專利名稱：中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中、下承式拱橋吊桿損傷測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
吊桿是中、下承式拱橋主要傳力構(gòu)件，在橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于受多種因素的影響，吊桿易發(fā)生鋼絲斷裂、銹蝕或錨固失效等損傷。由于吊桿只能承受拉力，當(dāng)?shù)鯒U損傷后， 將導(dǎo)致橋梁的受力狀態(tài)發(fā)生改變，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜皹蛄旱陌踩宰R(shí)別吊桿的損傷程度對(duì)保障橋梁的安全具有重要的意義。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)吊桿的損傷識(shí)別進(jìn)行了研究。早期采用漏磁法檢測(cè)拉索或吊桿的損傷，但漏磁法設(shè)備復(fù)雜，對(duì)于有防護(hù)措施的吊桿，檢測(cè)信號(hào)微弱，精度較低，且不能檢測(cè)延伸在主梁和拱肋內(nèi)部吊桿部分的損傷情況，故在應(yīng)用中受到較多限制。1987年， (ihorbanpoor等開始運(yùn)用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)吊桿或拉索損傷，聲發(fā)射技術(shù)的主要缺陷是需要預(yù)先布置聲發(fā)射探頭，且只能測(cè)到活性缺陷而不能探測(cè)穩(wěn)定缺陷。我國(guó)的徐宏提出了結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)頻率與局部拉索索力識(shí)別拉索損傷的方法，王素娟等運(yùn)用頻率變化、縱梁模態(tài)曲率差和吊桿軸力變化識(shí)別損傷吊桿的位置，徐建偉等提出了運(yùn)用結(jié)構(gòu)自振頻率和曲率模態(tài)識(shí)別吊桿損傷的方法。這些方法由于需要測(cè)試結(jié)構(gòu)頻率和模態(tài)振型，因此受測(cè)試條件和測(cè)量誤差影響較大。后來(lái)有學(xué)者提出運(yùn)用光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)拱橋吊桿應(yīng)力變化來(lái)識(shí)別吊桿損傷的方法，但是采用光纖光柵傳感器僅能適用新建橋梁，此外還存在成本較高和對(duì)溫度敏感的缺點(diǎn)因而限制了它的應(yīng)用。吊桿損傷對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)最直觀的影響是吊桿張力和橋面位移的變化。目前吊桿張力的測(cè)試主要采用振動(dòng)測(cè)定法，通過(guò)測(cè)試吊桿橫向振動(dòng)頻率計(jì)算吊桿張力，而在由頻率計(jì)算吊桿張力時(shí)，當(dāng)不能準(zhǔn)確考慮吊桿剛度、密度及支承條件等參數(shù)時(shí)，吊桿的張力計(jì)算可能存在較大的誤差，特別是對(duì)于短吊桿來(lái)說(shuō)，其誤差更大。位移的測(cè)試技術(shù)目前比較成熟，且測(cè)試簡(jiǎn)便，精度較高，因此采用位移測(cè)試技術(shù)識(shí)別吊桿損傷具有一定的優(yōu)勢(shì)。如何通過(guò)測(cè)點(diǎn)間位移差的變化識(shí)別吊桿的損傷程度，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，以通過(guò)測(cè)點(diǎn)間位移差的變化識(shí)別吊桿的損傷程度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，包括步驟1)當(dāng)η根吊桿發(fā)生損傷時(shí)，選取η+2個(gè)結(jié)點(diǎn)；2)將η+2個(gè)結(jié)點(diǎn)中的一個(gè)作為基點(diǎn)，將另外的η+1個(gè)結(jié)點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，計(jì)算吊桿損傷前各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差，并測(cè)試吊桿損傷后各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差，通過(guò)吊桿損傷前后各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差的變化，構(gòu)建n+1個(gè)損傷識(shí)別方程，各個(gè)損傷識(shí)別方程均成立時(shí)的ε i即為第i根吊桿的損傷程度值，其中損傷識(shí)別方程為({χ}}-κ。},)= 《([v‘w。]廠[dw。]J ；其中，({Χ}」-{Χ}」)為吊桿損傷后測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差，(OUrOU1)為吊桿損傷前測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差，{XL為吊桿損傷后測(cè)點(diǎn)的豎向位移，{Xh為吊桿損傷后基點(diǎn)的豎向位移，{Xoh為吊桿損傷前測(cè)點(diǎn)的豎向位移，{Xoh為吊桿損傷前基點(diǎn)的豎向位移，ε i為第i根吊桿的損傷程度值，.為擴(kuò)階后的由于第i根吊桿損傷所引起的吊桿系有限元?jiǎng)偠染仃囈浑A攝動(dòng)，Σ為按有限元法組集，K0為初始狀況下各吊桿狀態(tài)完好時(shí)的橋梁有限元基準(zhǔn)模型剛度矩陣的逆矩陣，{ 0為初始狀態(tài)在荷載作用下計(jì)算得到的拱橋有限元基準(zhǔn)模型結(jié)點(diǎn)位移列陣。優(yōu)選的，在上述中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法中，所述步驟2、具體包括21)將η+2個(gè)結(jié)點(diǎn)中的中的一個(gè)作為基點(diǎn)，將另外的n+1個(gè)結(jié)點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，其中η 個(gè)測(cè)點(diǎn)為初定測(cè)點(diǎn)，另外一個(gè)測(cè)點(diǎn)為驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)；22)選取其中η個(gè)初定測(cè)點(diǎn)分別與基點(diǎn)構(gòu)建η個(gè)損傷識(shí)別初定方程，該η個(gè)損傷識(shí)別初定方程構(gòu)成損傷識(shí)別初定方程組，其中損傷識(shí)別初定方程為-{n)-(Ko};-RojJ=Z^([v^-Wo]-[V^WoD ；
、 3 ‘23)將所述驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)與基點(diǎn)在吊桿損傷前后的豎向位移差值代入上述損傷識(shí)別方程中，以構(gòu)成損傷識(shí)別確定方程。將由上述η個(gè)損傷識(shí)別初定方程組求解得到的各個(gè)可能解分別代入上述損傷識(shí)別確定方程中，使得該損傷識(shí)別確定方程成立的損傷程度值所對(duì)應(yīng)的吊桿即為實(shí)際發(fā)生損傷的吊桿，該值即為損傷吊桿的損傷程度。優(yōu)選的，在上述中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法中，所述結(jié)點(diǎn)選取橋面鄰近各吊桿下端錨固點(diǎn)的位置。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明根據(jù)攝動(dòng)有限元原理，提出了基于測(cè)點(diǎn)間豎向位移差的變化識(shí)別中、下承式拱橋吊桿損傷的辦法。由于吊桿損傷后兩結(jié)點(diǎn)間豎向位移差的變化等于吊桿損傷后兩結(jié)點(diǎn)豎向位移差與損傷前兩結(jié)點(diǎn)豎向位移差的差值，因此只需測(cè)試吊桿結(jié)點(diǎn)之間的高程差即可構(gòu)建中、下承式拱橋吊桿的損傷識(shí)別方程。并可根據(jù)損傷識(shí)別方程中初定方程組計(jì)算出相應(yīng)的Si，若ε 1同時(shí)可以滿足損傷識(shí)別確定方程，則說(shuō)明， 第i根吊桿發(fā)生損傷，損傷程度為^。本發(fā)明提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，基于測(cè)點(diǎn)間位移差的變化來(lái)識(shí)別中、下承式拱橋吊桿損傷，通過(guò)驗(yàn)證，其具有如下效果1)對(duì)于損傷程度較小的吊桿，本發(fā)明可準(zhǔn)確識(shí)別出吊桿損傷；2)當(dāng)測(cè)點(diǎn)與損傷吊桿處于橋梁同側(cè)時(shí)，識(shí)別結(jié)果精度較高，選取不同的測(cè)點(diǎn)組合時(shí)，識(shí)別結(jié)果接近，識(shí)別結(jié)果誤差隨損傷程度的增大而增大；而當(dāng)測(cè)點(diǎn)與損傷吊桿處于橋梁異側(cè)時(shí)，其識(shí)別結(jié)果誤差相對(duì)處于橋梁同側(cè)時(shí)增大，當(dāng)測(cè)點(diǎn)和基點(diǎn)的位置與損傷吊桿位置鄰近時(shí)，損傷識(shí)別結(jié)果精度最高，與現(xiàn)有技術(shù)相比，任何情況下，其識(shí)別結(jié)果精度均比現(xiàn)有識(shí)別方法高；3)采用基于結(jié)點(diǎn)間豎向位移差的變化來(lái)識(shí)別吊桿中、小程度損傷時(shí)，方法實(shí)用，精度較高。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法的流程圖；圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的京港澳高速劉江大橋主橋標(biāo)準(zhǔn)跨吊桿編號(hào)主視圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的京港澳高速劉江大橋主橋標(biāo)準(zhǔn)跨橋面測(cè)點(diǎn)布置圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的工況1識(shí)別11#吊桿損傷程度；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的工況2識(shí)別11#吊桿損傷程度。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，以通過(guò)測(cè)點(diǎn)間位移差的變化識(shí)別吊桿的損傷程度。下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法的流程圖。本發(fā)明提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，包括步驟步驟Sll 選取n+2個(gè)結(jié)點(diǎn)在吊桿損傷前后的豎向位移值，為測(cè)試方便，結(jié)點(diǎn)可選取橋面鄰近各吊桿下端錨固點(diǎn)的位置。當(dāng)η根吊桿發(fā)生損傷時(shí)，選取n+2個(gè)結(jié)點(diǎn)，各結(jié)點(diǎn)可分別鄰近橋面上不同的吊桿下端錨固點(diǎn)的位置。例如假設(shè)一根吊桿發(fā)生損傷，則需選取3個(gè)結(jié)點(diǎn)損傷前后的豎向位移值， 以此類推。步驟S12 根據(jù)損傷識(shí)別方程識(shí)別損傷吊桿，并得到其損傷程度值；將n+2個(gè)結(jié)點(diǎn)中的一個(gè)作為基點(diǎn)，將另外的n+1個(gè)結(jié)點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，將n+1個(gè)測(cè)點(diǎn)分別與基點(diǎn)構(gòu)建n+1個(gè)損傷識(shí)別方程，通過(guò)n+1個(gè)損傷識(shí)別方程計(jì)算出各個(gè)損傷識(shí)別方程的 ε i，各個(gè)損傷識(shí)別方程均成立時(shí)的ε i即為第i根吊桿的損傷程度值，其中損傷識(shí)別方程為
權(quán)利要求
1.一種中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，其特征在于，包括步驟1)當(dāng)η根吊桿發(fā)生損傷時(shí)，選取n+2個(gè)結(jié)點(diǎn)；2)將n+2個(gè)結(jié)點(diǎn)中的一個(gè)作為基點(diǎn)，將另外的n+1個(gè)結(jié)點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，計(jì)算吊桿損傷前各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差，并測(cè)試吊桿損傷后各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差，通過(guò)吊桿損傷前后各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差的變化，構(gòu)建n+1個(gè)損傷識(shí)別方程，各個(gè)損傷識(shí)別方程均成立時(shí)的ε i即為第i根吊桿的損傷程度值，其中損傷識(shí)別方程為(w,-Kh)= ([Vi w。]廠[viw。1)琪中，((Xlj-Wi)為吊桿損傷后測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差；(IXc^-OU1)為吊桿損傷前測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差；{xh為吊桿損傷后測(cè)點(diǎn)的豎向位移；{xh為吊桿損傷后基點(diǎn)的豎向位移；{χΑ為吊桿損傷前測(cè)點(diǎn)的豎向位移；OU1為吊桿損傷前基點(diǎn)的豎向位移；^為第i根吊桿的損傷程度值；.為擴(kuò)階后的由于第i根吊桿損傷所引起的吊桿系有限元?jiǎng)偠染仃囈浑A攝動(dòng)； Σ為按有限元法組集；為初始狀況下各吊桿狀態(tài)完好時(shí)的橋梁有限元基準(zhǔn)模型剛度矩陣的逆矩陣； { ο為初始狀態(tài)在荷載作用下計(jì)算得到的拱橋有限元基準(zhǔn)模型結(jié)點(diǎn)位移列陣。
2.如權(quán)利要求1所述的中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括21)將n+2個(gè)結(jié)點(diǎn)中的中的一個(gè)作為基點(diǎn)，將另外的n+1個(gè)結(jié)點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，其中η個(gè)測(cè)點(diǎn)為初定測(cè)點(diǎn)，另外一個(gè)測(cè)點(diǎn)為驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)；22)選取其中η個(gè)初定測(cè)點(diǎn)分別與基點(diǎn)構(gòu)建η個(gè)損傷識(shí)別初定方程，該η個(gè)損傷識(shí)別初定方程構(gòu)成損傷識(shí)別初定方程組，其中損傷識(shí)別初定方程為(W, - W,)-(KJ,-KojJ=Z^([V^-Wo]-[V^Wol)；23)將所述驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)與基點(diǎn)在吊桿損傷前后的豎向位移差值代入上述損傷識(shí)別方程中，以構(gòu)成損傷識(shí)別確定方程。將由上述η個(gè)損傷識(shí)別初定方程組求解得到的各個(gè)可能解分別代入上述損傷識(shí)別確定方程中，使得該損傷識(shí)別確定方程成立的損傷程度值所對(duì)應(yīng)的吊桿即為實(shí)際發(fā)生損傷的吊桿，該值即為損傷吊桿的損傷程度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，其特征在于，所述結(jié)點(diǎn)選取橋面鄰近各吊桿下端錨固點(diǎn)的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中、下承式拱橋吊桿損傷識(shí)別方法，包括步驟當(dāng)n根吊桿發(fā)生損傷時(shí)，選取n+2個(gè)結(jié)點(diǎn)；將n+2個(gè)結(jié)點(diǎn)中的一個(gè)作為基點(diǎn)，將另外的n+1個(gè)結(jié)點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，通過(guò)吊桿損傷前后各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差的變化，構(gòu)建n+1個(gè)損傷識(shí)別方程，各個(gè)損傷識(shí)別方程均成立時(shí)的εi即為第i根吊桿的損傷程度值，其中損傷識(shí)別方程為其中，({X}j-{X}l)為吊桿損傷后測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差，({X0}j-{X0}l)為吊桿損傷前測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的豎向位移差，為擴(kuò)階后的由于第i根吊桿損傷所引起的吊桿系有限元?jiǎng)偠染仃囈浑A攝動(dòng)，為初始狀況下橋梁有限元基準(zhǔn)模型剛度矩陣的逆矩陣。本發(fā)明采用基于結(jié)點(diǎn)間豎向位移差的變化來(lái)識(shí)別吊桿中、小程度損傷時(shí)，方法實(shí)用，精度較高。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102230927SQ20111010341
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者何偉, 何容, 徐建國(guó), 王博, 白新理, 鄭恒祥, 陳淮 申請(qǐng)人:華北水利水電學(xué)院