基于动力特性的桥梁结构损伤识别方法的研究进展
损伤 的程 度。 （ ）现有的损伤识别方 法都要 以损伤发生 前 ２ 结构 的模 型数据或 实测 的原始数据 做参考 ，但是 由于模 型
的建 立可 能 出现 某 些状 态 无 法模 拟 以及 实 测 数据 的不 完 整 ，这就给 损伤识别 带来 困难 。因此 ，研 究一种尽 量少 依 赖于原始 数据 的方法显得非 常重要 。 （ ）非线性 问题 的识 ３ 别是 结构识别 领域 中的关键 问题 ，也是难 点。现有 的方法
态参数 的同 时引入 了有 限元模 型信息 ，如 ：能量传递 比法
（ Ｔ ）和 应 变 能 法 。 ＥＲ
的布 置方法 以及对测 量噪声 的控制 结构损伤 识别结 果有重
要影响 。 （ ）利用 自然条件 激励 的损伤检测研 究。 由于桥 ５ 梁结构 的大型 性 ，利用 环境激 励使桥梁 振动来 进行损伤 识
多数 都是采用 线形模 型假设 ，这对 于小损伤 是可行 的，但
是 当 损 伤 增 大 ， 结 构 的非 线 形 将 越 来 越 明显 。 （ ）传 感 器 ４
１６基 于能量变化的损伤识别方法 ． 由于所 选用 的参数 不同 ，基 于能 量变化 的损伤识 别方 法 有多种 。有些 方法利用 模态参 数表达 能量 ，有些用 到模
践 ，还需要研究 以下几 个问题 ： （ ）研究能更准确判 断损 １
伤 的识别 指标 。研 究结构 的损伤 ，必须解 决损伤 的位置 和
中得 出受损 区的模态 参数变 化与 结构有 限元模型 分析模态 参数 的灵敏度进 行 比较 ，以此 来评估 结构 受损伤 的程度 。
文献 ［５ 首先寻 找结构 受损伤 影 响的 自由度 ，然后 在误差 １］ 矩 阵范数极 小化方法 的基础 上 ，提 出运用 修正矩 阵的反 复 迭代优 化 ，识别结构 的损伤 程度 。文献 ［６利 用剩 余模态 １］ 力分析 方法确 定结构 的损伤位 置 ，利 用低 阶模 态作 为状态 变量 ， 由最小 二乘法 建立 目标 函数 ，通过非 线性迭代 得到 结构损伤程度的识别值。
［］ 中 山大学学报 （ Ｊ． 自然科学版） ２ ０ ， ３ ６ ：７ １ ， ０ ４ ４ （） ５ ￣６ ．
［ ］ Ｍ ｓ ｉ ａ Ａ Ｊ ｎ ｓ Ｉ Ａ Ｗ １ ｉｍ ，ａ ａ ｅ ｄ ｔ ｃ ｉｎ ａ ｄ ２ ｅ ｓ ｎ ， ｏｅ ， ｉ １ａ ｓ Ｅ Ｊ Ｄ ｍ ｇ ｅ ｅ ｔ ｏ ｎ
Ｅｎｇｉｎ ｅ ｅｒｉｎ ｇ Ｉｎｔｅ ｒｎａｔｉｏｎａ１
ｃ ｎ ｅ ｅ ｃ ［］ Ｓ ａ ｓ ａ ＵＫ ， ９ ６ ６ ￣ ７ ． ｏ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｍ ．ｗ ｎ ｅ ， ． １ ９ ：７ ６ ［３ Ｆ ｘ Ｈ ， ｈ Ｉ ｃｔ ｏ ｏ ｄ ｆ ｃ ｓ ｉ ｓｒ ｃｕ ｅ ， ３ ｏ ｃ Ｊ Ｔ ｅ ｏ ａ ｉｎ ｆ ｅ ｅ ｔ ｎ ｔｕ ｔｒ ｓａ
ｒ 垄 窒 里 ＿ ］
行 的优 点，其缺 点是无法评估 结构本选 取方法 ，构造 网络训练 所
１５基于剩余模态力分析的损伤识别方法 ．
基于剩 余模态 力分析 的损伤 识别方法 就是先 建立有 限 元分 析模型 ，利用 实测模态 数据 加 以修 正，利用 在结 构受
阔前 途而 又未完全 成熟 的方法 ，如何将这 些方法运 用到 实
态 ，代 入修 正好 的未 受损 结构模 型特 征值 问题方 程式 ，判
断 出相应的受损 的位置 。 文献 ［５ ６ 也提 出相类似 的结构损伤定位算法 。 １ ，ｌ］ 对 结构损 伤程度 的评估 ，文 献 ［４ 采用 结构试 验数据 １］
损 区上测试 出的特 征值 （ 固有频 率 的平 方） 和响应 的测试模
需的 “ 小 ”样本 集 。通 过对缺 陷板结构 损伤 识别 的实例 最 分析 ，说 明 了基 于人 工 神经 网 络 的损 伤辨 识 系统 的正 确
性。
２ 当前结构损伤识别 方法存在 的问厦 基于动 力特性 的桥梁 结构损伤 识别方 法是 一种 具有 广
别值得深入研究 。
参考文献：
［］刘 济科 ， １ 汤 凯 ． 于振 动特 性 的损 伤 识别 方 法 的研 究进 展 基
应变 能法 同时利用模 态参数 和有 限元模型 信息 ，其基
本 原理是利 用结 构早期损 伤前后 应变 能发生变 化的差值 信 息来 进行损 伤识 别 。Ｓ ｍ 将应变 能法成 功地 应用于桥 梁 ａｅＨ
ｓ ａ ｅ ｄ ｔ Ａ ， ｎ Ｐ ｏ ｅ ｄ ｎ ｓ ｏ ｌ ｔ Ｍ Ｃ Ｓ ａ ｈ ｐ ａ ａ＿］ Ｉ ：ｒ ｃ ｅ ｉ ｇ ｆ Ｏｈ Ａ，ａｎ
Ｄｉ ｇ， ａｌ ｆｏ ｎｉ １ ９２： ２ ￣ ５ ． ｅ Ｃ ｉ ｒ ａ， ９ ５２ ２８
变化 的损伤识别方法“ 。虽然传递 函数或频 响函数 的信 息
ｃ ｍ ｒ ｏ ｏ ｔ ｅ ｓ ｏ ｎ ｔ ｒ ｌ ｆ ｑ ｎ ｙ ｎ ｎ ｅ ｏ ｐａ ｉ ｎ ｆ ｈ ｕ ｅ ｆ ａ ｕ ａ ｒｅ ｕｅ ｃ ａ ｄ ｏｄ ｓ
１７基于传递 函数变化的结构损伤识别方法 ．
由于损伤 引起 的传递 函数 的变 化是 唯一地 由损伤 的类 型和 位置确 定， 因此 有学 者提 出基 于传递 函数或 频响 函数
Ｉｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｎａｔｕｒａ１
ｉｎ ｔｈｅ
ｆｒｅｑｕｅｎｃＹ
和 悬臂结构 的损伤 识别 ，给 出了结构单元 模态 应变能 的概
念 ，提 出了单元模 态应变 能变化 率的结 构早期 损伤位 置的
识 别 方 法 。
ｃｈａｎ ｇ ｅｓ，Ｉ ｄｅｎｔｉｆｉｃ ａｔｉｏｎ Ｓ Ｙ ｓｔ ｅｍｓ： ｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｐｒ ｏｆ
浅谈基于Midas的桥梁梁体损伤检测
简支梁损伤检测综述陈雪华（郑州大学土木工程学院郑州450001）摘要：该文以50m混凝土箱型简支梁为例，借鉴桩的完整性检测理论以及基于Midas Civil的矩形荷载作用下箱型梁的时程分析，从而判断梁体是否损伤,这种借鉴经理论分析是可行的；从时程分析结果中提取节点2与节点25的加速度，运用MATLAB进行两节点之间的相关关系的分析，分析结果可以为以后桥梁状态分析提供数据。
关键词：简支梁损伤检测时程分析相关性Abstract:Taking a 50-meter simply supported box-shape beam in concrete as an example,and by referring to the theory of pile integrity testing and under rectangular loading , the time-procedure analysis basing on Midas civil of the box-shape,in order to judge whether the beam is damage or not,the reference, which through theoretical analysis,is viable;Extracted acceleration of node 2 and 25 from the results of time-procedure analysis node 2 and 25, we can use MA TLAB to analyze the relationship between the two nodes,which can provide information for the analysis of the future state.Key words: simple beam damage detection time-procedure analysis correlation引言随着科技的快速发展，航空航天结构、土木结构以及机械设备，都在朝着功能齐全化、结构复杂化方向发展。
基于结构动力特性的损伤检测可视化方法
Ｋｅ ｒ ｓ ｖ ｓ ａｉａｉ ｎ ａ ｇ ｅｅ ｔ ｎ ｙ ａ ｃ ｃ ａａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｍａ ｅ ｆ ｓ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｕ ｌ ｔ ；ｄ ｍａ ｅ ｄ ｔ ｃｉ ；ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉ ；ｉ ｇ ｕ ｉ ｚ ｏ ｏ ｓｃ ｏ
结 构损 伤探 测 的基 本 问题 是 如 何从 给 定 的 结构 动 力 特性 的测 量 中 确定 损 伤 的 出 现 、 置 和程 度 。在 线 位 损 伤探 钡法 可 以在结 构 服役 期 间 通 过周 期 性 的参 数 识 ０ 别 来探 测结 构损 伤 的位 置 和程 度 。 基 于结 构 振 动 响应 的损伤 探测 无论 在研 究 上还 是 在 工业 应 用 上 都 是一 个 非 常有 活力 的领 域 ¨ 。结 构 的损 伤 信息 包 含 在 所测 得 Ｊ 的振动 信号 中 ， 如何 把损 伤 信 息从 庞 大 的 数 据 中展 示 出来是 损伤 识别 的关 键 。当前 揭 示 损伤 信 息 的 方式 普 遍 是 以 曲线 或 图表 形 式 ， 要 专 业 的 工 程 技 术 人 员 才 广 ， 文提 出 不 本
摘 要 ：提出基于结构动力响应的损伤识别多指标分层及融合可视化展示方法 ， 使结构的损伤信息以可视化的图
像直观地展示 出来 。以简 支梁 为研 究对象 ， 应用 当前 发展 成熟 的多个指标对单裂纹和双裂纹分别进行分层展示 。应ｆ 自 ｝ ＝ ｝ ｊ 适应加权最ｉ ＿ ｂ－乘法对 多层 图像进 行融合可视化 ， 决了单一指标得 到可视化结 果仅能包含 有限的损伤信息 ， 易造 成 解 容
ｍｅｈ ｄ，ｔ ｅ ｖ ｉ ｅ ｈ ａ ｎ ｓ ｈａ ｈ ｉｕａ ｍａ ｅ ｏ ｉ ｇ ｅｉ ｄ ｘ ｏ ｙ ｃ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ｔ ｄ ｄ ｍａ ｅ ｉ ｆｒ ｔｏ ｔｏ ｈ ｙ ａ ｏ ｄ ｄ ｔ ｅ ｗｅ ｋ ｅ ｓｔ ｔｔ ｅ ｖ ｓ ｌｉ ｇ ｆａ ｓｎ ｌ ｎ ｅ ｎｌ ｏ ｔ ｉ ｅ ｉ ｅ ａ ｇ ｎ ｏ ｍａｉｎ．Ｓ ｍｉ ｏ， ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓｗｅ ｅ ｍｏ ｅ ａ ｃ ｒ ｔ ． Ｔ ｉｕ ｌｚ ｔ ｎ ｏ ｉ ｒ ｔ ｎ— ａ ｅ ｔ ｃｕｒｌ ｄ ｍａ ｅ ｄ ｔ ｃｉ ｎ ｐ ｏ ｉｅ ｅ ｄ ｓ ｌｙ ｈ ｅ ｕｔ ｒ ｒ ｃ ｕ ａ ｅ ｈｅ ｖｓ ａ ｉａ ｉ ｆｖ ｂ ａ ｉ ｂ ｓ ｄ ｓｒ ｔ ａ ａ ｇ ｅｅ ｔｏ ｒ ｖｄ ｄ ａ ｎ ｗ ｉｐ ａ ｏ ｏ ｕ ｐ ａｆ ｒ ｆ ｒｄａ ｇ ｅ ｅ ｔ ｎ ａ ｄ ｓｒ ｃｕ ａ ｅ ｌｈ ｍｏ ｉｏ ｉ ． ｌ ｔ ｍ ｏ ｍａ ｅ ｄ ｔｃ ｉ ｎ ｔ ｔ ｒ ｌｈ ａｔ ｎ ｔｒｎｇ ｏ ｏ ｕ
结构损伤动力识别技术的研究与进展
（ ． ｌ ｇ ｆＣｉ ｉ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ １ Ｃｏ ｌ ｅｏ ｖｌ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ，Ｃｈ ｎ ｑ ｎ ｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｇ ｉ ｇ Ｕ ｉ ｅ ｓｔ ｙ，Ｃ ｏ ｇ ｉ ｇ ４ ０ ４ ， ｉ ａ ２ Ｊ ｎ Ｏ ．（ ｏ ｐ ，Ｃｈ ｎ ｑ ｎ ｎ ｔｔ ｔ ｆ ｈ ｎ ｑ ｎ ０ ０ ５ Ｃｈ ｎ ； ． ｉ ’Ｕ Ｃｏ Ｇｒ ｕ ） ｏ ｇ ｉｇ Ｉ ｓｉｕ ｅ ｏ
摘 要 ： 过对 结构损 伤 的动力识 别技 术近二 十年 来 国内外研 究成果 的总结 ， 通 阐述 了结 构 损 伤 动 力 识 别 研
究 的 发 展 历 程 。首 先 介 绍 了结 构 损 伤 动 力识 别 技 术 的 基 本 原 理 ， 后 从 三 个 方 面 ， 结 构 损 伤 的 动 力 识 然 即
重 词 ： 构 损 伤 ； 力 识 别 ； 动 特 性 ， 伤检 测 关键 结 动 振 损
ｍ ａ
庆 Ｏ 中图分类号 ： ＴＵ３ ２ １
建
箩
大
文献标 志码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ ６７ ２ （Ｏ ８ ０ —１ ００ １ ０ —３ ９ ２ Ｏ ）１０ ４ —６
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ａ ｄ Ａｄ ａ ｃ ｓ ｉ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌＤａ ａ ｅ ｓ ａ ｃ ｅ ｎ ｖ ｎ ｅ ｎ Ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ｍ ｇ
物性损伤 ， 导致结构 的动力 特性发 生变化 。而利用 结 会
学科 交叉 的综 合学科 。动力识 别技 术有 很强 的工 程背 景， 具有 重要 的实用 价值 ， 它不仅 可 以应 用于 土木 工程 领域， 而且在 航空航 天 、 机械 工程 等领域 都有 深入 和广 泛 的应用 。它 是 以深 厚 的理 论 为基 础 ， 仅 包 含 了传 不 统的 结构 动 力学 等方 面 的 知识 ， 系统 论 、 息论 、 信 控制 论、 非线 性科 学等最新 的技 术在其 中都 有广泛 的应 用 。 本 文结合 近年 来 国 内外 的研 究 成 果 ， 先 介 绍 了 首 结 构损 伤动力 识 别 的概 念 和 面临 的 问题 ， 然后 按 照损 伤 识别 的三个 主要研 究方 面 ， 即损 伤 的识别 机理 、 伤 损 识别 的动力参 数 和损 伤 的 识别 算 法 ， 别讨 论 了损 伤 分 识 别技 术 的发 展 现状 和 面 临 的 问题 ， 以及 未来 可 能 的
基于动力特性的结构损伤识别方法
将式 （ ） ２ 代入式（ ）并应用方程 （ ） （） １， ４ 和 ５ 便得到
了模 态 方程
＋ｎ ＝ ｑ （ ） ｔ （ ＝ ｌ２ … ， ， ， Ｎ） （） ６
１ 梁结构的动力 响应分析
维普资讯
第 ４卷第 １ 期 ２０ 年 ３月 ０６
动 力 学 与 控 制 学 报
Ｊ ＯＵＲ Ａ Ｆ Ｄ Ａ Ｉ Ｓ Ａ ＯＮ ＯＬ Ｎ Ｌ Ｏ ＹＮ Ｍ Ｃ ＮＤ Ｃ ＴＲ
Ｖｎ ． ． １ ４ Ｎｏ １
Ｍａ． ２ ０ ｒ ０６
１１ 未损伤梁的动 力分析 ．
为简单起见 ， 略剪切 变形 和转 动惯量 的影 忽
响， 讨论均 质等截 面 Ｂ ｒ ｕｉ ｕ ｒ ． ｅｎ ｌ Ｅ ｌ 梁 设梁 的长 ｏｌ ｅ — 度为 Ｌ， 单位长度的质量为 ， 未损伤时的弹性模
量为 Ｅ， 梁作 微 幅振 动的运 动方 程 为
＾ ｄ
伤后的运动方程
Ｅ，ａ ｗ ４
一
Ａ ￡ ＝∑ ∑ ［ ２一 一 ｑ（） （ ０ ∞）
］ 一 Ｑ ｅ （ ０ ２）
由于式（９ 左边第三项很小 ， 以忽略不计 ， １） 可 故式
（０ ２ ）可近似 地 写为
暴（ ） ＋ 蹦 凳）
（２ １）
△ ＝ ｑ 蓦 ， ｊ ㈩
构 在强迫 振 动下 的 响应 为
［ 喜
利用完好 梁的正则 振型 ， 伤梁 的运 动方程 损
Ｆ 三 ｗ （ Ｐ ０ ）
行诊断也正成为热点 ． 结构内部损伤的存在将导致 结构振动响应 、 固有频率 、 模态振型和模态阻尼等
动力特性的改变… ， １ 这些变化反过来可以作为结构
钢桁梁桥的损伤诊断研究
关 键 词 ： 桁 梁 桥 ； 经 网 络 ； 力 特 性 ； 伤 诊 断 钢 神 动 损
中图 分 类 号 ： ４ 。 文 献 标 识 码 ： Ｕ４ ６ ３ Ａ 文 章 编 号 ：６ ２３ ５ （０ ８ ０—０ ８０ １ ７—９ ３２ ０ ）４０ ３—４
１ 桥 梁结 构损 伤诊 断 的振 动Байду номын сангаас模 态分 析
１ ２ 结构 损伤 程 度的识 别 ． 在 损 伤与 质 量 无关 的前 提 下 ， 忽 略阻 尼 的影 再
利用模 态 频率来 构造 对位 置敏 感 的损伤 标识 量 来定 位结 构损 伤 。 当结 构 发 生损 伤 时 ， 结 构 的 刚 仅
响， △ ２ 由 叫 ＝
化 的 关 系
可得 出频 率变化 和结 构 刚度 变
标 的 选 择 问题 ， 决 定 以 哪 些 物 理 量 为 依 据 能 够 更 即
／ｏ 一 丽 ＇ｉ ， ｃ
・
：
ａ＝ Ｋ 一 ｒ ／ ｌ ０ Ａ Ｋ ｇ （）Ｘ Ｋ
（） ３
式 中 ， ｒ ｇ （ ）一
仅是 位 置矢 量 ｒ的 函数 。 同
好地 识别 和标 定损 伤 的位置 和程 度 。 结 构 的动 态 特性 是 结 构 的 固有 特 性 ， 任何 结 构 都 可 以看作是 由质 量 、 刚度 、 阻尼矩 阵 构成 的动力 学 系统 ， 构一 旦受 到损 伤或发 生 故障 ， 构 的物理 参 结 结 数会 随之 发生 变化 ， 而 导 致 系 统 的 传递 函数 和 模 从 态参 数 的改变 。因此 ， 态 参 数 的 改 变 可 以视 为 结 模 构损 伤发 生 的标 志 ， 用 损 伤 发 生前 后结 构 动 态 特 利 性 的变化来 诊 断结 构 损 伤 的类 型 、 伤位 置 以及 损 损
基于动力学特性的结构损伤识别研究进展
率 的变化 和损 伤之 间 的关 系 ， 提 出 了依 据 实 测结 构 并
收 稿 日期 ：Ｏ １０ － １修 回 日期 ：Ｏ １１ －８ ２ ｌ －７０ ； ２ ｌ －１ １ 基 金项 目 ： 等学 校 博 士 学 科 点 专 项 科研 基 金 （０ ８ ４９ ０ ６ ； 高 ２０ ０ ５０ ０ ） 河 南 省 高 等 学 校 青 年 骨 干 教 师 资 助计 划 （０ ０ Ｇ Ｓ １７ ２ １Ｇ Ｊ．２ ）
部 的现象 ， 给识别 带来 了较 大 困难 。例 如 ， 构不 同位 结
固有频 率是 模 态参 数 中最 容易 获 得 的 一个 参 数 。
它与 测 量位 置 无 关 ， 于测 量 ， 测 试 精度 较 高。 易 且
Ｃ ＷＬ Ｙ 和 Ａ Ａ 于 ２ Ａ Ｅ Ｄ ＭＳ Ｏ世 纪 ７ ０年代 开 始研 究 频
程度 。
来看 ， 根据 损伤 识别所 使用 的信 息 ， 主要有 以下 的一些
损伤 识别 指标 和方法 。
１ １ 基 于 固 有 频 率 变 化 ．
基 于 固有频率 法 进 行损 伤 识 别 的研 究 表 明 ， 仅 仅 用模态 频率 来识别 损 伤 是不 够 的 ， 其 在 损伤 位 置 的 尤 确定方 面 。这是 因为 ， 率 尤 其是 通 常 测 得 的前 几 个 频 低 阶频 率是 一种 全局 信 息 ， 损伤 一 般 是 一种 非 常 局 而
摘要： 结构 的健 康监 测和损 伤 识别技 术对 于分 析结 构 的工作 状 态 、 估 结构 的安 全性 具 有 重要 的 意 义。 评 近年来， 工程 结构损 伤识 别技 术 受到 了广泛 的关 注。文 章综 述 了 目前 国 内外基 于动 力 学特性 的工 程 结
结构损伤识别方法研究
结构损伤识别方法研究对现有的结构损伤识别方法进行概括，并对其进行简要的介绍。
根据每种方法的特点分析其适用条件和优缺点。
标签：结构损伤识别；神经网络；小波变换0、前言随着社会经济的快速发展，现代化建筑物越修越高，越修越复杂，由于各种自然荷载和人为荷载的不断作用，使得构件内部或构件之间连接出现损伤，这间接导致结构承载力下降，而且结构从投入使用开始就面临着损伤累计的问题，并且这些建筑物服役的年限越来越长，一旦发生事故，将会造成不可估量的人身和财产损失。
一般损伤识别研究主要分为两部分：一是对损伤位置的识别；二是对损伤程度的判断。
1、结构损伤识别的研究现状目前，关于结构损伤识别的问题日益成为国内外的热点问题。
对于工程结构进行损伤研究开始于20世纪40年代，近几十年结构损伤识别的理论研究取得了飞速发展，但在实际工程中的应用却很有限。
结构损伤识别技术基本上可以分为两大类：局部损伤识别和整体损伤识别。
1.1 结构损伤识别的局部法目前常用的局部损伤识别方法有目测法、染色法、声发射法、射线法、磁扰动法等，该法是对结构的局部进行定期检查。
局部损伤识别广泛应用于船舶等领域，但也存在着很多限制和弊端，如：该法只适用于小型结构的损伤检测，而对大型复杂的结构损伤识别并不明显，另外，无法对某些结构实施在线及时的检测。
但将传感器固定在一些重要部件上，对这些部件进行远距离在线检测，较好的弥补了这一缺陷。
该技术广泛应用于航空航天、公路桥梁和民用建筑，其优点是可以直接确定构件的裂纹及其位置。
局部损伤识别技术对于压力容器、油箱等小型有规则的结构能有很好的识别效率，但对于大型、复杂的结构，这种技术用来检测结构的每一部分是不可能的。
因此，局部损伤识别技术仅适用于检测结构的特别部件或局部结构。
1.2 结构损伤识别的整体法结构损伤识别的局部法只适用于小型简单结构的损伤识别，因此基于多学科交叉的原理，得出了损伤识别技术的基础理论。
结构可以看作由刚度、质量、阻尼矩阵组成的力学系统，因此寻求物理参数和模态参数之间的对应关系便成为结构损伤识别的核心问题。
桥梁结构基于动力特性的损伤诊断方法
足 ４个 基本 条件 ： １ （ ）对 局部损 伤 敏感 ， 为 结构 损 且 伤的单 调 函数 ； ２ （ ）具 有 明 确 的位 置 坐标 ； ３ （ ）在 损 伤 位置 ， 损伤标 识 量应 出现 明显 的峰 值 变化 ； ４ （ ）在 非损 伤位 置 ， 伤标 识 量 的 变 化 幅度 应 小 于 预先 设 损
行评估 引 ．
型 、 率等 ） 基 于结构 动力 学理论 ， 用多种 损伤识 频 ． 采 别量 ， 探讨 常用 的结构损 伤识 别方 法 ， 于结 构损伤 用
诊 断．
要有 效 地进 行 损 伤诊 断 ， 先 需 要解 决 损 伤表 首 示量 的选择 问题 ， 即决 定 以哪些 物 理 量 为 依据 能够 更好地 识别 和标 定 损 伤 的程 度 与方 位 ． 于损 伤 识 用
收稿 日期 ： ０ ７０ — ２ ０－４２
式 中 ［ 、 ］分别 为结构 的质 量矩 阵及 阻尼矩 阵 Ｍ］
｛ ｆ ） ｛ ｆ ） ｛ ｆ ） 别为加 速 度 矩 阵 、 Ｘ （） 、Ｘ （） 、Ｘ（） 分 速度 矩 阵及 动位移 矩阵
卢 永 飞 ， 彦 江 苏
（ 州 交 通 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 肃 兰州 ７ ０ ７ ） 兰 甘 ３ ０ ０
摘
要 ： 阐述 了基 于结 构动 力特性 的桥 梁损 伤诊 断基 本 原 理和 方 法 ， 比较 分析 了各 类损 伤诊 断方
法 的特 点及 适 用条件 ， 并指 出 了桥 梁结 构基 于动 力 特 性 的损 伤 诊 断 方 法和 进 一 步 需要 研 究 解 决的
Ｄａ ａ ｅ Ｉ ｅ ｉｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｇ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｄｙ ａ ｉ ｏ ｒ ｉ ｓ ｍ ｇ ｄ ｎｔｆｃ ｔｏ ｆＢｒ ｄ ｅ Ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｓ ｄ ｏ ｎ ｍ ｃ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ
基于动力特性的工程结构损伤识别技术(二)
（ 上期 ） 接
Ｍ Ｃ与 Ｍ Ｆ都是对损 伤前后 同阶模 态相关 性 的 Ａ Ｓ 分析 ， 当模态关系未知时 ， 应用 Ｃ Ｍ Ｃ对其进行分析。 Ｏ Ａ
２ ３ 基 于柔度 变化 的损伤 识别 技术 ．
柔度矩 阵定 义为刚度矩 阵 Ｋ的逆阵 ， 其每一 列代
表在某一 自由度施加单位力后各 自由度的位移。柔 度矩阵可 由质量阵正则化后的振型及频率估计出来 ：
ｎ １ 一
Ｆ＝彻
＝∑
ｊＥｉ ， ｃ
（） ４
其中， ：［
… ］ 是振型矩阵 ； 是第 阶振
应变模态振型 比位移模态振型对结构的局部损 伤更加敏感 。对于大多数模 态 ， 在局部损伤位置的 应变模态都有明显 的峰值 ， 且峰值 的大小 随损伤程
验成分 。
Ａｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ａ ｅ Ｅｑ ｔｏ ｐｌｃ ｔｏ ｆｔ ｅ Ｗ ｖ ｕａ ｉ ｎ Ａｎａ ｙ ｉａ ｌ ｔｃ ｌ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｉ ｔ ｎ ｍｉ ｌ ｓ ｔ ｏ ｎ ｈｅ Ｄｙ ａ ｃ Ｐｉ Ｔｅ ｔ ｅ
ＸＵ Ｏ—ｘ ＧＵ ｉ
Ｓｉ ｍｔ 的 主 要 缺 点 是 缺 少 土 的 特 性 描 述 。 ｈ法
分析方法 ， 它建立在许多的假定的基础上 ， 因而所得
结果 的误差 较大 。 参考 文献 ：
作者简介 ： 国希 （ ９３一） 男， 北 罗田人 ， 徐 １７ ， 湖 工程 师、 士 ， 硕 ［ ］Ｓ ｔ Ｅ Ａ Ｌ Ｐｌ ｄｉｉ ｎ ｌ ｉ ｂ ｈ ａｅ ｅｕｔ ｎ １ ｍｉ ． ｉ ｒ ｎ ａａ ｓ ｙｔｅｗ ｖ ｑａｉ ｈ ｅ ｖｇ ｙｓ ｏ ［ ］ Ｊｕｎ ｌ ｆ ｏｌ ｃａｉ ｄ Ｆｕ ｄｔ ｎ ，９ ０ ８ Ｊ ．ｏ ｒａ ｏ ｉ Ｍｅｈｎｃ ａ ｏｎ ａｉ ｓ １６ ，６ Ｓ ｓｎ ｏ
结构损伤识别方法研究进展
结构损伤识别方法研究进展作者：王燕锋公晋芳来源：《商情》2009年第31期结构损伤识别是健康监测系统核心技术之一。
本文对目前该技术的研究现状及进展进行了回顾与总结。
重点阐述了基于振动的结构损伤识别方法和智能损伤识别方法,对无模型损伤识别的频域法、时域法和小波分析法等也作了一定程度的介绍。
分析了各种方法的优点和不足之处,同时指出了结构损伤识别技术的发展方向和需要解决的问题。
【关键词】结构健康监测损伤识别振动特性模型修正一、基于振动的结构损伤识别方法结构损伤识别技术可分为静态识别方法和基于振动的整体识别方法。
静态识别方法是通过静态测量数据对结构损伤进行识别,而基于振动的识别方法则是运用结构的振动特性对损伤进行识别。
静态识别方法识别结果较为可靠和稳定,但试验时间长、现场工作量大,无法做到实时监控;此外当受损结构在特定荷载作用下变形几乎未受影响时,很难获得理想的识别结果。
而基于振动的结构损伤识别方法应用的条件限制少,效率高,但结构响应信号易受噪声的影响,准确性有待于提高。
结构的损伤识别可分为四个水平:(l)判断结构是否损伤。
(2)确定结构的损伤位置。
(3)定量结构损伤的程度。
(4)预测结构的剩余寿命。
1.基于损伤指标直接比较的损伤识别方法结构损伤引起结构动力特性变化,只要能找到某些反映结构动力特性变化的量,即损伤指标,直接对比其在损伤前后的变化情况即可达到识别损伤的目的。
目前,已经提出了频率、振型、曲率模态、应变模态、模态应变能等各种损伤指标。
最常用的指标是结构的频率。
频率属于系统全局量,局部损伤也可以反映到频率的改变上,但是使用频率作为损伤指标也有其局限性。
第一,结构不同部位的损伤可能造成相近的频率变化,使其不能反映空间结构变化信息。
第二,结构频率的变化对于结构损伤,尤其是早期的低水平损伤很不敏感。
相对频率而言,模态振型的变化对损伤较为敏感,早期的大多数方法是基于直接比较模态振型。
相对于位移模态,应变模态对结构损伤较为敏感。