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原文传递基于加速度响应的桥梁损伤识别方法研究

论文题名：	基于加速度响应的桥梁损伤识别方法研究
关键词：	桥梁健康监测;损伤识别;小波变换;小波包分析
摘要：	桥梁结构的安全性对国民经济、社会稳定以及人民生命财产安全有着直接的影响，在桥梁服役期间，桥梁结构的健康与安全状况一直备受关注，因此，桥梁健康监测应运而生，成为学者们研究的热点之一。在桥梁健康监测中，结构损伤识别是关键的环节，发现结构损伤，快速定位损伤位置，判断损伤程度大小，从而可以及时采取相应的维修措施保证桥梁的安全运营。快速定位损伤位置是桥梁损伤识别中的核心也是难点。　　本文以干溪沟2号大桥左幅主桥（三跨连续刚构桥）为研究对象，使用ANSYS建立桥梁结构模型，采用刚度折减法模拟桥梁结构损伤，考虑影响损伤识别效果的不同因素，提取移动荷载作用下的桥梁加速度响应，利用小波变换与小波包分析两种数据处理方式对加速度响应作进一步处理，分别以小波系数和小波包TER损伤指标对桥梁结构进行损伤识别，研究小波变换以及小波包分析的损伤识别效果，并对比分析桥梁损伤识别方法的有效性，完成的工作及结论如下：　　（1）建立简支梁桥有限元模型，模拟损伤工况，开展基于损伤前后的加速度响应以及桥梁自振特性的损伤识别研究。结果表明：损伤前后加速度响应以及桥梁固有频率不能直接作为损伤识别的指标。　　（2）基于小波变换的桥梁损伤识别。考虑不同工况以及影响损伤识别效果的因素，以小波系数为损伤指标，对桥梁结构进行损伤识别。结果表明：小波系数在损伤程度大于5%的单损伤和多损伤情况下的结构损伤具有良好的识别效果，且可以根据小波系数峰值的大小初步判断损伤程度；移动荷载大小对小波变换的识别效果影响小；随着移动荷载速度的提高，小波系数的振荡性增大，影响损伤位置定位的有效性；小波消噪法对信号消噪效果良好。　　（3）基于小波包分析的桥梁损伤识别。基于传统的小波包各频带能量变化率总和（EGR损伤指标）方法，构建一种新的基于小波包能量的桥梁损伤识别方法，该方法采用小波包总能量变化率平方值为损伤指标（TER损伤指标），对不同损伤工况下的桥梁进行损伤识别。结果表明：小波包TER损伤指标对损伤程度具有足够的敏感度，能够有效识别不同工况下的损伤且消噪效果良好；移动荷载大小的变化对损伤识别的效果影响甚小；同时，与小波包EGR损伤指标相比，在损伤程度为5%的单一和多处损伤工况下，小波包TER损伤指标的损伤识别效果优于小波包EGR损伤指标，损伤定位更准确。　　（4）对比分析小波变换与小波包分析的桥梁损伤识别效果。当损伤程度在5%左右时，小波包TER损伤指标的识别效果优于小波系数；由小波消噪法和小波包消噪法进行消噪处理后的加速度与原始加速度均为强相关关系，两者消噪效果相当且良好；小波包TER损伤指标在监测位置布设不合理的情况下损伤识别效果比小波系数更佳；移动荷载大小对小波包TER损伤指标和小波系数的损伤识别效果影响小；移动荷载速度大小对小波包TER损伤指标的影响比小波系数小，综合考虑实际运用以及经济因素，以小波系数为损伤指标时可以将移动车辆的速度设置在10m/s~20m/s之间，而采用小波包TER损伤指标对桥梁进行损伤识别时可以将移动车辆的速度设置在20m/s~25m/s之间。
作者：	薛小燕
专业：	建筑与土木工程
导师：	黄明奎;王小松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022