綜合方法,并做了實例計算分析,結果表明灰色關聯度概念和變權綜合方法可較好應用于大型橋梁結構的狀態評估。

      張永清(2001)等利用層次分析法建立了橋梁安全評價模型,在專家咨詢的基礎上,借助多級模糊綜合評判和評分法相結合,分析確定影響橋梁安全性的各因素的權重及隸屬度,并計算出橋梁安全性的總評分,據此確定橋梁安全性等級,為橋梁使用階段的管理決策提供依據。

      綜上所述,在實際橋梁安全評價中,以上方法都有各自的優點和應用前景,但仍有許多需要解決的問題,距離廣泛的實際應用還較遠,迄今尚未形成系統的成熟方法,迫切需要提出并完善便于實際應用的橋梁安全評估新技術。


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