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移动荷载作用下基于统计分析的斜拉桥拉索损伤识别研究
| 论文题名： | 移动荷载作用下基于统计分析的斜拉桥拉索损伤识别研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;拉索结构;主成分分析;振动响应;动力损伤识别 |
| 摘要： | 桥梁损伤识别研究是结构健康检测领域的热点，而对斜拉桥拉索的损伤识别更是领域内的难点和重点。振动响应信号中含有较全面的结构信息,能够较为准确地反映结构损伤状态，所以利用振动响应信号识别损伤信息被广泛应用在损伤检测工作中。在振动信号检测中，由于测试数据量庞大且会受到测量噪声的干扰，识别精度会有所下降。为减少冗余信息的影响，本文利用统计分析方法处理斜拉索振动响应数据，进行降维去噪，并结合振动响应信号统计矩构建损伤指标计算公式，选取不同工况，对损伤索所在位置进行判定，具体工作如下： (1)将主成分分析与振动响应信号统计矩相结合，并引入到斜拉桥拉索损伤位置识别中。该方法首先采集移动荷载激励桥面时拉索结构的振动响应信号，然后采用主成分分析法对振动时域信号进行降维处理，结合降维后振动信号的统计参数构建损伤指标计算公式，最后通过D-S证据理论构造多阶统计矩融合指标，并以此为标准对斜拉桥拉索损伤进行识别。本文以天津永和桥为例建立有限元模型，分析了振动响应信号的选取对损伤识别效果的影响，发现所提损伤指标对加速度响应信号比较敏感。数值模拟结果表明，所用主成分分析方法具有良好的降维效果，在振动响应信号数据庞大且含有冗余信息的前提下，运用此损伤识别方法可以在有效避免噪声影响的基础上，准确识别出不同程度损伤拉索的位置。 (2)在主成分分析方法的基础上，为了更好地对非线性振动响应数据进行分类并降维，将核主成分分析引入斜拉桥拉索损伤位置识别。首先通过非线性映射将振动响应数据转换到一个高维空间，然后在此高维空间中使用主成分分析降维，通过提取结构振动响应的主成分以达到信号降噪的目的，并进一步采用D-S证据理论融合计算降维后振动信号的统计特征来构造损伤指标。通过数值模拟，分析了荷载质量、荷载移动速度对损伤识别产生的影响，发现荷载移动速度过高时会对识别精度产生较大影响，通过绘制荷载移动速度和移动荷载重量的影响干扰率曲线说明了车速和车重对损伤识别效果的影响规律。 (3)为了进一步提升降噪效果，增加损伤识别的灵敏性，在基于主成分提取方式的损伤识别研究基础上，将因子分析法引入斜拉桥拉索损伤位置识别。首先通过提取斜拉索振动响应的特殊因子进行信号降噪，然后采用D-S证据理论融合计算特殊因子的统计特征来构造损伤指标。通过数值模拟，分析了移动荷载质量、荷载移动速度对损伤识别产生的影响，以及多个移动荷载作用下的损伤识别情况，分析结果表明此方法可以提高检测效率，且有更好的噪声鲁棒性。 |
| 作者： | 徐翔宇 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 刘习军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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