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基于小波分析的桥梁裂缝检测研究
| 论文题名： | 基于小波分析的桥梁裂缝检测研究 |
| 关键词： | 小波分析;桥梁裂缝检测;无损检测方法;Lipschitz指数 |
| 摘要： | 各种缺陷(如裂缝等)的存在，严重威胁结构的安全，如何识别缺陷的存在和大小一直是人们关心的问题。但目前已有的无损检测方法，由于其抗干扰能力和精确度低，对一些微小，隐蔽的损伤往往会造成错判、漏判。因此，研究和发展新的桥梁损伤识别方法是非常有意义的。 本课题研究的目的在于通过利用小波工具对桥梁信号进行分析，识别出损伤位置和损伤程度，为将小波分析方法应用于实际健康监测和检测提供参考依据。 本文利用ANSYS有限元分析软件仿真带裂缝的三跨变截面梁和移动荷载作用下简支梁，对其位移信号进行小波分析，通过利用不同小波工具箱对其信号进行分析，证实了小波分析方法在桥梁健康监测和检测中的可行性。本文研究内容及其研究成果主要包括以下几个方面： (1)基于目前利用小波方法对桥梁结构损伤识别的模型多为等截面梁的特点，本文对变截面梁模型进行了研究。通过对变截面梁进行模态分析，提取出纵向位移信号和挠度位移信号，利用小波变换方法和小波包方法对其信号进行分析，发现两种方法都能很好的识别出裂缝的位置，而且其纵向位移信号较挠度位移信号识别效果较好。 (2)由于曲率模态与挠度位移模态之间是二阶导数关系，本文通过将位移模态转换成曲率模态后，对曲率模态信号进行小波变换。结果表明，利用小波变换对曲率模态信号进行分析能很好的识别出裂缝的位置，对于多处裂缝的情况下，结合多阶模态识别效果更好。 (3)为了考虑移动荷载位置对桥梁裂缝识别的影响，本文利用MexicanHat小波对荷载移动到不同位置时梁上各点挠度信息和梁上(1/4,2/4,3/4)跨处的位移时程信号进行连续小波变换，通过观察小波系数模极大值位置确定裂缝的位置或移动荷载经过裂缝位置的时刻。为了确定损伤程度，引入了Lipschitz指数概念，同时，为了计算方便，编写了一个计算Lipschitz指数的程序。 (4)利用cgau2小波对考虑移动荷载和风荷载耦合作用下的简支梁进行连续复小波变换，通过结合观察实部小波系数模极大值和虚部小波系数反对称点位置来对梁的裂缝位置进行识别。结果表明利用该方法较仅使用实连续小波变换识别效果更好。 (5)利用小波包变换对移动荷载和风荷载耦合作用下的简支梁进行损伤识别，利用wpcoef命令和wprcoef命令分别对小波包系数进行重建，对采集信号点数不多的情况和需要精确确定损伤位置时，采用wprcoef命令进行重建效果较好。同时针对目前利用小波包能量变化及小波包能量变化率等指标对桥梁损伤位置进行判断的方法，编写了一个计算程序。 |
| 作者： | 黄健 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 凡友华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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