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原文传递小波方法在桥梁结构损伤识别中的应用研究

论文题名：	小波方法在桥梁结构损伤识别中的应用研究
关键词：	桥梁结构;损伤识别;小波分析;健康监测;多分辨率;小波包节点能量;Morlet小波
摘要：	桥梁是交通运输系统的重要组成部分，桥梁结构的安全是交通运输系统正常运转的前提。但实际中往往由于设计、施工、不恰当的使用、自然灾害等原因，使得许多桥梁发生老化、破损、裂缝等现象，甚至发生垮坍、断裂等严重后果，近年来这方面的例子不胜枚举。因此对桥梁结构进行健康监测研究，有重要的理论意义和实用价值。结构损伤识别是桥梁结构健康监测系统的重要组成部分。基于振动测试的结构损伤识别方法是目前国内外研究的热点，尽管已经提出的损伤识别理论和方法很多，但是都不同程度地存在一定局限性。针对目前结构损伤识别方法研究的现状，本论文重点开展了基于小波方法的桥梁结构损伤识别指标和方法的研究，得出了一些有益的建议。第一章首先介绍了论文的选题背景和意义，其次对桥梁损伤识别和健康监测发展概况做了简介，然后对基于振动测试的结构损伤识别方法国内外研究现状做了详细的综述和简单评述，在此基础上提出了本文的研究内容、技术路线、研究目标。第二章介绍了小波分析的理论基础，阐述了小波分析作为一种优秀的时频分析工具的特点，即它在时域和频域都具有可调节的分辨率，非常适合对含有奇异点的信号进行分析，同时介绍了小波多分辨率分析和小波包分析的算法结构。第三章在对小波包理论进行阐述的基础上，建立了小波包节点能量的表达公式，提出了一种新的基于小波包节点能量谱结构损伤识别指标：1)基于小波包节点能量WPCE的平方比向量δEij(n)和曲率向量δEij(n)两个指标；2)基于小波包节点能量WPCE的比值向量αij(n)和曲率向量αij(n)两个指标。通过数值算例证明，这些指标不仅能够准确地识别结构的单一损伤，而且可以定量建立损伤程度和识别指标之间的相关关系，对结构的多处损伤也可以做到准确定位。文章还用实际试验验证了该方法的可行性和准确性。第四章首先论述小波多分辨率方法进行损伤识别的原理，提出了一种新的基于多分辨率小波分析的结构损伤预警指标。该指标充分利用小波分析在处理非稳态信号上的优势，从在线监测过程中得到的时程曲线中提取结构的损伤信息，做到对结构损伤的及时预警。同时结合统计学的相关理念，提出了基于小波包节点能量预警指标，该指标主要是通过结构损伤前后小波包节点能量变化的关系来实现结构损伤的预警，最后通过数值算例分别验证的文中提出的损伤预警指标的可行性。第五章通过将Morlet小波引入到结构模态参数识别中来，同时针对其在模态参数识别精度不足的问题，提出了两种提高其频域分辨率的改进方法，以此达到对密集模态的准确识别。针对起始和终止时时间—频率窗会使识别的过程中产生一定的末端效应的问题，提出了用信号对称延伸的方法来抑制这种末端效应的方法。基于识别结构模态参数来识别结构的损伤，最后通过数值算例验证了该方法的可行性。
作者：	姜增国
专业：	结构工程
导师：	瞿伟廉
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文